авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ...»

-- [ Страница 3 ] --

Наиболее подходящими базовыми конструктивами для унифицированных мезонинов являются: PMC (PCI Mezzanine Card) и XMC (PCI Express Mezzanine Card).

Конструктивно-функциональный модуль представляет собой базовую унифицированную единицу бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС), состоящую из основной платы — носителя мезонинов, определяющей базовые функции модуля, и собственно наборов мезонинов, расширяющих базовые функции платы носителя. В соответствии со своим назначением предлагается следующая система классификации КФМ:

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС - вычислительный (процессорный);

- сетевой коммутатор;

- электропитания.

КФМ вычислительный предназначен для реализации функции центрального вычислительного узла общего назначения. Путем установки на КФМ вычислительный мезонинов можно конструировать различные по функциональным возможностям сборочные единицы.

Например, при установке на КФМ мезонинов постоянной памяти, формируется модуль с расширением объема постоянной памяти, в котором может храниться программное обеспечение, калибровочные данные и т.п. При установке на КФМ мезонина бортовых интерфейсов формируется модуль с расширением видов поддерживаемых БЦВС каналов ввода-вывода пилотажно-навигационной информации и т.д.

КФМ сетевого коммутатора предназначен для сопряжения между собой быстродействующих компонентов КФМ вычислительных.

Быстродействующие компоненты КФМ вычислительного представляют собой контроллеры межмодульного информационного обмена, построенного по принципу вычислительной сети.

Модуль электропитания предназначен для преобразования напряжения бортовой резервированной электрической сети (~115 В Гц, + 27В) во вторичные напряжения питания (+2,5 В;

+3,3В;

+5В, ±6В;

±15В и т.д.), необходимые для электропитания КФМ.

Наиболее подходящими типами конструктивов для КФМ являются конструктивы, выполненные по стандартам евромеханики 3U, 6U, 9U.

Крейт представляет собой специализированную БЦВС, построенную на базе унифицированных КФМ различного назначения, установленных в единую несущую конструкцию. Несущая конструкция БЦВС (корпус) обеспечивает подключение БЦВС к различным бортовым системам и приборам, к системе электроснабжения ЛА, к системе кондиционирования воздуха объекта и т.д. В соответствии с концепцией ИМА, несущая конструкции обеспечивает возможность безопасного удаления и замены неисправных КФМ на месте эксплуатации.

На рис.2 приведен пример построения БЦВС на основе предлагаемых унифицированных компонентов авионики [2].

В зависимости от используемых в БЦВС модулей, крейт может выполнять различные функции авионики. В частности, БЦВС может обеспечивать поддержку приложений бортовой вычислительной, графической или интерфейсной системы (системы концентратора данных).

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС а) б) Рис.2. Принцип взаимной входимости сборочных единиц (а) и примеры мезонина, КФМ и крейта разработки ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова»

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Заключение Предлагаемая классификация набора компонентов бортового оборудования обеспечивает минимизацию сроков проектирования комплексов бортового оборудования (КБО), упрощенную модернизацию КБО путем замены одного крейта на другой, или одного модуля на другой (с заменой мезонина) в составе крейта, масштабируемость КБО и, следовательно, малозатратную эксплуатацию и «адаптацию КБО» от одного типа летательного аппарата к другому. Возможность использования унифицированных компонентов КБО позволяет получать вычислительные структуры, удовлетворяющие различным функциональным требованиям, а сама номенклатура сборочных единиц может быть положена в основу нового государственного стандарта.

Литература 1. Книга Е.В., Жаринов И.О., Богданов А.В., Виноградов П.С.

Принципы организации архитектуры перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авионике // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №2, с.

163-165.

2. Беломытцев В. Приборные корпуса Schroff: смена поколений // Современные технологии автоматизации, 2007, №2, с. 8-12.

Книга – Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет Екатерина Викторовна информационных технологий, механики и оптики, аспирант ekovinskaya@gmail.com ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Жаринов – конструкторское бюро Игорь Олегович «Элктроавтоматика» им. П.А. Ефимова», руководитель учебно-научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 681. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МЕЖМОДУЛЬНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ИНТЕГРИРОВАНОЙ МОДУЛЬНОЙ АВИОНИКИ Е.В. Книга, И.О. Жаринов Рассматривается проблема организации информационного обмена между абонентами внутренней электрической сети бортовых цифровых вычислительных систем, разрабатываемых на основе концепции интегрированной модульной авионики.

Ключевые слова: интегрированная модульная авионика, внутренняя электрическая сеть, логика работы Введение В согласии с результатами работы [1] развитие перспективных бортовых цифровых вычислительных систем (БЦВС) осуществляется на современном этапе в направлении внедрения концепции интегрированной модульной авионики (ИМА) в авиационную технику.

Специалистами авиаприборостроения разработаны функциональные компоненты аппаратного обеспечения БЦВС, проектируется специализированное программное обеспечение (ПО).

Для организации совместной работы аппаратуры и ПО в вычислительных системах структуры ИМА должны выполняться следующие принципы организации межмодульного информационного обмена на логическом уровне:

- должны использоваться открытые стандарты на аппаратное и программное обеспечение;

- топология вычислительной сети БЦВС должна быть масштабируемой;

- топология вычислительной сети БЦВС должна поддерживать высокий уровень взаимосвязанности;

- сетевые требования не должны вводить расширение номенклатуры используемых типов конструктивно-функциональных модулей (КФМ);

- должна обеспечиваться полная взаимозаменяемость КФМ по форме, установке и функциям;

- топология вычислительной сети БЦВС должна поддерживать различные уровни защиты данных;

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС - топология вычислительной сети БЦВС должна иметь возможность изменения конфигурации сети с целью реализации свойства отказоустойчивости всей системы.

Режимы работы БЦВС Реализация принципов организации межмодульного информационного обмена на логическом уровне предполагает организацию межмодульного обмена в БЦВС в следующих режимах работы [2]:

- статический режим, соответствующий начальному моменту включения БЦВС;

- динамический режим, соответствующий рабочему состоянию БЦВС в составе объекта;

- тестовый режим, соответствующий режиму функциональной проверки БЦВС.

а) б) Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС в) Рисунок. Аппаратно-программные составляющие БЦВС ИМА: а) в статическом режиме, б) в динамическом режиме (QP соответствует синхронному процессу передачи данных, SP — асинхронному), в) в режиме выполнения теста встроенного контроля (примеры) Статический режим представляет собой режим работы БЦВС, в котором реализуются функции начальной самопроверки аппаратуры, инициализируются процессор и программируемые логические интегральные схемы, осуществляется загрузка операционной системы и программных компонентов драйверов устройств ввода-вывода, проводится оценка соответствия данных постоянной памяти значениям их контрольных сумм. Схема взаимодействия аппаратно-программных составляющих БЦВС, соответствующая статическому режиму работы БЦВС, приведена на рис.,а.

Динамический режим представляет собой режим работы БЦВС, в котором реализуются основные функции авионики:

- автоматического и директорного управления полетом (автопилота);

- автоматического управления тягой двигателя (автомата тяги самолета);

- вычислительной системы самолетовождения;

- управления общесамолетными системами;

- вычислителя-генератора символов для системы индикации (информационно-управляющего поля);

- формирования аварийной, предупреждающей и уведомляющей сигнализации;

- предупреждения о критических режимах полета ЛА;

- предупреждения об опасном приближении ЛА к земле;

- контроля параметров взлета летательного аппарата;

- формирования и выдачи речевой и тональной звуковой Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС сигнализации в кабине пилота;

- хранения и вывода на индикацию различной справочной информации (карты полета, радиоэлектронной информации от радиолокационной станции, контрольные перечни операций и др.), в том числе доступ во время полета к наземной справочной информации (метеорологические службы, службы планирования полетов, предприятия технического обслуживания и ремонта);

- радиосвязи с наземными службами;

- сбора информации для технического обслуживания, в том числе сбор и локализация отказов бортового оборудования комплекса БРЭО;

- концентрации данных от систем и измерительных датчиков ЛА для их использования другим приборным оборудованием комплекса БРЭО.

В динамическом режиме осуществляется информационный обмен между программными приложениями, исполняющими бортовые задачи авионики на различных КФМ. При этом данные циркулируют как между КФМ одной БЦВС, так и между КФМ, входящими в состав других абонентов бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО).

Для примера на рис.1,б приведен случай:

- синхронного процесса передачи данных между КФМ, исполняющим задачу 1 приложения 1, по интерфейсу AFDX с абонентами БРЭО объекта;

- синхронного процесса передачи данных между КФМ, исполняющими задачу N1 приложения 1 и задачу 1 приложения M (межмодульный обмен);

- асинхронного процесса передачи данных между КФМ, исполняющим задачу NM приложения M, по аналоговому интерфейсу с абонентами БРЭО объекта.

Схема взаимодействия аппаратно-программных составляющих БЦВС, соответствующая динамическому режиму работы БЦВС, приведена на рис.,б.

Тестовый режим представляет собой режим работы БЦВС, в котором реализуются функции автоматического (фонового) и расширенного (с уходом от выполнения бортовой задачи) контроля.

Режим автоматического контроля представляет собой такое состояние аппаратуры, при котором наряду с выполнением бортовых задач (в фоне) осуществляется проверка исправности состояния аппаратуры БЦВС. Расширенный контроль предполагает принудительный перевод БЦВС в режим тестирования для проведения контрольной проверки исправности узлов БЦВС в объеме, значительно большем, чем в автоматическом режиме. Организация тестирования БЦВС предполагает взаимный межмодульный обмен контрольными данными (так называемый петлевой контроль). На рис.,в приведен пример схемы Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС взаимодействия аппаратно-программных составляющих БЦВС, соответствующей тестовому режиму работы БЦВС.

Заключение В работах [3,4] нами было показано, что топология вычислительной сети и архитектура БЦВС в значительной степени определяют эффективность функционирования БЦВС структуры ИМА.

Однако для организации вычислений разработчики в процессе проектирования БЦВС должны сформировать циклограммы работы БЦВС и определить виды режимов работы БЦВС, поддерживаемых данной топологией. Такими режимами работы БЦВС являются:

статический, динамический и тестовый.

Литература 1. Парамонов П.П., Жаринов И.О. Интегрированные бортовые вычислительные системы: обзор современного состояния и анализ перспектив развития в авиационном приборостроении // Научно технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №2, с. 1-17.

2. Ott Aliki. System Testing In The Avionics Domain: Dissertation Zur Erlangung Des Grades Einer Doktorin Der Ingenieurwissenschaften. – Germany: Universitt Bremen, 2007. – 434 p.

3. Книга Е.В., Жаринов И.О. Топология внутренней электрической сети для перспективных типов бортовых цифровых Spacewire вычислительных систем авионики // Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов научно-педагогической школы кафедры ПБКС «Информационная безопасность, проектирование и технология элементов и узлов компьютерных систем» / Под ред. Ю.А. Гатчина, СПб: НИУ ИТМО, 2013, вып.1, с.122-126.

4. Книга Е.В., Жаринов И.О., Богданов А.В., Виноградов П.С.

Принципы организации архитектуры перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авионике // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №2, с.163-165.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский Книга – университет информационных технологий, механики и Екатерина оптики, аспирант, ekovinskaya@gmail.com Викторовна ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно-конструкторское Жаринов – бюро «Элктроавтоматика» им. П.А. Ефимова», Игорь Олегович руководитель учебно-научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 004. РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ В АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЕ НАВИГАЦИИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА М.О. Костишин, И.О. Жаринов Рассматривается алгоритм управления мобильным роботом в замкнутом пространстве на основе расчета навигационных параметров.

Приводится алгоритм управления.

Ключевые слова: робототехника, навигация, управление движением Введение Решение задачи управления в системе автономной навигации мобильной робототехнической системы имеет важное практическое значение [Л]. Робототехнические системы применяются при чрезвычайных ситуациях для анализа экологической обстановки в зонах химико-биологического или радиационного загрязнения, при разборе завалов после землетрясений, для формирования рельефа местности после селевых сходов и оползней в зонах бедствия и т.д.

Практические возможности робота при этом определяются особенностями его алгоритма управления.

Принцип построения автономной системы Управление робототехнической системой основано на вычислении навигационных параметров местоположения робота в выбранной системе координат и выработке управляющих сигналов на встроенные двигательные установки. Алгоритм вычисления навигационных параметров основан на расчете дальномерных параметров, участвующих в процессе вычисления расстояния от робота (датчика) до впередистоящего препятствия как в статическом положении, так и в процессе движения робота. Двигательные установки робототехнической системы представляют собой либо гусеничную пару, либо колесную пару, управляемую двигателями. На рисунке 1 представлен пример мобильного робота с колесной парой.

Блок-схема алгоритма автономного управления мобильной робототехнической системой представлена на рисунке 2.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Управление роботом Рисунок 1 – Мобильный робот Управление роботом осуществляется следующим образом.

Операторы 1-2 производят анализ состояния включения робота (готовность к работе). Операторы 3-4 выполняют функцию начальной предустановки колесной базы робота и ультразвукового датчика (дальномера), размещенного на платформе робота. Оператор определяет условие возможности движения робота в зависимости от наличия препятствия в направлении движения — направлении излучения и приема датчиком зондирующих импульсов. Операторы 6 10 управляют положением датчика в горизонтальной плоскости и определяют наличие препятствия слева и cправа от робототехнической системы. Направление зондирования может изменяться вращательными движениями датчика по или против часовой стрелки в диапазоне 360.

Операторы 12-14 реализуют движение робота и повороты колесной базы для изменения направления движения робота с целью обхода препятствий.

Наличие препятствия в направлении движения робота определяется по времени прихода отраженного радиоимпульса, излученного и принятого датчиком в ультразвуковом диапазоне частот.

Расчет дальности осуществляется по формуле x=ct/2, где t - время прихода отраженного радиоимпульса с момента излучения, с - скорость распространения ультразвуковой волны в воздушном пространстве, c=340 м/с. Для получения панорамного снимка может использоваться круговая система датчиков.

Расчет дальности производится в операторах 12-14 алгоритма.

Для определенности возможность движения робота в направлении зондирования связана с минимально допустимым расстоянием minSafeDist=30 см от робота до препятствия. В случае, если XminSafeDist, движение робота осуществляется в направлении проведенного измерения, в противном случае осуществляется Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС вращение ультразвукового датчика в горизонтальной плоскости, измерение дальности и определение направления беспрепятственного движения с разворотом колесной базы. При отсутствии беспрепятственных направлений движения осуществляется остановка робота. В частном случае возможно движение назад.

Заключение Представленный алгоритм позволяет осуществлять управление движением роботом с целью картирования образованного рельефа местности для принятия решения о возможности использования в заданных условиях человеческих ресурсов или поисковых собак при чрезвычайных ситуациях.

Алгоритм реализован на экспериментальном макете робототехнической системы СМАРТБОТ. Программное обеспечение написано на языке “С”. Управление роботом осуществляется микроконтроллером Atmega-2560. Управления двигателями колесной базы реализовано на основе 4-х двигателей постоянного тока.

Движение ультразвукового датчика осуществляется сервоприводом FS5106B. В качестве датчика измерения расстояния использовался ультразвуковой датчик ParallaxPing.

Литература [Л]. Бобцов А.А., Боргуль А.С., Зименко К.А., Пыркин А.А. Алгоритм управления автономным двухколесным мобильным роботом «Мотобот» // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2011, №5, с 63 – 69.

Санкт-Петербургский национальный Костишин – исследовательский университет Максим Олегович информационных технологий, механики и оптики, аспирант, job.max@me.com ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Жаринов – конструкторское бюро «Элктроавтоматика»

Игорь Олегович им. П.А. Ефимова», руководитель учебно научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма автономного управления робототехнической системой Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 629.7. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ АВТОНОМНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА М.О.Костишин, И.О. Жаринов, В.А. Нечаев Приводится структурная схема многоканальной системы навигации автономного мобильного робота. Рассматривается принцип построения информационно-измерительной системы навигации робота.

Приводится зависимость размера и площади «слепой зоны»

информационно-измерительной системы робота от числа измерительных датчиков и геометрических размеров робота.

Ключевые слова: датчик, автономная навигация, организация движения Введение Исследование возможностей и границ применимости робототехнических систем в настоящее время является одним из наиболее динамично развивающихся направлений научной деятельности человечества. Робототехнические системы применяются в медицинском приборостроении, в промышленности, в космической технике, в бытовой технике [1] и т.д.

Отдельный класс робототехнических систем составляют автономные мобильные устройства. Основное назначение мобильных устройств связано с решением различных задач в условиях, при которых функционирование устройств осуществляется автономно, т.е.

без участия человека-оператора. Применение таких устройств осуществляется при чрезвычайных ситуациях для анализа экологической обстановки в зонах химико-биологического или радиационного загрязнения, при разборе завалов после землетрясений, для формирования рельефа местности после селевых сходов и оползней в зонах бедствия и т.д.

Алгоритм навигации мобильного устройства [2] представляет собой последовательность операций, при которых перемещение устройства на местности обусловливается анализом пространственной информации, полученной от информационно-измерительной системы.

Информационно-измерительная система представляет собой совокупность ультразвуковых датчиков (одного или нескольких) и программно управляемого устройства обработки, физически расположенных на несущей конструкции мобильного устройства.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Система датчиков осуществляет излучение и прием в ультразвуковом диапазоне частот радиотехнических сигналов, параметрически характеризующих геопространственный рельеф окружающей местности, в которой осуществляется навигация.

Устройство обработки реализует функцию пространственного дальномера путем анализа временных промежутков задержки между моментами излучения и приема зондирующих сигналов от системы датчиков.

Основной задачей, возникающей в процессе проектирования информационно-измерительной системы мобильного устройства, является задача выбора числа датчиков и мест их размещения на платформе с целью минимизации критерия Sсл.з.(D, Nд) min, где Sсл.з – площадь «слепой зоны» (рабочая область вокруг робота, которая не охвачена секторами диаграмм направленности излучения/приема ультразвуковых датчиков), D – диаметр платформы, Nд – количество датчиков.

Принцип построения информационно-измерительной системы навигации автономного мобильного робота Информационно-измерительная система навигации автономного мобильного робота строится по принципу многоканальной информационной системы сбора и обработки информации.

Система датчиков располагается по периметру несущей конструкции (платформы) робота как показано на рис.1,а. Для определенности платформа робота выбрана круглой формы, датчики однотипные. Датчики на платформе располагаются по окружности платформы на равноудаленном расстоянии друг от друга.

б) а) Рис.1. Геометрическая модель исследования конструкции автономного мобильного робота: а) схема расположения датчиков на платформе, б) сегмент «слепой зоны».

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Каждый элементарный датчик, установленный на платформе робота, является независимым излучателем и приемником радиосигналов, обладающим некоторой диаграммой направленности.

Как правило, диаграмма направленности датчика имеет форму сектора.

Моменты излучения датчиками радиосигналов определяются устройством обработки, синхронизирующим работу системы навигации в целом.

Принцип работы информационно-измерительной системы автономного мобильного робота целесообразно рассмотреть на основе анализа функциональной схемы, представленной на рис.2.

… Д1 Д2 Д3 ДN … УВХ УВХ УВХ УВХ 1 2 3 N 1 2 3 N Аналоговый мультиплексор Управление … АЦП N Микроконтроллер К приводу … N колес Рис.2. Функциональная схема информационно-измерительной системы автономного мобильного робота (Д – датчик, УВХ – устройство выборки и хранения, АЦП – аналого-цифровой преобразователь).

Датчики Д1-ДN реализуют функцию излучения и приема радиосигналов ультразвукового диапазона. УВХ обеспечивает функцию памяти измерительной системы — запоминает уровень аналогового сигнала от датчиков Д1-ДN. Аналоговый мультиплексор по синхронизирующим сигналам от микроконтроллера коммутирует уровни напряжения от УВХ на АЦП. АЦП осуществляет преобразование аналогового напряжения УВХ в цифровой код, передаваемый по шине данных в микроконтроллер. На основе анализа поступающих данных микроконтроллер вырабатывает управляющие сигналы на привод колесной базы робота, что приводит к движению робота.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Очевидно, что чем меньше диаметр платформы робота, тем меньшее число датчиков может быть на ней установлено. Таким образом, для решения задачи выбора числа датчиков и мест их размещения на платформе робота с целью минимизации областей «слепых зон» с учетом геометрических размеров робота, скорости движения робота и производительности устройства обработки целесообразно использовать геометрическую модель исследования конструкции робота, представленную на рис.1,б.

Исходными данными для геометрической модели исследования являются:

–диаметр D платформы мобильного робота;

– угол сектора диаграммы направленности на излучение/прием датчика;

– геометрические размеры датчика;

– минимальное расстояние и максимальное расстояние работы каждого датчика.

Решение задачи выбора числа датчиков и мест их размещения на платформе автономного мобильного робота Решение задачи выбора числа датчиков и мест их размещения на платформе автономного мобильного робота проводилось на экспериментальном макете робототехнической системы СМАРТБОТ методом полунатурного моделирования. Программирование алгоритмов обработки навигационной информации, получаемой от системы ультразвуковых датчиков, выполнено на языке С. Управление роботом осуществлялось микроконтроллером Atmega-2560.

В качестве датчиков окружающей обстановки использовались ультразвуковые датчики Parallax Ping. Датчики Parallax Ping обладают следующими техническими характеристиками:

– угол сектора диаграммы направленности на излучение/прием 40, диаграмма направленности секторной формы;

– минимальное (20 мм) и максимальное (R1=3000 мм) расстояние работы датчиков.

Диаметр платформы робота в геометрической модели поочередно выбирался равным 300 мм, 400 мм, 500 мм, 600 мм.

Моделирование геометрической модели осуществлялось в среде AutoCAD. Геометрические размеры датчика определены в его технической документации.

Площадь «слепой зоны» вокруг робота равна (см. рис.1,б):

Sсл.з. SсегмВАК Nсегм R3 R4, 2 Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС где SсегмBAK – площадь одного сегмента «слепой зоны», Nсегм – общее количество сегментов «слепой зоны», R3 – радиус окружности для технической составляющей «слепой зоны», определяемой чувствительностью датчика, R4 – радиус окружности платформы робота (D=2R4).

В результате моделирования геометрической модели получено семейство зависимостей (см. рис.3, рис.4) параметров «слепой зоны», образуемой системой датчиков вокруг робота, от количества датчиков, установленных на платформе, для различных значений диаметров платформы D.

Из анализа рис.3 и рис.4 следует, что значения параметров «слепой зоны» вокруг робота резко снижаются, начиная с Nд14, и незначительно зависят от диаметра платформы D 30;

40;

50;

60.

Гиперболический характер зависимостей объясняется покрытием окружающего пространства вокруг робота секторной диаграммой направленности датчиков излучения/приема. При достижении Nд=20 на всех представленных диаметрах платформы D 30;

40;

50;

60 параметры «слепой зоны» принимают допустимые для практического использования значения и дальнейшее увеличение числа датчиков не целесообразно (приводит к существенному увеличению времени обработки навигационной информации в информационно управляющей системе и дополнительно удорожает конструкцию мобильного устройства).

Рис.3. Семейство зависимостей Рис. 4. Семейство зависимостей длины «слепой зоны» вокруг площади «слепой зоны» вокруг робота от количества датчиков, робота от количества датчиков, установленных на платформе установленных на платформе Заключение В результате проведенного моделирования и экспериментов предложен принцип построения многоканальной системы автономной Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС навигации мобильного робота и обоснован выбор технических решений при определении значений параметров конструкции робота.

Полученные семейства зависимостей показывают, что асимптотическое приближение параметров «слепой зоны» к константам при увеличении Nд имеет место за счет наличия технической составляющей «слепой зоны», обусловленной пороговыми значениями чувствительности датчиков и соответственно минимально допустимыми значениями рабочего расстояния датчиков. Таким образом, техническая составляющая «слепой зоны» определяет потенциально достижимые значения параметров «слепой зоны» вокруг мобильного устройства.

Литература 1. Принцип действия iRobot Roomba (фрагмент). Порядок автоматической уборки. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://irobot-home.ru/about-irobot/principle-of-operation-irobot-roomba/, свободный. Яз. рус. (дата обращения 15.01.2013).

2. Бобцов А.А., Боргуль А.С., Зименко К.А., Пыркин А.А. Алгоритм управления автономным двухколесным мобильным роботом «Мотобот» // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2011, №5, с. 63 – 69.

ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Жаринов конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Игорь Олегович им. П.А. Ефимова», руководитель учебно научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Нечаев конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Владимир им. П.А. Ефимова», начальник научно Анатольевич исследовательского центра, postmaster@elavt.spb.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Костишин конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Максим Олегович им. П.А. Ефимова», инженер, job.max@me.com Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 338. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПУСКА ЭЛЕКТРОННОЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ, ПРОГРАММНОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТРАСЛЕВОЙ САПР АВИАЦИННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ П.П. Парамонов, Ю.А. Гатчин, И.О. Жаринов, О.О. Жаринов Рассматриваются виды автоматизированных рабочих мест по подготовке в электронном виде конструкторской, программной и технологической документации на изделия авиационной промышленности. Приводится схема взаимодействия на авиаприборостроительном предприятии автоматизированных рабочих мест.

Ключевые слова: документация, автоматизированные рабочие места, разработка, авионика Введение В работе [1] нами были предложены новые принципы, положенные в основу построения отраслевой системы автоматизированного проектирования (САПР) в авиационном приборостроении. Отраслевая САПР включает компоненты, реализующие проектные операции на различных этапах разработки конструкторской, программной и технологической документации.

Оформление документации осуществляется в электронном виде с использованием автоматизированных рабочих мест (АРМ) [2].

Для подготовки документации на предприятии авиаприборостроительного профиля должны функционировать следующие виды АРМ:

- АРМ структурного проектирования изделий (блоков, систем, комплексов);

- АРМ по проектированию конструктивно-функциональных модулей (КФМ);

- АРМ по проектированию конструкций изделий (блоков, систем);

- АРМ по проектированию программ изделий (блоков, систем, комплексов).

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Схема взаимодействия компонентов АРМ в составе единой отраслевой САПР сквозного проектирования Схема взаимодействия компонентов АРМ в составе единой отраслевой САПР сквозного проектирования изделий авиационной промышленности приведена на рис. 1. Для примера показан случай разработки конструкторской (графической и текстовой), программной и технологической документации на бортовую цифровую вычислительную систему (БЦВС).

АРМ структурного проектирования реализует функции автоматизации выбора системы команд БЦВС, разработки структурной схемы БЦВС, синтеза логики работы БЦВС и подготовки соответствующего вида документации.

АРМ по проектированию конструктивно-функциональных модулей (КФМ) реализует функции подготовки автоматизированным способом конструкторской (графической и текстовой) документации на КФМ. Модули КФМ выступают сборочными единицами при проектировании БЦВС в целом. В ряде случае, когда проектируются КФМ, включающие в свой состав вычислительные узлы (микропроцессоры, микроконтроллеры, системы на кристалле и т.п.), АРМ по проектированию КФМ должна допускать также разработку программной составляющей документации КФМ. Кроме того, АРМ по проектированию КФМ реализует функции подготовки документации на автоматизированные рабочие места по проверке, настройке и регулировке КФМ.

АРМ по проектированию конструкций изделий реализует функции подготовки автоматизированным способом конструкторской (схемотехнической и чертежной) документации на БЦВС в целом, представляющей собой текстовые и графические документы: схемы, чертежи, расчеты тепловых и электрических полей, инструкции по проверке, технические условия и т.д. Разделение АРМ по видам проектируемых изделий (модули, блоки, системы, комплексы) соответствует принятой в авиационной промышленности иерархической системе «входимости» сборочных единиц:

радиоэлемент плата модуль блок система комплекс объект (самолет) [3].

АРМ по проектированию программ реализует функции подготовки документации на алгоритмическое и программное обеспечение, входящее в состав БЦВС. Автоматизируются процессы разработки математического обеспечения БЦВС, процессы разработки диагностических тестов проверки БЦВС. Автоматизируются процессы разработки текстов программ функционального программного обеспечения БЦВС и рабочих место по проверке БЦВС.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Локальная вычислительная сеть предприятия АРМ структурного проектирования БЦВС АРМ по проектированию КФМ БЦВС 1. Выбор системы Схемотехническое Конструкторское команд БЦВС проектирование проектирование (чертежи) Интерфейс 1. Разработка топологий 1. Формирование схем 2. Разработка печатных плат КФМ.

электрических принци структуры 2. Расчет теплофизиче пиальных, программ.

БЦВС, ских параметров и режи 2. Моделирование и ге реализующей Интерфейс мов работы ЭРИ и др.

нерация тестов контроля.

систему команд 3. Синтез АРМ по проектированию конструкции БЦВС логических схем БЦВС с Схемотехническое Конструкторское использованием проектирование проектирование (чертежи) Интерфейс экспертных 1. Разработка жгутовых 1. Разработка схем элек систем на основе соединений, модульного трических принципиаль базовых конструктива БЦВС.

ных, программ БЦВС.

функциональных 2. Расчет теплофизиче 2. Моделирование и ге решений ских параметров и др.

нерация тестов контроля.

АРМ по проектированию программ БЦВС Интерфейс Отраслевой банк данных авиаци Алгоритмическое Проектирование онного приборо проектирование программного обеспечения строения Интерфейс 1. Разработка функцио 1. Разработка математи нального программного ческого обеспечения.

обеспечения БЦВС.

2. Разработка диагности Интерфейс Центральный 2. Разработка тестовых ческих методик проверки банк данных программ проверки.

БЦВС и др.

предприятия ВЫПУСК ДОКУМЕНТАЦИИ Графическая Текстовая Технологическая Программная документация документация документация документация 1. Схемы электриче- 1. Технические усло- 1. Данные фотошаб- 1. Тексты программ.

ские принципиаль- вия. лонов. 2. Спецификации.

ные. 2. Инструкции по про- 2. Управляющие про- 3. Управляющие 2. Схемы электриче- верке, настройке и ре- граммы для станков файлы функциональ ские подключения. гулировке. и станций. ных и тестовых про 3. Схемы электриче- 3. Перечни элементов. 3. Технологические грамм.

ские соединений. 4. Спецификации. процессы. 4. Данные програм 4. Сборочные черте- 5. Ведомости покупных 4. Чертежи техноло- мирования.

жи узлов и модулей. изделий. гической оснастки. 5. Описания про 5. Чертежи деталей. 6. Карты рабочих ре- 5. Описания прибо- грамм.

6. Блок-схемы алго- жимов. ров, технологическо- 6. Программное 7. Паспорта, этикетки и го оборудования и обеспечение инстру ритмов и т.д.

т.д. т.д. ментальной ЭВМ.

Рис.1. — Схема взаимодействия рабочих мест по разработке и выпуску конструкторской, программной и технологической документации на основе отраслевой САПР авиационного приборостроения (на примере БЦВС) Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Заключение Взаимодействие указанных видов АРМ на уровне протоколов информационного обмена по унифицированным видам интерфейсов, например, по стандартам группы STEP (Standard for the Exchange of Product), рассмотрено в работе [2].

В совокупности четыре указанных типа АРМ обеспечивают разработчикам на авиаприборостроительном предприятии возможность подготовки автоматизированным способом: графической документации;

текстовой документации;

технологической документации и программной документации на изделия уровней «модуль», «блок», «система», «комплекс».

Оценка эффективности автоматизации от внедрения на предприятии данных видов АРМ приведена в работе [4].

Литература 1. Парамонов П.П., Гатчин Ю.А., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Дейко М.С. Принципы построения отраслевой системы автоматизированного проектирования в авиационном приборостроении // Научно технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №6, c. 111-117.

2. Гатчин Ю.А., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Архитектура программного обеспечения автоматизированного рабочего места разработчика бортового авиационного оборудования // Научно технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №2, с. 140-141.

3. Гатчин И.Ю., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Косенков П.А.

Реализация жизненного цикла «проектирование-производство эксплуатация» бортового оборудования на предприятиях авиационной промышленности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №2, с. 141-143.

4. Жаринов И.О., Жаринов О.О., Шек-Иовсепянц Р.А., Суслов В.Д.

Оценка снижения трудоемкости подготовки конструкторской документации с использованием CALS-технологии в приборостроении // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №4, с. 151-153.

ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Парамонов конструкторское бюро Павел Павлович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова, профессор, д.т.н., postmaster@elavt.spb.ru Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Санкт-Петербургский национальный – Гатчин исследовательский университет Юрий Арменакович информационных технологий, механики и оптики, заведующий кафедрой, профессор, д.т.н., gatchin@ifmo.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Жаринов конструкторское бюро Игорь Олегович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», руководитель учебно-научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Санкт-Петербургский государственный – Жаринов университет аэрокосмического Олег Олегович приборостроения, доцент, к.т.н., zharinov73@hotbox.ru УДК 629.7. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАЦИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОТРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ П.П. Парамонов, И.О. Жаринов, О.О. Жаринов, В.А. Нечаев, М.О. Костишин Рассматривается принцип построения имитационной среды для отработки компонентов математического и программного обеспечения бортового приборного оборудования. Приводится функциональная схема взаимодействия имитационных моделей.

Ключевые слова: имитационное моделирование, отработка, программное и математическое обеспечение, бортовое оборудование Введение В процессе проектирования бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) и его функциональных компонентов традиционно используются различные системы автоматизации проектирования (САПР), повышающие качество разработок и снижающие время проектирования. В работах [1,2] нами было показано, что создание отраслевой САПР для разработки БРЭО сегодня является актуальной научной задачей, объединяющей идеи интеграции разнородных САПР в единую сквозную среду «проектирование Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС производство-эксплуатация», функционирующую на предприятии авиаприборостроительного профиля.

Одним из важнейших компонентов отраслевой САПР является модуль автоматизации проектирования математического обеспечения (МО) и программного обеспечения (ПО) БРЭО. Этап проектирования МО и ПО БРЭО в современных условиях является наиболее трудоемким, т.к. основная часть материальных затрат и времени разработки МО и ПО приходится на процессы выполнения технологических операций отладки алгоритмов и программ функционирования БРЭО и на процессы согласования протоколов взаимодействия аппаратуры в составе единого бортового комплекса.

Зачастую, выполнение этих проектных операций продолжается и на этапе летных испытаний комплексов БРЭО.

Схема взаимодействия имитационных моделей для отработки компонентов математического и программного обеспечения БРЭО Для сокращения временных и материальных затрат на разработку МО и ПО комплексов БРЭО в ФГУП «СПб ОКБ «Электроавтоматика»

им. П.А.Ефимова» разработан специализированный имитационный модуль отраслевой САПР, функциональная схема которого показана на рис. 1.

Модуль отраслевой САПР состоит из:

- управляющей программы, производящей математические расчеты в процессе моделирования полетного задания;

- набора математических моделей [3] задания параметров внешней среды, моделей летательного аппарата и моделей бортовых систем, входящих в состав комплекса БРЭО.

Управляющая программа осуществляет имитацию различных режимов полета летательного аппарата (взлет, посадка, горизонтальный полет по маршруту, облет грозовых образований и зон с неблагоприятными климатическими условиями, режим автопилота и др.).

Модуль имитационных моделей самолетов содержит математические модели летательных аппаратов в классе объектов гражданской авиации (ближнемагистральные и среднемагистральные самолеты) и модели их систем управления (модели двигательной установки, модели автомата тяги и др.).

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УПРАВЛЯЮЩАЯ ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ПРОГРАММА МОДЕЛИ МОДЕЛИ СРЕДЫ САМОЛЕТА НАЧАЛО Модель наземных объектов Модель двигатель Ввод задания ной установки на моделирование Модель атмосферы Модель автомата тяги Модель ветра Ввод начальных условий Модель движения Модель магнитного самолета поля земли … Настройка моделей … Модель Модель эталонного Установка счетчика аэродинамики счисления пути системного времени МОДЕЛИ БОРТОВЫХ Испытуемые алго ритмы функциони АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ рования БРЭО Модель ИНС Модель информаци онно-управляющего Вывод результатов поля кабины Модель РСБН моделирования Модель БЦВМ Модель СВС Результаты Модель удовлетворитель Модель АРК устройства нет ные?

ввода-вывода да подсистем и БЦВМ Модель РВ КОНЕЦ … Рис.1. Функциональная схема взаимодействия имитационных моделей для отработки компонентов математического и программного обеспечения БРЭО Модуль имитационных моделей среды включает в себя математические модели ветра, атмосферы, магнитного поля земли, модели наземных объектов (высотные строительные сооружения), модели эталонного счисления пути самолета и др.

Модуль имитационных моделей бортовых систем включает в себя: математические модели информационно-управляющего поля кабины пилота летательного аппарата, модели бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ), модели функционирования Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС устройств ввода-вывода, модели инерциальной навигационной системы (ИНС), модели радиосистемы ближней навигации (РСБН), модели системы воздушных сигналов (СВС), модели радиовысотомера (РВ), модели авиационного радиокомпаса (АРК) и ряд других моделей.

Принцип работы управляющей программы модуля отраслевой САПР заключается в следующем [4]. Оператором-программистом задаются необходимые настройки параметров для осуществления имитации моделей самолета, среды и применяемых в БРЭО бортовых систем. В процессе имитационного полета данные о состоянии текущих параметров полета поступают на пульт оператора и регистрируются на инструментальной ЭВМ в специальном файле конфигураций для последующего анализа. В различных режимах работы управляющей программы могут исследоваться возможные варианты работы бортового оборудования в условиях моделирования критических ситуаций, в условиях запредельных значений пилотажно навигационных параметров, в режимах повседневной эксплуатации при соблюдении требований технического задания.

Заключение Возможность проведения имитации различных режимов полета самолета [5] и принципов взаимодействия бортовых систем на уровне их математических моделей, а не на уровне физических устройств, дает существенное преимущество разработчикам при проектировании бортового оборудования за счет автоматизации процессов отработки компонентов МО и ПО БРЭО еще на этапе выполнения поисковых работ (эскизно-технического проектирования).

В процессе имитации бортовых систем осуществляется оценка погрешностей измерений навигационных и пилотажных параметров полета самолета без необходимости и в отсутствии на стендах проверки дорогостоящего приборного оборудования [6]. Таким образом, еще на этапе эскизно-технического проектирования отрабатываются все технические решения, впоследствии воплощаемые в практические разработки БРЭО.

На более поздних этапах разработки (техническое проектирование, рабочая конструкторская документация) постепенно ряд математических моделей в принятом ранее техническом облике комплекса БРЭО может замещаться реальными физическими системами с оценкой правильности принятых разработчиками в процессе проектирования допущений и математических расчетов.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Литература 1. Парамонов П.П., Гатчин Ю.А., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Дейко М.С. Принципы построения отраслевой системы автоматизированного проектирования в авиационном приборостроении // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №6, с. 111-117.

2. Гатчин И.Ю., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Косенков П.А.

Реализация жизненного цикла «проектирование-производство эксплуатация» бортового оборудования на предприятиях авиационной промышленности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №2, с. 141-143.

3. Козис Д.В. Построение динамических моделей функционирования комплекса пилотажно-навигационного оборудования летательных аппаратов: дисс. … канд. техн. наук:

05.13.01, 2006, СПб: ГУ ИТМО, 152 с.

4. Парамонов П.П., Видин Б.В., Козис Д.В., Жаринов И.О., Кац А.Р. Моделирование навигационных комплексов пилотируемых летательных аппаратов в реальном масштабе времени. Исследование технических параметров системы самолетовождения и индикации и проверка их соответствия требованиям технического задания: Учеб.

пособие, СПб: ГУ ИТМО, 2009, 100 с.

5. Суслов В.Д., Козис Д.В. Моделирование траектории полета в навигационных комплексах летательных аппаратов в горизонтальной плоскости // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №3, с.

71-75.

6. Козис Д.В., Жаринов О.О., Суслов В.Д. Моделирование погрешностей измерений бортовых навигационных устройств // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №4, с. 18-20.

ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Парамонов конструкторское бюро Павел Павлович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», профессор, д.т.н., postmaster@elavt.spb.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Жаринов конструкторское бюро Игорь Олегович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», руководитель учебно-научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Санкт-Петербургский государственный – Жаринов университет аэрокосмического Олег Олегович приборостроения, доцент, к.т.н., zharinov73@hotbox.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Нечаев конструкторское бюро Владимир «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», Анатольевич начальник научно-исследовательского центра, postmaster@elavt.spb.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Костишин конструкторское бюро Максим Олегович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», инженер, job.max@me.com УДК 623.64:623. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИНДИКАЦИОННОГО КАДРА В БОРТОВЫХ СИСТЕМАХ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ П.П. Парамонов, П.В. Коновалов, И.О. Жаринов, Ю.А. Кирсанова, С.Б. Уткин Рассматривается формат записи метрических данных, используемых при построении индикационного кадра, выводимого на экран бортового средства индикации от системы картографической информации.

Ключевые слова: навигация, картография, бортовые системы Введение Повышение безопасности авиационных перелетов является одним из приоритетных направлений в области разработки и конструирования бортовой аппаратуры. Одним из факторов, повышающих вероятность возникновения аварийной ситуации во время пилотирования летательного аппарата является утомляемость экипажа. Эффективным способом снижения нагрузки на органы восприятия является представление необходимой пилоту навигационной информации в графическом виде. Наглядные изображения не только упрощают восприятие, но и позволяют вести Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС пилотирование в условиях плохой видимости (ночные перелеты, сложные погодные условия).

Ресурсоемкость обработки информации о положении летательного аппарата в пространстве и условиях перелета затрудняет использование геоинформационных систем в составе бортового оборудования. В связи с этим актуальной является задача разработки специализированного формата для представления метрических данных, позволяющего оптимизировать использование ограниченных вычислительных ресурсов бортового оборудования.

Виды и форматы записи метрических данных в бортовых навигационных системах Метрические данные являются частью цифровой модели местности и представляют собой координаты точек, определяющих местоположение и очертания объектов [1, 2]. Кодирование осуществляется с применением условной системы координат и условной единицы координат. Для ограничения района задания данной модели местности используется прямоугольная рамка. Стороны рамки ориентированы по направлениям осей, а нижний левый угол совпадает с началом условной системы координат. В качестве условной единицы измерения координат используется пиксель, численно равный длине стороны квадрата, покрывающего один элемент изображения.


Прямоугольный район внутри рамки делится на квадраты размером 64 на 64 пикселя. При описании цифровой модели местности применяется два вида нумерации квадратов карты: двойная и сквозная.

При двойной нумерации используется два индекса, один из которых увеличивается при переборе квадратов по столбцам (строкам) вдоль первой оси условной системы координат в порядке возрастания значений координат, другой — вдоль второй оси. При сквозной нумерации используется лишь один индекс. Он увеличивается при переборе квадратов по столбцам (строкам) вдоль первой оси условной системы координат в порядке возрастания значений координат с переходом, по достижению крайнего квадрата столбца (строки), к следующему столбцу (строке) по направлению второй оси, также в порядке возрастания значений координат. В обоих случаях нумерация начинается с квадрата, содержащего точку начала отсчета условной системы координат. Расчет индексов квадратов при смене системы нумерации выполняется по формулам:

k i jI, i k mod I, j k I, где k=0,1,…, K–1 – индекс квадрата при сквозной нумерации, K – общее количество квадратов, i = 0,1,…,I–1 и j=0,1,…,J–1 – индексы Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС квадрата при двойной нумерации вдоль направлений соответственно первой и второй осей условной системы координат, I и J – количество квадратов в сетке вдоль направлений первой и второй осей условной системы координат соответственно, mod – операция взятия остатка от деления, [...] – операция взятия целого числа от деления. Очевидно, что K IJ.

Координаты метрики объектов в модели местности задаются приращениями координат характерных точек объектов относительно точек начала отсчета соответствующих квадратов. Точка начала отсчета в каждом квадрате совпадает с его угловой точкой, имеющей минимальные значения условных координат. В общем случае расчет приращений условных координат в координаты проекции карты и обратно выполняется по формулам:

X X, j Y640, x X X /464xi, y Y Y0 4 xj, Y i 64 / X X 0 64xi x / 4, Y Y0 64xj y / 4, где X и Y – координаты точки в системе координат проекции карты (в метрах), X0 иY0 – координаты начала отсчета условной системы координат в системе координат проекции карты (в метрах), x и y – приращения условных координат точки внутри соответствующего квадрата (единица значения любой из координат численно равна пиксель/4, диапазон изменения значений координат – 0…255). Выбор 8-разрядного слова для кодирования координат обеспечивает неразрывность отображений расположенных в нескольких квадратах площадных и линейных объектов в масштабах, крупнее исходного в 2 и 4 раза, а также существенное упрощение масштабирования объектов при переходе от основного масштаба к производным за счет использования некоторого количества старших битов двоичного кода значения координат.

В согласии с результатами работы [2], по способу формирования метрики, в зависимости от форм и размеров, объекты местности подразделяются на следующие виды: площадной, линейный, векторный и точечный. Формирование метрики площадного объекта выполняется в соответствии со следующими правилами:

- точки метрики площадного объекта должны являться углами многоугольника, образованного последовательным соединением отрезками прямых линий соседних в последовательности точек, причем последняя точка метрики должна совпадать с первой, замыкая, таким образом, контур площадного объекта;

- ни одна из сторон многоугольника не должна пересекать других его сторон, кроме смежных сторон;

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС - первой должна следовать точка, имеющая максимальное значение вертикальной координаты, порядок следования остальных точек должен обеспечивать обход углов многоугольника против часовой стрелки;

- любая прямая линия, параллельная горизонтальной оси, должна пересекать границы объекта (многоугольника) не более чем в двух точках;

если реальный объект имеет контуры более сложного многоугольника, то он разбивается на несколько простых многоугольников, удовлетворяющих данному правилу;

- все точки метрики многоугольника должны лежать в одном квадрате;

если объект простирается на несколько квадратов, то он искусственно усекается соответствующими отрезками границ квадрата, которые, в связи с этим, отражаются в метрике.

Формирование метрики линейного объекта выполняется в соответствии со следующими правилами:

- точки метрики линейного объекта должны являться узлами ломаной линии, образованной последовательным соединением отрезками прямых линий соседних в последовательности точек;

- ни один из отрезков ломаной линии не должен пересекать других линий, кроме смежных;

- некоторые линейные объекты имеют несимметричные условные графические обозначения (например, овраг или обрывистый берег водоема);

- все точки метрики ломаной линии должны лежать в одном квадрате;

если объект простирается на несколько квадратов, то он искусственно усекается соответствующими точками на границах квадрата, которые, в связи с этим, становятся частью метрики.

Формирование метрики векторного объекта выполняется в соответствии со следующими правилами:

- первая пара координат метрики должна описывать приращения условных координат центра объекта относительно начала отсчета соответствующего квадрата;

- вторая пара координат метрики указывает точку конца вектора, проведенного из центра объекта и определяющего его ориентацию для случая, если бы центр объекта располагался в точке с координатами {127, 127}.

Формирование метрики точечного объекта выполняется в соответствии со следующим правилом:

- единственная пара координат метрики должны соответствовать приращениям условных координат центра объекта или для некоторых типов объектов иной характерной точки.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Заключение Описанный формат записи метрических данных используется в составе программного обеспечения вычислительного модуля, входящего в состав бортовой системы картографической информации, разработанной в ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно конструкторское бюро «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова».

Использование предложенного формата записи позволило на четыре месяца сократить время отладки программного кода, поддерживающего режим формирования и отображения геоинформационных данных на средствах бортовой индикации.

Литература 1. Парамонов П.П., Коновалов П.В., Жаринов И.О., Кирсанова Ю.А., Уткин С.Б. Реализация структуры данных, используемых при формировании индикационного кадра в бортовых системах картографической информации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №2, С. 165 167.

2. Жаринов И.О., Коновалов П.В. Классификация структуры данных, используемых при отображении геоинформационных ресурсов в бортовых системах картографической информации // Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов научно-педагогической школы кафедры ПБКС «Информационная безопасность, проектирование и технология элементов и узлов компьютерных систем» / Под ред. Ю.А. Гатчина, СПб: НИУ ИТМО, 2013, вып.1, с.118 121.

ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Парамонов конструкторское бюро Павел Павлович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», профессор, д.т.н., postmaster@elavt.spb.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Жаринов конструкторское бюро Игорь Олегович «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», руководитель учебно-научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Санкт-Петербургский государственный – Жаринов университет аэрокосмического Олег Олегович приборостроения, доцент, к.т.н., zharinov73@hotbox.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Нечаев конструкторское бюро Владимир «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», Анатольевич начальник научно-исследовательского центра, postmaster@elavt.spb.ru ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно – Суслов конструкторское бюро Владимир «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова», Дмитриевич ученый секретарь Научно-технического совета, postmaster@elavt.spb.ru УДК 621.396.988.6: 629. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ АВИОНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПОВ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ П.П. Парамонов, И.О. Жаринов, О.О. Жаринов, В.А. Нечаев, В.Д.

Суслов Рассматривается принцип построения модуля автоматизации проектирования бортовых навигационных комплексов авионики, приводится функциональная схема модуля.

Ключевые слова: автоматизация проектирования, навигационные комплексы, авионика.

Введение Основное назначение современного бортового навигационного комплекса (НК) авионики связано:

– с формированием опорной траектории полета центра масс летательного аппарата (ЛА);

– с оценкой текущего положения центра масс ЛА в воздушном пространстве и с оценкой значений навигационных параметров (скорости, ускорения, углах сноса, тангажа, крена и др.) движения ЛА;

– с оценкой отклонения центра масс ЛА от опорной траектории в процессе движения.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Сложившаяся в авиаприборостроении практика показывает, что в составе оборудования, применяемого для решения задач навигации ЛА (самолета, вертолета), сегодня используются системы двух типов:


– автономные системы, не связанные с наземными средствами организации воздушного движения и устанавливаемые непосредственно на борту ЛА, – неавтономные системы, входящие в состав радиотехнических систем наземного или космического базирования.

Автономные бортовые системы определяют значения навигационных параметров в процессе движения ЛА. К автономным бортовым системам относятся, в частности: инерциальная навигационная система (ИНС), система воздушных сигналов (СВС), курсовая система, доплеровский измеритель скорости и угла сноса, радиовысотомер (РВ), баровысотомер (БВ).

Неавтономные радиотехнические системы определяют положение центра масс ЛА в воздушном пространстве в заданной системе координат относительно заданных квазистационарных ориентиров. К неавтономным системам относятся, в частности:

радиотехническая система ближней навигации (РСБН), радиотехническая система дальней навигации (РСДН), Very High Frequency Omnidirectional Radio Range, Distance Measuring Equipment, Satellite Navigation System (SNS), система ГЛОНАСС, Global Positioning System (GPS), посадочная радиомаячковая аппаратура и др.

В зависимости от сочетаний, используемых в процессе навигации бортовых систем и соответственно от обрабатываемой параметрической информации, в составе объекта могут реализовываться различные методы счисления пути [1]: инерциальный, инерциально-доплеровский, курсо-доплеровский, курсо-воздушный. В ряде случаев используются комбинированные методы счисления пути (например, курсо-доплеровский и курсо-воздушный). Таким образом, решение задачи навигации ЛА связано с совместной обработкой информации об одних и тех же или функционально связанных параметрах движения ЛА, поступающих от нескольких систем, и с объединением результатов их совместной обработки — т.е. с реализацией принципа комплексной обработки информации (КОИ).

Основная цель комплексирования аппаратуры вызвана потребностью разработчиков в достижении наивысших (при заданном составе измерителей и бортовых вычислительных средствах) показателей по точности и непрерывности определения навигационных параметров полета ЛА.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Модуль автоматизации проектирования бортовых навигационных комплексов авионики Сегодня известны различные варианты реализации алгоритмов КОИ с объединением результатов измерений навигационных параметров в комбинациях систем: SNS и ИНС, РВ, БВ;

GPS, РСДН и ИНС;

SNS, РСБН и ИНС;

SNS, ИНС, РВ и БВ и др. с использованием метода поэтапного решения уравнения Стратоновича. Точность оценивания навигационных параметров при использовании информации от различных измерителей в каждой комбинации аппаратуры будет также различной [2]. Это связано как с тактико техническими характеристиками (ТТХ) самих измерителей, так и с методическими и инструментальными погрешностями в реализации алгоритмов КОИ в реальном масштабе времени на базе бортовой цифровой вычислительной системы.

Для исследования точностных характеристик оценок навигационных параметров движения ЛА предлагается модуль автоматизации проектирования бортовых НК авионики, входящий в состав отраслевой системы автоматизированного проектирования [3] бортового приборного оборудования, функциональная схема которого показана на рисунке. Модуль автоматизации проектирования предназначен для поддержки принятия проектных решений при формировании технического облика НК, разрабатываемого на предварительных стадиях эскизно-технического проектирования.

Модуль включает [4-10]:

– библиотеку ТТХ навигационных измерителей различных марок и фирм-производителей Российской Федерации и в мире, сформированную на основе паспортных данных приборов;

– библиотеку алгоритмов комплексной обработки информации в различных сочетаниях измерителей;

– математические соотношения (системы уравнений), описывающие динамику движения ЛА в вертикальной и горизонтальной плоскости;

– технические средства (дисплей, ЭВМ) автоматизированного рабочего места разработчика бортовой аппаратуры;

– программную подсистему моделирования и расчетов оценок навигационных параметров движения ЛА.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Навигационные параметры Требования технического ИНС задания на разработку на Системы вигационного комплекса Алгоритмы комплексной уравнений обработки информации 1, *,..., * * движения ЛА СВС Выходные – параметры SNS Подсистема моделирования … и расчетов оценок навигационных 1, 2,..., параметров движения ЛА + Вектор РСБН ошибок Библиотека ТТХ Начальные Дисплей для навигационных условия (виды из- отображения измерителей различ- мерителей, их чис- характеристик ных марок и фирм ло в составе ЛА) Рисунок. Функциональная схема модуля автоматизации проектирования бортовых навигационных комплексов авионики Принцип работы модуля автоматизации проектирования бортовых навигационных комплексов авионики (рисунок) заключается в следующем. Разработчик НК на основе предварительного изучения требований технического задания на разработку НК формирует начальные условия проектирования путем задания видов навигационных измерителей, входящих в состав НК, и их количества.

Подсистема моделирования и расчетов оценок навигационных параметров извлекает из библиотеки алгоритмов КОИ те из них, которые предназначены для обработки информации заданных измерителей. Выбор алгоритмов КОИ реализуется с использованием правил полного перебора с бинарными запретами на различные парасочетания функциональных элементов авионики. Перспективным оказывается также применение в модуле автоматизации эволюционных методов поиска [11], снижающих общее время формирования искомого проектного решения.

Расчет значений навигационных параметров осуществляется при моделировании движения ЛА в вертикальной и горизонтальной плоскости [4-7] с использованием систем уравнений движения ЛА.

Параметры систем уравнений движения ЛА определяются типом конструкции ЛА и паспортными данными ТТХ навигационных измерителей.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС Заключение Инициируя процесс моделирования, разработчик НК преследует цель получить оценки 1, 2,..., значений навигационных параметров НК, удовлетворяющие требованиям 1, *,...,* технического задания;

* (вектор ошибок 1 1, 2 *,..., * ), до 1 1, 2 2,..., * * * * принятия решения о включении в состав будущего НК конкретного набора измерителей и их конкретных марок, т.е. еще на этапе эскизно технического проектирования, когда физически аппаратура на проектном предприятии может отсутствовать.

Литература Бабуров В.И., Пономаренко Б.В. Принципы интегрированной 1.

бортовой авионики: монография, СПб: Изд-во «Агентство «РДК Принт»», 2005, 448 с.: ил.

Козис Д.В., Жаринов О.О., Суслов В.Д. Моделирование 2.

погрешностей измерений бортовых навигационных устройств // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №4, с. 18-20.

Парамонов П.П., Гатчин Ю.А., Жаринов И.О., Жаринов О.О., 3.

Дейко М.С. Принципы построения отраслевой системы автоматизированного проектирования в авиационном приборостроении // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, №6, c. 111-117.

Суслов В.Д., Козис Д.В. Моделирование траектории полета в 4.

навигационных комплексах летательных аппаратов в горизонтальной плоскости // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №3, с.

71-75.

Андреев Л.В., Богословский С.В., Видин Б.В., Жаринов И.О., 5.

Жаринов О.О., Парамонов П.П., Сабо Ю.И. Формализация вектора наблюдений измерительного комплекса беспилотных летательных аппаратов // Известия вузов. Приборостроение, 2009, Т.52, №11, с. 23 27.

Андреев Л.В., Богословский С.В., Видин Б.В., Жаринов И.О., 6.

Жаринов О.О. Парамонов П.П., Шек-Иовсепянц Р.А. Межсамолетная навигация группы летательных аппаратов // Известия вузов.

Приборостроение, 2009, Т.52, №11, с. 12-15.

Видин Б.В., Жаринов И.О., Жаринов О.О., Ульянова О.В.

7.

Особенности движения летательного аппарата в вертикальной плоскости в неравновесном режиме с учетом ограниченного ресурса управления // Изв. вузов. Приборостроение, 2010, Т.53, №10, с. 24-28.

Сабо Ю.И., Жаринов И.О. Критерий подобия проектных решений 8.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС требованиям технического задания в авионике // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №3, с. 57-63.

Гатчин Ю.А., Жаринов И.О., Жаринов О.О. Архитектура 9.

программного обеспечения автоматизированного рабочего места разработчика бортового авиационного оборудования // Научно технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2012, №2, с. 140-141.

10. Суслов В.Д., Шек-Иовсепянц Р.А., Видин Б.В., Жаринов И.О., Немолочнов О.Ф. К вопросу об унификации бортовых алгоритмов комплексной обработки информации // Известия вузов.

Приборостроение, 2006, Т.49, №6, с. 39-40.

11. Шек-Иовсепянц Р.А., Жаринов И.О. Генерация проектных решений бортового оборудования с использованием аппарата генетических алгоритмов // Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО, 2010, №3, с. 67-70.

– ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Парамонов конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Павел Павлович им. П.А. Ефимова», профессор, д.т.н., postmaster@elavt.spb.ru – ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Жаринов конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Игорь Олегович им. П.А. Ефимова», руководитель учебно научного центра, доцент, д.т.н., igor_rabota@pisem.net – Санкт-Петербургский государственный Жаринов университет аэрокосмического Олег Олегович приборостроения, доцент, к.т.н., zharinov73@hotbox.ru – ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Нечаев конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Владимир Анатольевич им. П.А. Ефимова», начальник научно исследовательского центра, postmaster@elavt.spb.ru – ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно Суслов конструкторское бюро «Электроавтоматика»

Владимир Дмитриевич им. П.А. Ефимова», ученый секретарь Научно технического совета, postmaster@elavt.spb.ru Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС УДК 53.081. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТЫ ДЛЯ КВАНТОВОГО СТАНДАРТА ЧАСТОТЫ НА АТОМАХ Cs А.А. Петров, В.В. Давыдов Рассмотрена новая конструкция цифрового синтезатора частоты квантового стандарта частоты на атомах Cs133. При проведении моделирования работы новой конструкции синтезатора было установлено, что увеличилась точность воспроизведения частоты.

Также в новой конструкции синтезатора увеличилось разрешение по частоте и фазе, расширен диапазон генерируемых частот. При этом массогабаритные и электрические параметры блока не возросли.

Ключевые слова: Квантовый стандарт частоты, синтезатор частоты, цифровой синтез, генератор синусоидального сигнала Введение В настоящее время квантовые стандарты частоты (КСЧ) являются основными устройствами, обеспечивающими формирование и воспроизведение с необходимой точностью физической единицы измерения времени и частоты.

Кроме применения в системе единого времени КСЧ также используются в различных навигационных системах, метрологических службах и измерительных системах. Без надежной работы этих приборов невозможно нормальное функционирование многих сфер деятельности человека, особенно если в них используется вычислительная техника.

Учитывая высокую значимость КСЧ в жизни общества, перед разработчиками квантовых стандартов частоты постоянно ставятся задачи по их модернизации и разработки новых моделей [1, 2].

Необходимость в модернизации КСЧ возникает в связи с изменяющимися требованиями к летательным аппаратам (ЛА). Процесс модернизации включает в себя различные направления: изменение массы и размеров, используемых КСЧ, снижение ими энергопотребления, улучшение их метрологических характеристик [3].

Причем для КСЧ часто модернизации подвергается не вся конструкция, а отдельные узлы или блоки, в зависимости от задач стоящих в данный момент перед разработчиками.

В статье представлено одно из направлений модернизации КСЧ на атомах Cs133, а именно отдельного блока – синтезатора частоты с Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС целью повышения точностных характеристик стандарта и увеличения его функциональных возможностей.

Принцип работы КСЧ на атомах Cs Работа КСЧ на атомах Cs133 основана на принципе подстройки частоты высокостабильного кварцевого генератора (КГ) по частоте квантового перехода атомов цезия Cs133 атомно-лучевой трубки (АЛТ).

Структурная схема КСЧ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема КСЧ, где БГУВ - блок генератора и усилителей выхода, ПЧ – преобразователь частоты, СЧ – синтезатор частоты, АЛТ – атомно–лучевая трубка, УС – усилитель, РУ – реле управления, УУ – устройство управления, ИФ - интерфейс, УК – устройство контроля, ПЦА – преобразователь цифро-аналоговый Выходной сигнал блока генератора и усилителей выхода (БГУВ) частотой 5 МГц подается на преобразователь частоты (ПЧ) и синтезатор частоты (СЧ). В СЧ частота входного сигнала 5 МГц преобразуется в частоту 12,631 МГц, путем умножения частоты 5 МГц до 15 МГц и вычитания частоты 2,369 МГц. Частоту 2,369 МГц формирует новый генератор синусоидального сигнала. С выхода СЧ сигнал частоты 12,631 МГц поступает на генератор гармоник (ГГ) ПЧ.

В ПЧ частота входного сигнала 5 МГц умножается до частоты 270 МГц и сигнал этой частоты также поступает на ГГ ПЧ. В ГГ ПЧ осуществляется фазовая модуляция сигнала частоты 270 МГц сигналом частоты 12,631 МГц, в результате чего выходной сигнал сверхвысокой Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС частоты (СВЧ) ГГ ПЧ содержит ряд комбинационных частот, в том числе частоту 9192,631 МГц, которая используется в работе КСЧ. С выхода ПЧ СВЧ - сигнал по волноводному тракту поступает на волноводный вход АЛТ. Выходным сигналом АЛТ при отсутствии низкочастотной (НЧ) модуляции СВЧ-сигнала является постоянный ток. Зависимость постоянного напряжения на выходе АЛТ от частоты возбуждения СВЧ-поля на ее входе имеет вид резонансной кривой, которая называется резонансной линией атомного перехода, а резонансная частота fn - частотой атомного перехода, равной 9192631773 Гц. При расстройке частоты КГ и, следовательно, частоты СВЧ-сигнала от значения, соответствующего частоте атомного перехода fn, в АЛТ вырабатывается сигнал ошибки («СО»), который несет информацию о величине расстройки. Для определения знака расстройки частоты СВЧ-сигнала относительно значения fn осуществляется частотная модуляция выходного сигнала СЧ частоты 12,631 МГц НЧ сигналом прямоугольной формы типа меандр частоты 15,25 Гц. Сигнал с выхода АЛТ поступает на вход системы АПЧ в составе УС, УУ и ПЦА. В системе АПЧ выходной сигнал АЛТ, содержащий постоянную и переменную составляющие «СО», преобразуется в управляющее напряжение, поступающее на варикап подстройки частоты КГ. Система АПЧ формирует управляющее напряжение такой величины, чтобы компенсировать уход действительного значения частоты (ДЗЧ) КГ относительно значения, соответствующего частоте атомного перехода АЛТ.

Метод прямого цифрового синтеза частоты Одним из важных функциональных узлов КСЧ является синтезатор частоты (СЧ). Он принимает участие в формировании резонансной частоты квантового перехода атомов цезия. Выходной сигнал блока генератора и усилителей выхода (БГУВ) частотой 5 МГц подается на преобразователь частоты (ПЧ) и синтезатор частоты (СЧ).

В СЧ частота входного сигнала 5 МГц преобразуется в частоту 12, МГц, путем умножения частоты 5 МГц до 15 МГц и вычитания частоты 2,369 МГц. Частоту 2,369 МГц формирует новый генератор синусоидального сигнала. С выхода СЧ сигнал частоты 12,631 МГц поступает на генератор гармоник (ГГ) ПЧ. В ПЧ частота входного сигнала 5 МГц умножается до частоты 270 МГц и сигнал этой частоты также поступает на ГГ ПЧ. В ГГ ПЧ осуществляется фазовая модуляция сигнала частоты 270 МГц сигналом частоты 12,631 МГц, в результате чего выходной сигнал сверхвысокой частоты (СВЧ) ГГ ПЧ содержит ряд комбинационных частот, в том числе частоту 9192, Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС МГц, которая используется в работе КСЧ. Но такой метод формирования выходного сигнала СВЧ исчерпал все возможности по увеличению точности. Кроме того, элементная база, на которой реализуется данный метод, устарела и требует замены. Поэтому возникла идея разработать новую конструкцию синтезатора частоты на основе метода прямого цифрового синтеза.

Прямой цифровой синтез (Direct Digital Synthesis, или DDS) уникален своей цифровой определенностью: генерируемый ими сигнал синтезируется со свойственной цифровым системам точностью.

Частота, амплитуда и фаза сигнала в любой момент времени точно известны и подконтрольны. DDS практически не подвержены температурному дрейфу и старению. Единственным элементом, который обладает свойственными аналоговым схемам нестабильностями, является ЦАП. Все это является причиной того, что в последнее время DDS вытесняют обычные аналоговые синтезаторы частот. Структурная схема работы DDS представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Работа DDS.

Как можно видеть стандартная схема DDS состоит из аккумулятора фазы, ПЗУ, ЦАП и ФНЧ. Аккумулятор фазы представляет собой накапливающий сумматор, на вход которого с тактовой частотой поступают входные коды частоты. Он формирует линейно изменяющуюся фазу сигнала. Далее с помощью ПЗУ линейно изменяющаяся фаза преобразуется в изменяющиеся по синусоидальному закону отсчеты выходного сигнала. Наиболее подходящим методом формирования отсчетов функции sin является табличный метод. Перекодировочная таблица (Look Up Table) чаще всего размещается в ПЗУ. Код, который подается на адресные входы ПЗУ, является аргументом функции sin, а выходной код ПЗУ равен значению функции для данного аргумента. Аргумент функции sin, или фаза, в отличие от значения функции, меняется во времени линейно.

Поскольку функция sin периодична, то и частота переполнений Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПБКС аккумулятора фазы равна частоте выходного сигнала. Эта частота определяется формулой 1:

FOUT = M·FCLK/2N, (1) где FOUT – выходная частота, FCLK – тактовая частота, M – код частоты, N – разрядность аккумулятора фазы.

Эти отсчеты функции sin поступают на ЦАП, на выходе которого формируется синусоидальный сигнал, состоящий из «ступенек». Эти «ступеньки» фильтруются с помощью аналогового ФНЧ, на выходе которого получается синусоидальный сигнал.

Основные преимущества DDS:

цифровое управление частотой и фазой выходного сигнала очень высокое разрешение по частоте и фазе архитектура, основанная на DDS, ввиду очень малого шага перестройки по частоте, исключает необходимость применения точной подстройки опорной частоты цифровой интерфейс легко позволяет реализовать микроконтроллерное управление Частотное разрешение DDS составляет сотые, и даже тысячные доли герца при выходной частоте порядка десятков мегагерц. Такое разрешение недостижимо для других методов синтеза. В нашем случае, при тактовой частоте FCLK = 40Мгц и разрядности аккумулятора фазы 40, шаг перестройки частоты может быть вычислен по формуле (2):

FOUT = FCLK/2N, (2) где FOUT - выходная частота, FCLK - тактовая частота, N- разрядность аккумулятора фазы.

Шаг перестройки FOUT = FCLK/2N=40 МГц/240=0,00004 Гц.

Поскольку выходной сигнал синтезируется в цифровом виде, очень просто осуществить модуляцию различных видов.

Разработка новой конструкции цифрового синтезатора Разработанная новая схема цифрового синтезатора приведена на рис.3.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.