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 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 21 |

«Министерство Образования и Науки Российской Федерации МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ВОЕННОГО ...»

-- [ Страница 8 ] --

под научн. ред. А. И. Громыко, А. В. Сарафанова. – М. : Радио и связь, 2006. – С. УДК 523.44:621.396. В. Г. Поль1, А. Е Ширшаков,НПО им. С. А. Лавочкина, В. И. Кокорин2, С. А. Жогало2, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск г. Химки, Московская область РАДИОТЕХНИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРБИТЫ АСТЕРОИДА В литературе широко обсуждается проблема астероидной опасности, представленная хорошо известным астероидом Апофис, который должен будет пролетать мимо Земли на высоте ниже геостационарной орбиты в апреле 2029 г.

Его опасность обусловлена тем, что такой близкий пролет у Земли приводит к значимой вероятности повторного сближения с ней – вплоть до падения на Зем лю в 2036 г.

Расчеты Апофиса в конкретном случае показывают, что возможность его возврата к Земле в 2036 г. возникает, если траектория астероида проходит через так называемую зону резонансного возврата (ЗРВ). Последняя представляет со бой некоторый диапазон высот пролета, ширина которого измеряется несколь СЕКЦИЯ кими километрами. В настоящее время точность прогноза расстояния сближения Апофиса с Землей в 2029 г. такова, что разброс высот пролета может составлять тысячи километров. Такой разброс определяется предельно достижимой точно стью астрономических наблюдений астероида оптическими средствами.

Так, прогнозируя высоту пролета Апофиса в 2029 г., с достаточно высокой точностью можно было бы определить реальную опасность и, в случае необхо димости, заблаговременно начать приготовления к уводу Апофиса от траекто рии, ведущей в ЗРВ. Следовательно, необходим прогноз траектории Апофиса на момент пролета в 2029 г. мимо Земли с максимально допустимыми ошибками около километра. В результате оказывается, что точность прогноза, имеющаяся в настоящее время, должна быть повышена примерно на три порядка.

Ясно, что необходим поиск измерительных средств, использующих иные принципы измерений. В данном случае радикальным шагом является проведе ние радиотехнических активных длительных траекторных измерений по радио маяку-приемоответчику, доставленному к астероиду.

Решение, что маяк нужно доставить на сам астероид, предложенное в США, не является наилучшим. При этом придется решать задачи посадки на астероид и фиксации радиомаяка на грунте, что вследствие весьма малой силы тяжести на по верхности астероида оказывается сложной и еще не опробованной на практике за дачей. Поскольку астероид вращается, придется решать проблему обеспечения ус тойчивой связи. Необходимо обеспечить долгосрочную работоспособность вспо могательных устройств радиотехнического комплекса, выполняющего измерения текущих навигационных параметров.

На основании изложенного предлагаем иной вариант доставки радиомая ка, т. е. на орбите искусственного спутника астероида (ИСА). Такой подход по зволяет существенно упростить практическую реализацию радиотехнического определения орбиты астероида, исключая, в принципе, все второстепенные обеспечивающие операции, не относящиеся к собственно радиотехническим траекторным измерениям. Развивая далее предложенный подход, можно прийти к некоторой минимальной конструкции радиомаяка, не содержащей практически других элементов, не относящихся к собственно определению орбиты астероида.

Такой маяк, очевидно, должен доставляться специальной космической миссией посещения конкретного астероида Апофис. Основной целью такой миссии и должна стать доставка маяка на ИСА. Кроме того, космический аппарат (КА) миссии может попутно провести научные исследования физических и структур ных характеристик данного опасного небесного тела.

Собственно радиомаяк должен входить в состав аппаратуры КА и выполнять свою работу как в комплексе, так и автономно. При этом конструкция маяка долж на обеспечивать его работу в течение длительного времени, необходимого для точ ного прогноза дальнейшего полета астероида. Желательно, чтобы маяк обеспечил точное измерение траектории Апофиса при облете Земли в 2029 г., а также такое же определение новой орбиты Апофиса после 2029 г. Поэтому, например, при дате старта миссии в 2015 г. срок службы маяка должен составлять не менее 10–15 лет.

Примеры космических миссий в глубоком космосе (США) показывают, что это вполне возможно.

250 СЕКЦИЯ Следовательно, схему и конструкцию радиомаяка необходимо максимально оптимизировать, исходя из его целевого назначения – максимально долгосрочное обеспечение траекторных измерений независимо от работоспособности других служебных и научных систем КА, доставившего маяк к астероиду. Иными словами, конструкция маяка должна работать и при возможных отказах различных служеб ных и научных систем КА миссии. Значит, маяк целесообразно оформлять как са мостоятельную аппаратуру, прежде всего, способную выполнять свои функции ав тономно и представляющую собой функциональное дополнение к обычному штат ному приборному комплексу КА. Конструктивно маяк может представлять собой прибор, крепящийся на самом КА, или же блок, отделяющийся от КА и ведущий свою работу как искусственный мини-спутник астероида.

В соответствии с этими исходными принципами рассмотрим облик пред лагаемой мини-системы – ее основные технические и конструктивные особенно сти. На рис. 1 представлена схема радиомаяка. Основным устройством является ретранслятор (приемопередатчик) сигналов измерения дальности с активным от ветом. В качестве таковых предлагается использовать сложный шумоподобный сигнал (ШПС) с двоичной ФМ.

База такого сигнала должна выбираться так, чтобы, с одной стороны,.обеспечить требуемую точность измерения дальности. Максимально допустимая ошибка должна быть в пределах 15–50 м. Наихудшая ошибка задается для макси мального удаления астероида от Земли, и она практически будет определяться по роговым уровнем сигнала и, следовательно, задавать длительность элемента слож ного сигнала, принимаемого на пороговом уровне. При уменьшении величины из меряемого расстояния ошибка будет уменьшаться до значений, определяемых ап паратными ошибками и нестабильным влиянием среды распространения сигнала.

С другой стороны, база сигнала должна обеспечивать наиболее полное ис пользование потенциала радиолинии за счет реализации когерентного накопления как внутри периода повторения ШПС, так и, возможно, увеличения времени за счет межпериодного накопления (когерентного либо некогерентного). Принятие подоб ных мер позволит в конечном счете минимизировать требования к мощности пере датчика и повысить чувствительность приемника, а также оптимизировать работу радиолинии применительно к той или иной текущей измеряемой дальности.

Далее, применение ШПС сигнала предоставит возможность наиболее про стым способом организовать канал передачи служебной информации. К таковой следует отнести команды управления работой ретранслятора (включение, вы ключение и переход в дежурный режим ожидания, запрос на ретрансляцию, ус тановка тех или иных режимов работы передатчика и приемника и т. п.). К слу жебной информации также могут относиться показатели работоспособности ретранслятора и условий его работы, команды переключения элементов резер вированиями т. д. Общий объем информации обмена Земли с бортом оказывает ся небольшим, и организация канала с пропускной способностью в десятки бод будет способна обеспечить работу ретранслятора.

В целом радиолиния «Земля – борт» и обратно должна строиться так, чтобы не требовать от космического аппарата миссии специальных операций по обеспе чению условий связи (ориентации антенной системы для связи, создания нужных СЕКЦИЯ условий для работы солнечных батарей и т. п.). Для этого наиболее целесообразно минимизировать требуемый потенциал антенных устройств на борту и максимизи ровать на Земле, т. е. на борту КА следует применить ненаправленную антенную систему, а на Земле – вести связь через антенны дальней космической связи (с диа метрами антенн 50–70 м).

В этих же целях питание ретранслятора предлагается осуществлять, исхо дя из реальной программы проведения сеансов траекторных измерений, заклю чающейся в проведении сеансов измерений с периодичностью примерно раз в квартал. Длительность одного сеанса измерений относительно невелика и долж на составлять десятки минут, не превышая одного часа. В таком случае блок пи тания ретранслятора может состоять из маломощного радиоизотопного термо электрического генератора (РИТЭГ с мощностью в единицы ватт) и буферной батареи аккумуляторов, емкость которых рассчитывается на проведение одного сеанса связи. Дополнительной функцией РИТЭГа может стать обеспечение теп лового режима электронных устройств и блока питания.

Схема ретранслятора приведена на рис.1, конструкция – на рис. 2, а диапа зон измеряемых дальностей – на рис. 3.

АНТЕННЫ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК КОМАНДНО БУФЕРНЫЙ ПРОГРАММНОЕ АККУМУЛЯТОР УСТРОЙСТВО РИТЭГ Рис. Ретранслятор конструктивно может выполняться как отдельная конструкция моноблок, механически закрепленная на аппарате миссии и ведущая свою работу самостоятельно по командам с Земли. Такая схема позволяет, во-первых, выпол нять программу миссии, состоящую из двух частей, независимо. Одна часть миссии включает операции перелета к астероиду, выход на орбиту ИСА, проведение науч ных исследований астероида. Эта часть обеспечивается всем приборным составом КА миссии (и в том числе и бортовым обычным комплексом связи, телеметрии и траекторных измерений), а ее общая продолжительность будет составлять один-два года. Другая часть – собственно долгосрочные измерения эволюционирующей ор биты астероида в течение нескольких лет – выполняется собственно моноблоком ретранслятора. Последний в части траекторных измерений может дублировать ра боту основного служебного комплекса КА и, после выполнения программы иссле дования самого астероида, будет самостоятельно проводить траекторные измере 252 СЕКЦИЯ ния уже без участия КА. Более того, он даже может быть сброшен с КА и будет вы полнять свою роль самостоятельно на орбите ИСА.

Малонаправленные антенны РИТЕГ Радиатор теплоотвода Отсек РЭА Посадочная плоскость (радиатор аппаратуры) Рис. Рис. Основные расчетные технические параметры ретранслятора:

дальномерный сигнал – ШПС ФМ с переменной базой В = 103105;

диапазон измерений – 30320 млн км;

точность измерения дальности – 1550 м (для различных дальностей);

информационный канал совмещай с дальномерным, период ШПС – бит;

скорость передачи информации – 10100 бит/с (в зависимости от дальности);

ретранслятор работает в неориентируемом и некорректируемом по лете КА;

чувствительность приемника маяка – 173 Дб/Вт/Гц;

мощность передатчика – 520 Вт;

вес зонда – 1015 кг.

Секция ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ РАДИОЛОКАЦИИ, УПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ 254 СЕКЦИЯ УДК 621.39+621.316. В. И. Готовко, И. Н. Качур, И. И. Потапов ФГУП ЦКБ «Геофизика», г. Красноярск Определение показателей грозозащищенности грунтовых подвижных комплексов связи Подвижной комплекс шахтной связи для угольно-добывающей про мышленности представляет аппаратуру и электротехническое оборудова ние, размещенное в кузовах-контейнерах на базе автомобилей повышен ной проходимости типа «УРАЛ-532361» («КАМАЗ-6350»). Для энерго снабжения аппаратуры и электротехнического оборудования используются автономные дизельные электростанции, которые размещены в прицепах.

Комплекс связи состоит из приемопередающей аппаратуры и автоматизи рованной системы обработки информации, выполненной в защитном ис полнении. Аппаратура и операторы размещаются в кузове-контейнере се рии КК 6.2, установленные на автомобиле. Электростанции расположены вблизи агрегатов и соединены питающими и заземляющими кабелями.

Комплекс связи предназначен для работы на открытом пространстве, не оборудованном стационарными молниеотводами.

К аппаратуре комплекса могут подключаться длинные проводники, расположенные на поверхности земли. Отдельные составные части (эле менты системы кондиционирования, леерные ограждения, антенные сис темы радиосвязи и т. д.) размещены на внешней поверхности защитной оболочки кузова-контейнера.

Во время эксплуатации комплекса существует вероятность возник новения аварийных ситуаций, связанных с воздействием молниевых раз рядов (МР) на элементы конструкции.

При разработке технического задания на комплекс связи требования грозозащищенности дополнительно не задавались. Однако в процессе соз дания оборудования были использованы рекомендации по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций [1].

Данные рекомендации не учитывают особенности конструкции и эксплуа тации аппаратуры комплекса связи. Нормативные требования стойкости комплекса связи к воздействию электромагнитных полей (ЭМП) и токов МР соответствуют группе аппаратуры, не защищенной молниеотводами или иными конструкциями, выполняющими их роль. Отсутствие защиты от прямых ударов молнии (ПУМ) в виде внешних молниеотводов потребо вало принятия дополнительных защитных мер и проведения практических проверок. Заданные в нормативных документах [1, 2] уровни воздейст СЕКЦИЯ вующих факторов характеризуют предельные значения и имеют избыточ ный характер.

При разработке конструкции комплекса связи максимально использо ваны рекомендации по защите от импульсных электромагнитных полей и токов растекания. Оценка показателей грозозащищенности комплекса свя зи проводилась последовательным выполнением следующих мероприятий:

• анализ нормативных требований и путей возможного деструктив ного воздействия на аппаратуру МР. В рассмотрение принимались ЭМП от МР, токи растекания ПУМ по элементам комплекса;

• разработка вероятностной модели воздействия МР на агрегаты и отдельно расположенные элементы, кабели питания и связи. Полученная модель воздействия позволяет оценить риски воздействия МР на элементы комплекса и прогнозировать уровни воздействующих факторов для со ставных частей;

• проведение испытаний на стойкость аппаратуры комплекса к пред намеренным силовым электромагнитным воздействиям ЭМП МР и токам растекания от ПУМ. При испытаниях использовались уровни воздейст вующих факторов, рассчитанные с помощью вероятностной модели;

• анализ полученных результатов, устранение выявленных замеча ний, проведение конструктивных доработок и выборочные повторные практические проверки.

В качестве конструктивных защитных мер были реализованы реко мендованные способы молниезащиты [3]:

• аппаратура комплекса выполнена в защитном исполнении. Широко использовано экранирование, металлизация, заземление и т. д. Дополни тельная металлическая стенка кузова-контейнера защищает от ЭМП и на веденных поверхностных токов, а также от проникновения токов растека ния по поверхности во внутренний объем;

• широкое применение волоконно-оптической связи между аппара турой комплекса позволяет избавиться от гальванической связи. Для ин формационного обмена использованы помехозащищенные протоколы;

• применение активных устройств защиты типа ограничителей пере напряжений и токовых перегрузок с использованием разрядников, вари сторов, защитных диодов и т. д.

Разработанная вероятностная модель воздействия МР на агрегаты, антенные устройства, кабели питания, связи и отдельно расположенные элементы позволяет оценить риск воздействия МР на агрегаты комплекса и прогнозировать уровни воздействующих факторов для составных частей.

Проведен анализ механизмов воздействия последствий МР на критичные элементы комплекса связи. В модели учитывалось воздействие импульс ных ЭМП МР и токов растекания от ПУМ.

256 СЕКЦИЯ Результаты вероятностного расчета воздействия МР на элементы комплекса свидетельствует, что за десятилетний срок эксплуатации при коэффициенте использования 0,5 в районах со средней грозовой активно стью (4 удара молнии за год в 1 км2) число попаданий МР составляет:

в отдельный агрегат (кузов-контейнер, машину, дизельную электро станцию) – 0,008;

изолированные проводники, подключенные к агрегату комплекса, – 0,07;

20-метровую полосу размещения проводников – 4,4.

Оценка поражения проводилась путем анализа воздействия канала раз ряда скользящего лидера МР по поверхности грунта [4] на подключенные к агрегатам комплекса протяженные проводники. В расчетах использовалось линейное расположение проводников на земной поверхности (рис. 1).

a a b a a L L a a b a a 2L 2L R R а б Рис. 1. Модель размещения проводников на земной поверхности:

а – к расчету наводок от ЭМП МР;

б – к расчету воздействия ПУМ Расчет наводок на проводники и антенны от воздействия ЭМП МР и ПУМ проводился численным решением системы телеграфных уравнений с заданными граничными условиями. При рассмотрении воздействия ЭМП МР, ПУМ и амплитудно-временных параметров наводок в проводниках, под ключенных к агрегату, система уравнений и граничные условия имеют вид 6 dU m ( x,) 1 dI i ( x,) = Е ( х,) Zim () I i ( x,), U m ( x,) =, dx Yim () dx i =1 i = I1 ( L) = I 2 ( L) = I 3 ( L) = I 4 ( L) = I 5 ( L) = I 6 ( L) = 0, 3 U1 (0) = U 2 (0) = U 3 (0) = R I i (0), U 4 (0) = U 5 (0) = U 6 (0) = R I i (0), i =1 i = СЕКЦИЯ Очевидно, что уровень наводок на границе между аппаратурой и внешней электромагнитной средой (разъем, зажим, клемма, корпус и т. п.) от ЭМП МР ниже по сравнению с токами растекания ПУМ, поэто му основное внимание уделено преобладающему виду воздействий. Рас четное максимальное значение наведенного тока короткого замыкания в отдельном изолированном проводнике от ЭМП МР не превышает 3,8 кА.

Вероятность попадания в проводник канала МР на земной поверхно сти при непосредственном ударе за счет малого поперечного размера про водников незначительна. При анализе принимался длинный канал искрово го разряда, скользящий от точки удара вдоль поверхности грунта (модель скользящего лидера [3]). Амплитуда тока по И. С. Стекольникову [4] (кА) представляется в зависимости от удельного сопротивления грунта (Ом·м):

2 I m = 16 +.

Плотность вероятности амплитудного значения тока молнии оцени вается по рекомендованному выражению P( I m ) = 0,04exp(0,04 I m ).

(l x) Ток молнии на расстоянии х от точки удара I = I m при Im – l токе молнии в точке удара;

l – длине канала молнии в грунте, которая мо 2 I m ln( l / r ) с r – ра жет быть определена из нелинейного уравнения l = Ek диусом канала МР порядка 0,01м;

Ek – продольным полем в канале (поряд ка 10 кВ/м).

Число ударов МР за год в полосу расположения проводников (дли ной 2L, шириной dx на расстоянии x от провода), вызывающих протекание в проводнике тока амплитудой больше I0, находят из выражения dn = 2 LN 10 6 Pm ( x ) dx.

Для всех подключенных к одному агрегату проводников, с учетом их взаимного геометрического расположения, итоговое выражение имеет вид b /2. a / n = 2 LN10 2 Pm ( x)dx + 2 Pm ( x)dx + 8 Pm ( x)dx.

0 0 Вероятность того, что за время эксплуатации комплекса ( – срок эксплуатации, g – норма времени нахождения на открытой местности) не случится события, заключающегося в протекании в каком-либо проводни ке тока с амплитудой больше I0, определяется из распределения Пуассона.

258 СЕКЦИЯ P0 ( I 0 ) = exp( gn). На рис. 2 приведены результаты расчета вероятности возникновения и протекания амплитуды тока в проводниках и агрегате.

I, кА I, кА 120 Р(I) Р(I) 0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 0,98 0, а б Рис. 2. Вероятность возникновения и протекания амплитуды тока:

а – в отдельном проводнике;

б – в элементах одиночного агрегата Полученные результаты свидетельствуют, что МР с вероятностью порядка 0,985 (за время эксплуатации комплекса) не попадет в отдельный агрегат, а с вероятностью 0,99 амплитуда тока МР, поразившего агрегат, не превысит 10 кА.

Анализ результатов для случаев воздействия МР на расстоянии 1 м от конца и начала проводника показал, что точка попадания молнии слабо влияет на общую картину растекания тока. Расчетное значение тока корот кого замыкания и напряжение холостого хода приведено на рис. 3 для от дельно расположенного проводника (при точке затекания молнии на уда лении 1 м от конца проводника канала).

а б в Рис. 4. Размещение агрегатов комплекса связи в ходе испытаний:

а – в магнитном поле;

б – в электрическом поле;

в – на действие токов ПУМ СЕКЦИЯ Полученные результаты расчетов по вероятностной модели были ис пользованы для обоснования уровней имитационных воздействий в про цессе проведения практических испытаний. Показатели грозозащищенно сти комплекса связи находили по оценке технического состояния аппара туры при имитационных нагружениях агрегатов комплекса. На рис. 4 при ведены фотографии размещения элементов комплекса связи на рабочих местах моделирующих установок при формировании следующих видов имитационных воздействий:

• магнитная составляющая ЭМП МР воспроизводилась в двухвитко вом соленоиде с уровнями, заданными нормативами (рис. 4, а);

• электрическая составляющая ЭМП МР воспроизводилась в поле образующей установке с уровнями, заданными нормативами (ри. 4, б);

• инжекция токовых импульсов воспроизводилась с помощью спе циализированных генераторов импульсных токов (ГИТ) в протяженные элементы, которые не могут быть размещены в полеобразующих установ ках (рис. 4, в) с уровнями, определенными моделью воздействия;

• моделирование последствий ПУМ выполнялось с помощью спе циализированных ГИТ в зоны вероятного воздействия (рис. 4, в).

Комплекс испытательного оборудования не позволял проводить од новременную проверку всего комплекса связи. Отсутствие межагрегатной гальванической связи позволило реализовать методику испытаний путем последовательного нагружения каждого агрегата с электростанцией в ре жиме «движение» и «на открытом пространстве». В процессе испытаний осуществлялся межагрегатный информационный обмен по оптоволокон ным и радиорелейным каналам связи. Для получения достоверной инфор мации о возникновении сбоев и отказов испытания проводились при сту пенчатом нарастании уровней воздействующих факторов до требуемых значений. На каждой ступени проводился анализ технического состояния аппаратуры. В качестве показателей грозозащищенности использовали критерий сохранения работоспособности аппаратуры во время и после ис пытательных воздействий, отсутствие необратимых отказов аппаратуры и других составных частей комплекса связи.

Воспроизведение испытательных ЭМП МР обеспечивал комплекс моделирующих установок в составе: высоковольтный генератор импульс ного напряжения, специализированный ГИТ, двухвитковый соленоид формирования магнитной составляющей ЭМП, полеобразующая система для формирования электрической составляющей ЭМП, измерительно регистрирующий комплекс. Нагружение агрегатов комплекса связи вы полнялось раздельно электрической и магнитной составляющими ЭМП МР с амплитудным уровнем 50 % от нормативного значения. После прове дения диагностики работоспособности аппаратуры уровни увеличивались до 100 % от требуемого амплитудного значения поля. Пятикратный повтор 260 СЕКЦИЯ испытательных воздействий при каждом нагружении обеспечивал необхо димую достоверность результатов.

Амплитудно-временные параметры ЭМП МР (установленные в нор мативных документах) воспроизводимые моделирующими установками:

• амплитуда импульсов напряженности электрического поля – 150 кВ/м, магнитного поля – 860 А/м;

• длительность фронта импульса поля – 5 мкс;

• длительность импульса по уровню 0,5–75 мкс.

Моделирование ПУМ проводилось непосредственной инжекцией испытательных импульсов тока в места вероятного удара МР для каждого агрегата комплекса при типовых условиях эксплуатации. После окончания нагружений на каждом уровне проводилась техническая диагностика со стояния аппаратуры агрегатов комплекса. Эквивалентность испытательно го воздействия импульсного тока относительно воздействия тока ПУМ обеспечивалась показателями опасного действия, которые характеризуют основные электромагнитные, механические и термические эффекты, воз никающие в агрегатах комплекса. Основные показатели опасного действия тока ПУМ:

• максимальная крутизна импульса тока (электромагнитное дейст вие), А/с;

di (t ) N = max ;

dt 0t tМ • максимальная амплитуда тока (электромагнитное и механическое действие), А;

I = max i(t ) ;

0t tМ • удельная энергия тока (термическое действие), А2·с или Дж/Ом;

tМ i (t)dt ;

S= • переносимый током заряд (термическое действие), Ас или Кл;

tМ i(t )dt.

Q= СЕКЦИЯ Расчетные предельные значения указанных параметров (в соответст вии с результатами вероятностной модели) для тока ПУМ:

N = 16 кА/мкс, I = 50 кА, S = 143 кДж/Ом, Q = 36 Кл.

Воспроизведение эквивалентного воздействия тока ПУМ, с соответ ствующими параметрами обеспечивалось путем раздельного и комплекс ного формирования трех испытательных импульсов тока апериодической формы с амплитудно-временными параметрами, приведенными в таблице.

Таблица Амплитудно-временные параметры испытательных импульсов тока ПУМ и показатели воздействий Испыта- Амплитуда Длительность Длительность Показатель тельный импульса фронта на импульса на воздействия импульс тока уровне 0,1–0,9 уровне 0,5 (0,367) 1 5–10 кА 0,5–1 мкс – 16 кА/мкс +20 % 50 кА + 20 %, 2 50–60 кА – 80 мкс 143 кДж/Ом +30 % 3 180–200 А – 200 мс 36 Кл + 20 % Результатами проведенных работ и испытаний являются:

• вероятностная модель воздействия МР для грунтового подвижного комплекса шахтной связи. В модели уточнены и конкретизированы стати стические параметры деструктивных факторов, выполнен прогноз возмож ных последствий от воздействия МР в различных условиях эксплуатации;

• результаты расчетов наводок от ЭМП МР и токов растекания ПУМ по элементам конструкции комплекса. В расчетах выполнен вероят ностный прогноз возникновения событий, которые связаны с возможными деструктивными воздействиями МР;

• методологическое обеспечение проведения испытаний подвижных грунтовых комплексов с использованием имитационных установок. Мето дики испытаний предусматривают определение показателей грозозащи щенности для всех основных деструктивных воздействий МР.

Использование вероятностно расчетного подхода к грозозащищен ности мобильных комплексов связи позволяет конкретизировать требова ния к защитным мерам для каждого элемента в отдельности.

Список литературы 1. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. – СПб. : Изд-во ДЕАН, 2005. – 64 с.

262 СЕКЦИЯ 2. РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

3. Михайлов, М. И. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей / М. И. Михайлов, Л. Д. Разумов. – М. : Связь, 1967.

4. Базелян, Э. М. Физика молнии и молниезащиты / Э. М. Базелян, Ю. П. Райзер. – М. : Физмалит, 2001.

УДК 621.396. И. И. Потапов ФГУП ЦКБ «Геофизика», г. Красноярск ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ РАДИОПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В АНТЕННОЙ ТЕХНИКЕ Показатели надежности радиотехнических систем (РТС) зависят от условий эксплуатации антенных устройств. Совершенствование антенных систем способствует повышению функциональных возможностей совре менных РТС. Одним из эффективных методов защиты антенных систем от неблагоприятных факторов эксплуатации является применение антенных укрытий (обтекателей). Оболочка укрытия выполняет функцию защиты антенных систем РТС от внешних неблагоприятных факторов (механико климатических воздействий, ветровых нагрузок, молниевых разрядов и т. д.) и должна обладать достаточной радиопрозрачностью.

В качестве динамически прочного материала для создания антенных укрытий может быть использована переизлучающая антенная структура (ПАС) [1], представляющая собой проводящий экран, перфорированный отверстиями малого диаметра. С внешней и внутренней стороны располо жены решетки излучателей, соединенные между собой линиями передачи (рис. 1, а). С электрической точки зрения ПАС представляет пассивную фазированную антенную решетку проходного типа. При анализе коэффи циента передачи ПАС рассматривались ячейки однотипной конструкции, расположенные эквидистантно. Основу конструкции защитной оболочки (ЗО) может выполнять проводящий экран ПАС или строительные конст рукции, у которых внешние и внутренние стенки содержат проводящие слои (например, металлическую сетку с размером ячейки много меньше длины волны рабочего диапазона применяемых радиоволн). Антенная сис СЕКЦИЯ тема и аппаратура РТС могут размещаться внутри ЗО. ПАС относится к классу радиопрозрачных конструкций повышенной прочности и характе ризуется следующими особенностями:

1. Механическая прочность ЗО обусловлена токопроводящим слоем и способна удовлетворять практически любым заданным требованиям. По вышение функциональной устойчивости РТС не влияет на радиотехниче ские характеристики системы.

2. Простота создания регулярных фазовых задержек по поверхности оболочки переизлучающей структуры. Для ПАС возможны варианты соз дания задержек за счет изменения длин линий передачи, соединяющих пе реизлучающие элементы, или поворота вокруг оси поляризационно зависимого переизлучающего элемента.

3. Возможность преобразования частотно-поляризационных характе ристик проходящей электромагнитной волны. Используя решетки излуча телей с различными поляризационными свойствами и подключая к линиям передачи нелинейные элементы (например, полупроводниковые СВЧ приборы) можно выполнять различные преобразования электромагнитных волн [2].

4. Конструктивное исполнение ПАС, позволяющее использовать ЗО как зеркальную или линзовую антенну в диаграммообразующих схемах гибридных антенных систем. С помощью оболочки ПАС реализуются про странственно одноканальные и многоканальные РТС различного целевого назначения [3].

Z Z Z Z Z V п1 V о I III III V 01 V п б а Рис. 1. Конструкция и эквивалентная схема ПАС:

а – основные конструктивные элементы ПАС;

б – эквивалентная схема переизлучающего элемента для расчета передаточных характеристик 264 СЕКЦИЯ Конструкция ПАС и эквивалентная электрическая схема, использо ванная при расчетах передаточных характеристик, приведена на рис. 1.

Для расчета передаточных характеристик ПАС был применен анализ ха рактеристик одного переизлучающего элемента, находящегося в бесконеч ной периодической системе идентичных излучателей [2]. Переизлучающая ячейка, содержащая вибраторные антенны, представлялась в виде линии с действующими сопротивлениями антенн Z1, Z3 и линии передачи без по терь с волновым сопротивлением Z2. Расчет модуля коэффициента переда чи переизлучающей ячейки, находящейся в периодической системе реше ток идентичных излучателей, расположенных в узлах прямоугольной сетки над локально плоским проводящим экраном, был распространен на ПАС в целом.

Для ПАС, образованной полуволновыми вибраторными антенна ми, расчетное значение модуля коэффициента передачи не менее 0,95.

Аналогичные результаты были получены в ходе независимых исследо ваний [4]. Подтверждение полученных результатов выполнено в процес се измерения:

• коэффициента передачи одиночной ячейки ПАС, помещенной в волноводный имитатор. При испытаниях удалось получить модуль коэф фициента передачи 0,89 на фиксированной длине волны 10,2 см. Ширина полосы пропускания не менее 15 %. Ячейка ПАС представляла две полос ковые антенны размерами 2035,3 мм, соединенные проводником. Согласо вание ячейки проводилось подбором размеров соединительного проводни ка, выполняющего функцию линии передачи;

• модуля коэффициента передачи плоской панели, выполненной из ста ячеек ПАС одинаковой конструкции. Конструкция ячейки предвари тельно согласовывалась в волноводном имитаторе. При испытаниях был получен модуль коэффициента передачи плоской панели 0,85;

• основных радиотехнических параметров и возможностей по пре образованию проходящих и отраженных электромагнитных волн макета ПАС сферической формы.

Вариант применения ПАС в качестве элемента гибридной антенной системы многоканальных РТС представлен в виде схемы диаграммобразо вания с зеркальным фазовым корректором (рис. 2).

Использование ПАС в качестве диаграммообразующей схемы ог раничено преимущественным применением дециметровых, сантиметро вых и миллиметровых диапазонов радиоволн. Антенная система содер жит ЗО с тороидально-параболической формой внутренней поверхности (вращение отрезка параболической дуги относительно оси, перпендику лярной к оси параболы). Внутри купола расположены облучатель 1, плоскость поляризации которого перпендикулярна диполям ПАС на стороне поверхности сферы 2, обращенной к облучателю. Таким обра СЕКЦИЯ зом, большая часть освещенной внутренней поверхности действует как отражающий рефлектор. Для диполей, расположенных на противопо ложной стороне купола 3, поляризация отраженной волны является со гласованной и практически радиопрозрачной. Внешняя решетка ЗО мо жет быть выполнена в виде разнообразных конструкций простейших ан тенн. Благодаря осевой симметрии купола и возможности перемещения облучателя 1 выполняется сканирование главного максимума диаграммы направленности. Фиксированное размещение облучателей на расстоянии половины радиуса сферы позволяет создавать дополнительные про странственные каналы.

3 * 2 Аппаратура РТС а б Рис. 2. Диаграммообразующая схема с применением ПАС в качестве зеркального фазо вого корректора: а – схема диаграммобразования типа «облучатель – зеркальный отра жатель ПАС»;

б – распространение электромагнитных волн в диаграммобразующей схеме При отражении радиоволн от внутренней поверхности ПАС с торои дально-параболической формой возникают дополнительные фазовые ошибки, приводящие к росту уровней побочных излучений на 4–7 дБ.

Предложенная конструкция гибридной антенны имеет положительные стороны:

• купол антенной системы может служить ЗО от внешних неблаго приятных факторов эксплуатации для приемопередающей аппаратуры РТС. Под куполом ПАС могут размещаться антенные системы РТС раз личного назначения. Отсутствие внешних выступающих частей делает данную конструкцию защищенной от вандальных, деструктивных и дру гих нежелательных воздействий. ЗО ПАС скрывает сведения о целевом на значении и электрических параметрах антенных систем РТС;

266 СЕКЦИЯ • диаграммообразующая схема способна формировать множество практически независимых пространственных каналов, что позволяет эф фективно создавать дополнительные пространственные каналы;

• управление диаграммой направленности возможно за счет про странственного перемещения облучателя. Сканирование диаграммой на правленности традиционным методом (с помощью применения опорнопо воротных устройств) значительно сложнее в реализации по сравнению с пространственным сканированием облучателя.

Использование ПАС в качестве проходного фазового корректора проходящей волны способствует расширению зоны сканирования плоских фазируемых решеток. Данная диаграммообразующая схема получила раз витие в виде купольной ФАР, где оболочка представляет диэлектрическую линзу для внесения дополнительных фазовых задержек. Формирование максимума в заданном направлении сопряжено с необходимостью созда ния нелинейного амплитудно-фазового распределения по плоскости ре шетки. Коррекция фазового фронта проходящей через ПАС электромаг нитной волны осуществляется за счет изменения длины линий передачи переизлучающих элементов вибраторного типа. Для переизлучающих эле ментов с внутренней решеткой из поляризационно-зависимых антенн (на пример, спиралей) дополнительная фазовая задержка выполняется путем их поворота относительно оси. Применение фазового корректора позволя ет с помощью одной плоской ФАР выполнять пространственное сканиро вание диаграммой направленности в полусфере и более. Схема расшире ния зоны сканирования плоской ФАР за счет фазового корректора приве дена на рис. 3.

– – – а б Рис. 3. Конструкции ФАР с фазовым корректором на базе ПАС: а – применение ПАС в качестве проходного фазового корректора плоской ФАР;

б – вид фазового распределения по элементам ФАР СЕКЦИЯ Применение ПАС и отдельных ячеек позволяет:

• использовать ЗО в качестве зеркальных и линзовых устройств, по вышать радиопрозрачные свойства существующих конструкций, напри мер, антенных укрытий каркасного типа, снижать затенение дополнитель ных зеркал в антеннах типа Кассегрена, Грегори и т. п.;

• проектировать здания и объекты с заданными радиопрозрачными характеристиками. Например, применение элементов ПАС в строительных конструкциях позволяет создавать диаграммообразующие схемы гибрид ных антенных систем РТС.

Список литературы 1. Гайсин, А. А. Методологические подходы к проектированию антен ных систем с высокопрочными переизлучающими структурами / А. А. Гай син, Е. Г. Хлопов, И. И. Потапов // Современные проблемы радиотехники :

сб. науч. трудов / под ред. А. И. Громыко, А. В. Сарафанова. – Красноярск : Сиб. федеральный ун-т, Политех. ин-т, 2007. – С. 228–230.

2. Сканирующие антенные системы СВЧ / под ред. Г. Т. Маркова, А. Ф. Чаплина. – М. : Сов. Радио, 1969. – 496 с.

3. Потапов, И. И. Влияние функциональности укрытия на простран ственную обработку принимаемых сигналов / И. И. Потапов // Тезисы док ладов НТС «Радиопрозрачные обтекатели и укрытия». – Минск, 1990. – С. 4–5.

4. Каплун, В. А. Динамически прочный радиопрозрачный материал на базе переизлучающих структур / В. А. Каплун, В. Ю. Большунов // Ра диотехника. – 2001. – № 10. – С. 37–45.

УДК 621.396. В. И. Гончаренко Московский авиационный институт, Москва ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ РАКЕТ Разработка математических моделей и программно-алгоритмическ ого обеспечения для визуализации возможностей и эффективности функ 268 СЕКЦИЯ ционирования радиолокационных систем контроля и обнаружения балли стических ракет (БР) является основой для построения и развития систем отображения аэрокосмической обстановки (СОАО) [1, 2]. Потребность со вершенствования и создания перспективных полномасштабных СОАО в настоящее время возрастает для повышения эффективности систем при нятия решений в связи с планами США по размещению новых элементов противоракетной обороны.

В работе предложен новый подход к моделированию и визуализа ции на основе алгоритма, позволяющего обрабатывать интегрированную информацию об элементах систем предупреждения о ракетном нападе нии, контроля космического пространства, системы управления, сово купности объектов управления с учетом динамики хода и исхода опера ций.

Разработанный программный комплекс (ПК) обеспечивает моде лирование работы наземных надгоризонтных радиолокационных стан ций (РЛС) как элементов системы предупреждения о ракетном нападе нии (СПРН) II эшелона и проведение исследований их эффективности на расчетных сценариях дуэльных операций. ПК получил название «Радар».

Разработанный ПК «Радар» предназначен:

• для моделирования элементов пространственно-временной струк туры (ПВС) ракетного удара (РУ);

• для отображения на картографической подложке зон обзора РЛС и траекторий БР в прямоугольной и трехмерной проекциях;

• для расчета «параметров информированности» о характеристиках РУ (входа средств нападающей стороны в зоны обзора обороняющейся стороны);

• для моделирования зон обнаружения (контроля) РЛС и расчета «сечений» обзора радаров.

При формировании расчетных сценариев моделируемых дуэльных операций и параметров учитываемых информационных систем и средств, БР, мест их дислокации, потенциальных точек прицеливания использова лись открытые отечественные и зарубежные материалы, монографии, пе риодические издания и Internet-источники.

Общий вид главного окна ПК «Радар» приведен на рис. 1.

СЕКЦИЯ Кнопки управле Данные по текущей Данные по текущей точке ния с исходными точке прицеливания старта данными по бал листическим ра кетам Матрица целераспределения. Строка описания По строкам заданы точки текущего проекта старта, по столбцам – точки прицеливания. Текущие точки Главное меню старта и прицеливания зада ются выделенным элементом Панель ввода исходных данных по инфор- Данные по баллистическим мационным системам ракетам Картографическая проекция, на которой Кнопки управления с исходными данны отмечаются точки старта, точки падения и ми по информационным средствам информационные средства Рис. 1. Назначение основных интерфейсных элементов окна ПК «Радар»

270 СЕКЦИЯ ПК представляет собой главный программный модуль и набор сле дующих исполняемых модулей, зависимых от него (плагинов) и подклю чаемых к нему динамически на этапе работы:

• плагин «Карта земли» отображает проекции зон видимости РЛС, их сечения при заданных высотах, траекторий БР на поверхность Земли;

• плагин «Визуализация в проекциях» позволяет получить пошаго вое отображение ПВС РУ в проекциях на базовые плоскости основной системы координат выбранной РЛС;

• плагин «Параметры ПВС» предназначен для расчета значений па раметров время обнаружения, время предупреждения и других.

Дополнительной возможностью разработанного ПК является расчет параметров информированности обороняющейся стороны о характеристи ках РУ нападающей стороны.

В качестве основных форм отображения результатов моделирования динамики РУ в разработанном ПК реализованы:

• режим отображения в чертежной проекции, привязанной к вы бранной РЛС обороняющейся стороны (рис. 2);

• режим отображения в трехмерную проекцию с интерактивно управляемыми параметрами ориентации и масштабирования (удаления) – рис. 3;

• режим отображения на картографическую подложку в прямо угольной проекции (рис. 4).

Особенностью разработанного ПК является заложенная возможность отображать геометрически правильные проекции границ зон обнаружения наземных надгоризонтных РЛС на поверхность Земли.

Результаты иллюстрации расчетов геометрически правильных про екций границ зон обнаружения наземных надгоризонтных РЛС на поверх ность Земли, причем именно в прямоугольной картографической проек ции, представлены на рис. 4:

• заведомая нелинейность (кроме совпадения проекции одной из граней с линией экватора) линий проекций граней, в том числе простран ственно-линейных (четыре исходящих луча);

• значительные деформации в приполярных областях;

• практическая неприменимость данных проекций при «пересече нии» полюса зоной обнаружения.

С помощью разработанного ПК проведено моделирование возмож ностей гипотегической СПРН второго эшелона по контролю за ракетными ударами между «третьими странами». Результаты моделирования исполь зуются в НИР и учебном процессе.

СЕКЦИЯ Рис. 2. Отображение РУ в чертежной проекции, привязанной к конкретной РЛС Рис. 3. Отображение РУ и зон обзора СПРН в трехмерном виде 272 СЕКЦИЯ а б Рис. 4. Вид отображения в режиме «сечение»:

а – высота 700 км;

б – высота 2500 км ПК используется в ряде вузов и научных организаций для проведе ния учебных занятий по теории полета КА и баллистике ЛА, а также ис следования характеристик специальных систем контроля и обнаружения, особенностей функционирования их структурных элементов и систем.

Список литературы 1. Разработка имитационных моделей и программно-аппаратных комплексов для отображения аэрокосмической обстановки (шифр «Из бранник-МАИ») : отчет о НИР / МАИ. – М., 2008. – 132 с.

2. Василенко, В. В. Моделирование информационных систем, средств контроля и обнаружения баллистических ракет / В. В. Василенко, В. И. Гон чаренко, А. В. Лапин // Научно-практические аспекты совершенствования управления и информационного обеспечения запусков КА : тез. докл. науч. практ. конф. – Изд-во в/ч 32103, 2005. – С. 82–86.

УДК 621.396. А. Е. Евдокимов, А. Д. Токарь Рязанский государственный радиотехнический университет, г. Рязань МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО РАДИОУПРАВЛЕНИЯ Введение. Основной задачей в автономных систем траекторного управления является удержание центра массы летательного аппарата СЕКЦИЯ (ЛА) на рассчитанной траектории [1]. Однако следует отметить, что в процессе управления на ЛА действует ряд случайных факторов и об стоятельств, которые заранее учесть невозможно. К таким факторам от носятся наличие неконтрастных изображений участков местности, воз действие на ЛА ветра и неоднородностей атмосферы. В результате про цесс сближения ЛА с заданной траекторией полета носит колебательный характер, что увеличивает время вывода на прямолинейную траекторию.

При этом первая производная от ошибки управления может принимать достаточно большие значения. Как следствие, возрастают перегрузки ЛА, снижается точность вывода ЛА в расчетную точку и увеличивается расход топлива.

Цель работы – синтез алгоритма автономного управления ЛА, реали зованного на основе функционала качества, включающего взвешенную сумму минимума квадрата сигнала ошибки и минимума квадрата произ водной сигнала ошибки, обеспечивающего стабилизацию траектории по лета к мешающим факторам.

Теоретическая часть. Синтез алгоритма автономного траекторного управления ЛА будет выполняться при следующих допущениях:

• все фазовые координаты в ЛА измеряются идеально;

• каналы управления наводимого ЛА не влияют друг на друга;

• не учитывается инерционность ЛА (ЛА рассматривается как мате риальная точка);

• ЛА управляется так, что модуль скорости остается постоянным.

Траектории полета ЛА в вертикальной плоскости представлены на рис. 1, где V р,V р – векторы скорости ЛА при наличии и отсутствии ме шающих факторов;

V р1 – тангенциальная составляющая скорости;

V р 2 – нормальная составляющая скорости;

– угол визирования ЛА между вектором скорости ЛА и горизонтом при отсутствии мешающих факто ров;

р – угол визирования ЛА при наличии мешающих факторов;

D/D0 – относительная дальность до ЛА с момента начала полета;

Н/Н0 – отно сительная высота полета ЛА;

Н/Н0 – относительная высота полета ЛА;

D0, Н0 – максимальная дальность и высота полета ЛА;

1 – траектория ЛА без мешающих факторов;

2 – траектория ЛА при наличии случайных мешающих факторов.

На рис. 1 V р 2 характеризует изменение расстояния по направлению в единицу времени;

V р1 – изменение дальности с момента начала полета также в единицу времени.

274 СЕКЦИЯ Рис. Исходя из рис. 1, перемещение ЛА в вертикальной плоскости опи сывается уравнениями:

V р1 = D = V р cos, (1) V р 2 = H = V р sin.

Переходя к полярным координатам, можно записать нормальную составляющую скорости для случаев, когда мешающие факторы есть и ко гда они отсутствуют:

D = V р sin, (2) р D = V р sin р.

Вычитая из второго уравнения системы (2) первое и дифференцируя обе части полученного выражения, получаем следующий результат:

D( р ) + D( р ) = V р cos + V р р cos р. (3) Выражение (3) можно преобразовать к виду = a + b U, (4) = р ;

U = J р J рт ;

a = D D;

b = 1 D ;

= р ;

где J рт = V р cos ;

J р = V р р cos р – требуемое и текущее значения нор мального ускорения ЛА;

, р – значения скорости изменения угла визи рования ЛА при отсутствии и с учетом мешающих факторов;

, – сигна лы ошибки и производной ошибки наведения ЛА;

V р – скорость ЛА при воздействии мешающих факторов.

СЕКЦИЯ С учетом всех этих допущений задачу синтеза алгоритма автоном ного траекторного управления ЛА можно сформулировать следующим об разом: для ОУ, перемещение которого определяется типовым кинематиче ским уравнением (4), необходимо определить оптимальное управление U *, переводящее ЛА из начального состояния (0) в конечное (tк) и достав ляющее минимум целевому функционалу качества [2]:

T J ( р, р, t ) = F ( р, р, t ) min, (5) где F ( р, р, t ) = 2 + (1 ) 2 + U 2 (t ) ;

, – некоторые положительные весовые коэффициенты.

В теории оптимального управления сформулирована задача опти мальной стабилизации полета ЛА с фиксированным левым концом (0) = 0, фиксированным правым концом (tк) = 0 и фиксированным вре менем процесса tк, где tк – время вывода ЛА на прямолинейную траекто рию. Введя фазовые переменные x1 = р, x2 = р, получим стан дартную форму записи уравнений движения ЛА:

x1 = x2, (6) x2 = ax2 + bU.

В данной постановке задачу определения оптимального управления можно решить с помощью метода динамического программирования Беллмана [2]. Здесь функция Беллмана зависит только от состояния x, при чем уравнение Беллмана в данном случае имеет вид min x1 + (1 ) x2 + U 2 + К1x2 + К2Е) = 0, 2 (7) U где К1 = x1, К 2 = x2 ;

Е = ( ax2 + bU ) ;

( x) – функция Беллмана.

Поскольку на функцию управления U нет ограничений, то для определе ния значения U, при котором достигается указанный минимум, прирав няем нулю производную U по выражению в скобках (7). В результате по лучим:

U = (b К2 ) ( 2 ). (8) 276 СЕКЦИЯ Подставив функцию (8) в уравнение (7), имеем нелинейное уравне ние в частных производных первого порядка:

( ) x1 + (1 ) x2 + x2К1 + x2К 2 b2 К2 4 = 0.

2 2 (9) Представим функцию Беллмана в виде квадратичной формы [4]:

2 (x1, x2 ) = Аx1 + 2 Вx1x2 + Сx2, (10) где А, В, С – неизвестные коэффициенты. Подставим (10) в дифференци альное уравнение (9) и, так как переменные х1 и х2 независимы, приравня ем к нулю коэффициенты при различных произведениях переменных. Ре шив систему трех уравнений с тремя неизвестными А, В, С, получим сле дующие выражения:

a + b 2(1 ) + 2b 1, А= b B = b, C = a + a 2 2 + b 2 + 2b b 2. (11) Вычислим частные производные К1 и К2:

К1 = 2 Вx1 + 2Cx2 ;

К 2 = 2 Аx1 + 2 Вx2. (12) Подставляя в дифференциальное уравнение (9) значения (11), (12), получаем выражение для оптимального управления:

) ( U * = x1 a b + a 2 + 1 + 2 b x2, (13) где 1 = b 2 (1 ) ;

2 = 2b.

Угол визирования ЛА в системах автономного управления рассчи тывается заранее и хранится в запоминающем устройстве бортового вы числительного комплекса ЛА.

СЕКЦИЯ Определение угла визирования ЛА также является вариационной задачей, где в качестве критерия оптимальности рассматривается максими зация скорости ЛА в конце участка выведения на прямолинейную траекто рию при минимальном времени вывода ЛА. Для решения данной задачи представим движение ЛА в виде следующей системы дифференциальных уравнений:


V р1 = J р cos, V р 2 = J р sin, (14) D = V р1, H = V р 2.

Решение данной задачи в теории оптимального управления [5] сво дится к составлению гамильтониана системы:

H = V р1V р1 + V р 2V р 2 + DV р1 + H V р 2 (15) и определению условия оптимальности:

H = V р1 sin + V р 2 sin = 0. (16) Решая дифференциальное уравнение (16) с учетом (14), (15) опти мальное управление направлением ускорения ЛА Jp(t) примет вид tg(t ) = tg0 (1 2t tк ), (17) где 0 – начальный угол ускорения ЛА J р (t ). Соответственно выражение для (t) имеет вид (t ) = arctg 0 (1 2t tк ). (18) Для получения уравнения оптимального управления (13) необходи мо знать не только выражение, определяющее (t), но и выражение для (t ). С этой целью продифференцируем выражение (18) по времени:

(t ) = 20 tк ( t + 0 (1 2t tк ) ). (19) В соответствии с (13) для уменьшения влияния мешающих факторов в состав бортового измерительного комплекса автономного управления ЛА 278 СЕКЦИЯ должны быть включены устройства оптимального оценивания параметров, D,,,,. При этом значения оценок, должны храниться в за р р поминающем устройстве бортовой информационно-вычислительной сис темы ЛА. Значения D, D можно получить в бортовом измерительном ком плексе, обрабатывая сигналы, отраженные от характерных участков мест ности (опорных радиоориентиров). Оценки, достаточно просто фор р р мируются по результатам измерений датчиков, сориентированных по со ответствующим осям ЛА.

Для адаптации параметров в зависимости от оценок D, D, р, р,, необходимо в контур управления ввести устройство формирования значений,, которое будет хранить массив констант. В зависимости от значений оценок D, D,,,,. из данного устройства будут выби р р раться конкретные значения,. Функциональная схема линеаризованно го контура полученного алгоритма управления ЛА представлена на рис. 2.

Рис. В отличие от ранее известного в контуре управления добавились:

устройство формирования коэффициентов,, а также устройства, опре деляющие вес ошибки и производной ошибки в сигнале оптимального управления.

Экспериментальная часть. Проверка эффективности полученного алгоритма автономного управления ЛА осуществлялась с помощью ими СЕКЦИЯ тационного моделирования, которое было направлено на выявление осо бенностей функционирования в условиях действия мешающих факторов.

Для проведения анализа использовалась идеальная траектория (ИТ) наведения ЛА, определяемая выражением (18). Реальная траектория пред ставлялась в виде суммы ИТ и помехи. В качестве модели мешающего фактора возьмем зависимость скорости ветра Vв от высоты над уровнем моря.

Известно [6], что на высотах с 9 до 25 километров от уровня моря и на широтах между 25 и 70 градусами в каждом полушарии наблюдаются струйные течения, причем максимальные скорости течения располагаются на высотах 9–14 км. Длина струйных течений достигает нескольких тысяч километров, ширина и выcота – сотен и нескольких километров соответст венно.

Зависимости значения скорости ветра от высоты представлены на рис. 3, где 1 – влажность воздуха – 98 %;

2 – влажность воздуха – 90 %;

3 – влажность воздуха – 60 %.

Vв, м/с Н, км Рис. На рис. 4 показан процесс управления ЛА при искажении ИТ поры вами ветра (рис. 4, а) с применением полученного алгоритма управления (13) и без него (рис. 4, б), где 1 – ИТ, 2 – траектория наведения при нали чии мешающих факторов.

Имитационное моделирование (рис. 4) показывает, что при воздей ствии случайных быстро изменяющихся мешающих факторов происходит существенное отклонение ЛА от ИТ. Однако при наведении ЛА, согласно полученному алгоритму (13), происходит плавное сближение ЛА с расчет ной траекторией, при этом уменьшаются ошибки наведения в среднем на 10–20 %.

280 СЕКЦИЯ /max /max а б Рис. Зависимости изменения относительного сигнала ошибки 0 пред ставлены на рис. 5, где 1 – ЛА наводится без учета порывов ветра;

2 – ЛА наводится согласно полученному алгоритму.

/ t/tн Рис. Выводы. Результаты исследований показали, что при автономном наведении ЛА полученный алгоритм уменьшает чувствительность тра ектории полета ЛА к случайным мешающим факторам на 10–20 %. Из меняя значение коэффициентов, от 1 до 0, варьируя вес членов, вхо дящих в функционал качества (5), можно изменять крутизну траектории ЛА, тем самым осуществлять изменение значений поперечного ускоре ния ЛА.

СЕКЦИЯ Список литературы 1. Вейцель, В. А. Радиосистемы управления / В. А. Вейцель. – М. :

Дрофа, 2005. – С. 65–68.

2. Кириллов, С. Н. Эффективный алгоритм наведения объекта управ ления на маневрирующие воздушные цели / С. Н. Кириллов, А. Д. Токарь // Вестник РГРТА. – 2008. –№ 24. – С. 33–36.

3. Канащенков, А. И. Авиационные системы радиоуправления / А. И. Канащенков, В. И. Меркулов. – М. : Радиотехника, 2003. – С. 65–68.

4. Ванько, В. И. Вариационное исчисление и оптимальное управле ние / В. И. Ванько, О. В. Ермошина. – М. : МГТУ им. Баумана, 2001. – С. 305–309.

5. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Ю-Ши Хо. – М. : МИР, 1972. – С. 74–80.

6. Зимин, Г. В. Справочник офицера противовоздушной обороны / Г. В. Зимин. – М. : Воениздат, 2001. – С. 41–49.

УДК 621.396. Д. Г. Митрофанов Военная академия войсковой ПВО имени маршала Советского Союза А. М. Василевского, г. Смоленск ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРНЫХ НЕСТАБИЛЬНОСТЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА КАК ОДИН ИЗ ПУТЕЙ РАСШИРЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЛС Известно, что каждый летательный аппарат (ЛА) имеет отличия в конструкции планера, двигательных установок, а также в параметрах дви жения в турбулентной атмосфере, вызывающей траекторные нестабильно сти (ТН) полета. Некогда считалось, что угловые перемещения планера ЛА, проявляющиеся в виде рысканий, вследствие их случайного характера, не могут быть использованы для извлечения информации об индивидуальных свойствах объекта отражения радиоволн. Однако результаты, полученные в ходе исследовательских работ по гранту РФФИ № 07-07-96401, показы вают, что в отраженных на интервале нескольких секунд сигналах заключе на богатая информация о поведении и угловой скорости поворота ЛА.

282 СЕКЦИЯ Случайный характер изменения углового положения корпуса ЛА ис пользовался ранее лишь в качестве фактора усреднения сигнальных при знаков отождествления объектов. Однако имеет место противоположная точка зрения, трактующая возможность использования детерминистского подхода в процедурах извлечения индивидуальных характеристик объек тов при их длительном сопровождении. Считавшийся ранее случайным и негативным фактор изменения ракурса локации объекта при ТН полета в атмосфере можно подчинить идентификационным алгоритмам, с помо щью которых можно извлекать радиолокационную информацию, индиви дуально характеризующую каждый объект.

Оценка параметров изменения ракурса локации, скорости полета объекта, отражения радиоволн от вращающихся элементов двигательных установок призвана расширить базу знаний о сопровождаемых ЛА, что может быть использовано в локаторах нового поколения для повышения качества радиовидения, распознавания самолетов по их радиолокацион ным изображениям (РЛИ), предоставления дополнительных сведений дис петчерским службам организации воздушного движения для предотвраще ния авиакатастроф.

Известные отечественные и зарубежные системы радиолокационно го распознавания и построения РЛИ теоретически основываются на гипо тезе прямолинейного равномерного движения объекта либо используют ТН в качестве инструмента усреднения признаков. Извлечение же инфор мации о самих ТН полета и выявление связанных с ними закономерностей предлагается использовать впервые, в чем и проявляется новизна научного подхода.

Параметры рысканий и кренов планера зависят от режима полета, синхронности работы двигательных установок, упругости и обтекаемости планера и т. д. Поэтому в параметрах возникающих угловых ТН всегда за ключена информация об индивидуальных свойствах и компоновке ЛА.

Однако процесс извлечения информации из отражательных характеристик объектов осложнен тем, что вариации их параметров критичны к ракурсу перемещения центра масс объекта. Это требует от методов обработки сиг налов адаптивности и устойчивости к негативным внешним факторам, пе речень которых следует уточнить.

К видам ТН полета относится случайное изменение путевой скоро сти ЛА. Для его оценки необходимо периодически уточнять значение ра диальной скорости полета объекта. Это особенно актуально в режимах ло кации, обладающих повышенной помехоустойчивостью, к числу которых относится зондирование сигналами с перестройкой частоты (СПЧ) по слу чайному закону. До недавнего времени считалось, что измерение радиаль ной скорости ЛА Vp в таком режиме невозможно. Стремление к разреше СЕКЦИЯ нию возникшего противоречия привело к разработке в 2007 г. нового спо соба оценки Vp. Сущность его заключается в излучении СПЧ, распреде ленных по случайному закону, составлении из отраженных сигналов час тотной характеристики (ЧХ) ЛА, формировании из нее методом обратного преобразования Фурье дальностного портрета (ДлП), оценки информатив ности ДлП путем расчета энтропии данных, являющихся элементами век тора ДлП. Величину радиальной скорости Vр объекта предложено опреде лять по критерию минимизации энтропии ДлП, рассчитанной после устра нения в исходной ЧХ фазовых добавок, которые могли бы иметь место в фазовой характеристике (часть ЧХ) при определенном, перебираемом в ре альном диапазоне значении ее Vр. Расчет основан на том, что величина компенсируемого фазового сдвига пропорциональна значению радиальной скорости Vр и несущей частоты очередного радиоимпульса. Одним из главных достоинств способа является нечувствительность к количеству рассеивателей на поверхности ЛА, участвующих в отражении СПЧ. Реали зуемость способа измерения Vр зависит от интенсивности присутствующе го внутреннего и внешнего шумов. Понятно, что для любых параметров СПЧ всегда существуют предельные значения уровня шума, ограничи вающие использование способа. В интересах обеспечения работоспособ ности способа при низких отношениях сигнал-шум (ОСШ) рекомендован модифицированный подход к оценке Vр объекта за счет анализа свойств формируемого ДлП. В частности, вместо энтропии элементов вектора ДлП предложено использовать мультипликативный коэффициент, рассчиты ( ) N ваемый в соответствии с выражением k = D 3, где D = U n m – N n = 1N оценка дисперсии амплитуд вектора ДлП;


m = U n – оценка математи N n= 1N ( ) U n m – оценка ческого ожидания амплитуд вектора ДлП;

3 = N n= третьего центрального момента (ТЦМ) амплитуд ДлП.

Методом математического моделирования определены значения ин тенсивности шума, ограничивающие эффективное использование модифи цированного способа. При превышении шумом этих значений точность оценки скорости резко падает по причине уменьшения амплитуды гло бального экстремума целевой функции, что является следствием искаже ния шумом ЧХ ЛА. Значение минимального ОСШ Qmin, при котором воз можно правильное измерение Vр для фиксированного числа частот N, оп ределялось по 3103 реализациям. Критерием возможности достоверного измерения Vр выступало значение ошибки измерения, равное 10 м/с.

284 СЕКЦИЯ В табл. 1 приведены значения Qmin, соответствующие различному числу N импульсов в пачке, используемому в алгоритме оценки Vр.

Таблица Зависимости величины минимального ОСШ Qmin от количества импульсов в пачке и выбранного способа извлечения информации Число импульсов в пачке СПЧ 64 128 256 512 Qmin, дБ (при использовании метода энтропии) 5 1,2 –1,4 –3,4 –5, Qmin, дБ (при совместном использовании диспер 3 –0,5 –2,9 –4,9 – сии и ТЦМ в коэффициенте k) Заметно, что при использовании мультипликативного коэффициента k допустимое ОСШ снижается на 1,5–2 дБ за счет совпадения глобальных экстремумов функций изменения дисперсии и ТЦМ, но несовпадения ло кальных экстремумов этих функций. Кроме того, установлено, что при ис пользовании модифицированного способа точность измерения радиальной скорости Vр при N 256 повышается на 15–20 %. При дальнейшем увели чении числа импульсов выигрыш в точности оценки Vр становится более весомым, достигая в некоторых случаях 50 %. Это объясняется тем, что при большом числе элементов ДлП (ЧХ) ширина лепестка глобального экстремума функции изменения дисперсии и ТЦМ уменьшается, и случай ные отклонения одного из параметров компенсируются более точным зна чением другого при использовании комплексного параметра в виде коэф фициента k.

Предложен также способ оценки радиального ускорения ЛА. Однако он эффективен только на близких к нулевым ракурсах и при малых разме рах объекта, когда ТН в виде рысканий не вносят ощутимых искажений в ЧХ. Способ может найти применение в перспективных помехоустойчи вых РЛС двойного назначения с перестраиваемыми по частоте сигналами, в том числе в аэродромных посадочных радиолокаторах, радиолокацион ных системах посадки летательных аппаратов и т. п. Для обеспечения из мерения радиального ускорения (как одной из разновидностей ТН полета) длительность излучаемой в пространство пачки СПЧ увеличивается до де сятых долей секунды. Способ также основан на перефазировке ЧХ объекта путем компенсации фазовых компонентов, связанных с его радиальным перемещением, с учетом случайного закона перестройки частоты. В отли чие от способа измерения скорости в данном случае используется трех мерная матрица перебора. По одной из ее горизонтальных строк распола гают величины, учитывающие компенсацию фазовых сдвигов, обуслов СЕКЦИЯ ленных наличием Vр, а по другой – величины, обусловленные наличием радиального ускорения.

Основным и наиболее вредным видом ТН полета являются случай ные рыскания планера ЛА в полете, которые даже при одночастотном зон дировании искажают ожидаемую реализацию отражений. Для выявления параметров этих ТН также предложено несколько способов обработки ра диолокационной информации.

Один из них предназначен для оценки угловой скорости поворота ЛА относительно РЛС. Данный способ включает перевод в цифровую форму значений амплитуды и времени приема каждого отраженного им пульса на избыточном (порядка 10 с) интервале tизб при автоматическом сопровождении объекта. В два последовательных момента времени опре деляются координаты ВО, пройденный путь, рассчитывается величина уг ла между начальным и конечным положением линии визирования (ЛВ), рассчитывается скорость V ЛА. Исходя из величины необходимого разре шения в поперечном направлении рассчитывается длительность интервала инверсного синтезирования апертуры (ИИСА) Тис. При этом считают, что угловая скорость поворота ВО на ИИСА равна = Vsin R, где R – даль ность до ВО;

– угол между ЛВ и направлением вектора скорости ВО.

Из значений амплитуд и фаз отраженных импульсов формируют от ражательную характеристику объекта (ОХО), устраняют в ней методом скользящего усреднения высокочастотную турбовинтовую модуляцию и получают планерную отражательную характеристику объекта (ПОХО).

Величину оценочного времени корреляции принимают равной 3 мс, на ос нове чего определяют соответствующее число элементов I частной выбор ки (ЧВ) отраженных сигналов. Смещая ЧВ на один отсчет в пределах ПОХО, для каждого k-го положения ЧВ рассчитывают величину оценоч ного коэффициента автокорреляции (КАК). Связывают рассчитанный на k-м шаге КАК с временем начала соответствующей ЧВ, составляют из рас считанных КАК корреляционную характеристику объекта (КХО) и сгла живают ее методом скользящего усреднения. В результате получают сгла женную корреляционную характеристику объекта (СКХО). Находят в пре делах СКХО точки смежных экстремумов, рассчитывают их среднее арифметическое Z. Элемент СКХО, наиболее близкий по значению к рас считанной величине Z, принимают за середину ИИСА. При этом адаптивно обеспечивают глубину модуляции СКХО не менее 0,3 за счет обоснован ного увеличения длины ЧВ. Заблаговременно получают зависимость ко эффициента прореживания данных (коэффициента удлинения ЧВ) от числа лепестков ПОХО при средних угловых скоростях поворота объекта на ин тервале 5 секунд. После формирования ПОХО производится подсчет числа 286 СЕКЦИЯ лепестков в реальной ПОХО на интервале 5 с и с помощью таблицы опре деляется величина коэффициента прореживания (КП) данных для состав ления ЧВ. При формировании КХО рекомендовано использовать ЧВ, по лученную с учетом КП.

В интересах предотвращения авиакатастроф при болтанке ЛА в тур булентной атмосфере предложен способ внешнего радиолокационного оп ределения факта наличия ТН у ЛА. Его основу также составляет запись от раженных сигналов на избыточном интервале длительностью 5–6 с. Такой интервал Тн необходим для формирования информативной последователь ности (серии) доплеровских спектров ВО. Поэлементно сдвигаясь в преде лах Тн, для каждой ЧВ методом быстрого преобразования Фурье рассчиты вают частный спектр ВО, формируя, таким образом, серию доплеровских портретов (ДП) объекта. Затем предлагается сравнивать структуру полу ченных ДП между собой по ширине (т. е. по протяженности). Для этого в структуре ДП находят точки максимумов спектральных составляющих.

Затем выделяют среди них крайние левый и правый максимумы и находят частотное расстояние между ними F. Если протяженность ДП не изменя ется (F = const), принимают решение, что ВО движется стабильно. При изменениях в протяженности ДП принимают решение, что ВО испытывает случайные колебания, планер ЛА рыщет в атмосфере, т. е. полет ВО про ходит с ТН. Способ наиболее эффективен для ЛА, имеющих малые курсо вые углы перемещения относительно РЛС.

Для выявления закономерностей, связанных с проявлением ТН поле та ВО, была проведена серия натурных экспериментов с реальными ЛА.

В их перечень входили Airbus A-320, CRJ-2, Cessna-550, Boeing-762, Boe ing-763, MD-11, Boeing-737, Airbus A-319 и L-39. Поскольку курсовой угол ЛА был малым, угловая скорость изменения ракурса за счет перемещения центра масс ВО по траектории была незначительной (сотые доли градуса в секунду). Поэтому присутствующие в ОХО лепестки имели единствен ное физическое объяснение – наличие рысканий планера ЛА. Эксперимен ты показали, что наименьшие колебания корпуса свойственны объектам типа CRJ-2 и Cessna-550. Наиболее выразительные лепестки, обусловлен ные наличием рысканий, отмечены в отражательных характеристиках объ ектов типа Air-bus A-319 и MD-11. Средний уровень ТН зарегистрирован в характеристиках самолетов семейства Boeing. Сравнительный анализ по лученных отражательных характеристик подтвердил факт возможной идентификации объектов по периодичности и глубине модуляции ОХО.

Совокупность предложенных способов входит в перечень задач, ре шаемых в рамках гранта № 09-07-97511 и выполняемых при финансовой поддержке администрации Смоленской области и РФФИ.

СЕКЦИЯ УДК 621.3.082. В. Н. Ленский, В. А. Борисов, В. Ф. Мышкин, В. А. Хан Томский политехнический университет, г. Томск ПЕРЕДАЧА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ПОТОКА ЧЕРЕЗ АЭРОЗОЛЬ Распространение лазерного излучения в любой среде сопровождает ся его ослаблением. Цель данной работы – оценить возможность передачи потока оптического излучения через ослабляющие участки трасс.

При интерференции синхронизованных по фазе модовых состав ляющих наблюдаются импульсы излучения [1]. Период следования им пульсов излучения определяется спектральным сдвигом его компонент, а полуширина – количеством спектральных компонентов.

Известно, что интерференционный поток двух электромагнитных волн на разных частотах, распространяющихся вдоль одной линии, осцил лирует вдоль этой оси [2]. В интерференционном поле, сформированном в ослабляющей среде, потери энергии оптического излучения происходят лишь в областях светлых полос [3]. При этом возможности передачи ла зерного излучения через ослабляющие участки с помощью интерференци онного потока изучены недостаточно.

При расчете коэффициента ослабления лазерного излучения на раз личных участках трассы использовали известные соотношения. Значение амплитуды в разных точках трассы когерентного пучка может быть рас считано путем сложения амплитуд отдельных компонент (с учетом знаков спектральных составляющих):

( ) n n E = E i = E0 cos i t ki z + i0.

i (1) i=1 i= c / Интенсивность излучения определяется из соотношения I = E.

Мощность электромагнитного излучения вдоль трассы распростра нения в ослабляющей среде уменьшается по экспоненциальному закону (закон Бугера): I = I 0 exp ( z ), где – коэффициент ослабления.

Были проведены расчеты коэффициентов пропускания через ослаб ляющие участки трассы потока лазерного излучения, испытывающего ин терференцию компонент. При расчетах начальные фазы в выражении (1) 288 СЕКЦИЯ принимали равными нулю. Ослабляющий участок располагался в области преимущественно туннельной передачи энергии излучения, симметрично относительно интерференционных максимумов.

Расчет ослабления проводили двумя способами. В первом (некоге рентное сложение волн) для определения суммарной начальной интенсив ности все спектральные составляющие складывали по интенсивности (квад раты амплитуд с коэффициентом c ). С помощью закона Бугера находили значение интенсивности суммарной волны после ослабляющего слоя.

Для пучка из когерентных составляющих в каждой точке трассы производили векторное суммирование волн на разных длинах волн. Для ослабляющего участка по закону Бугера вычисляли изменение эффектив ного значения интенсивности каждой гармонической составляющей между двумя расчетными точками с учетом отношения величин суммарной ин тенсивности в текущей точке к интенсивности некогерентного пучка. Для следующего расчетного участка значения амплитуд напряженностей элек трического поля отдельных волн заменяли их уменьшенными значениями на конце предыдущего участка, определяемого из выражения E 0вых ( i ) = E 0вх ( i ) 1 I 0 1 exp ( l ) где – коэффициент ослабления;

l – длина расчетного участка;

I0 – ко эффициент, определяющий изменение интенсивности когерентного излу чения на расчетном участке за счет интерференционного потока.

Между двумя максимумами наблюдаются незначительные спада ющие всплески интенсивности. Область минимальных значений дополни тельных импульсов находится посередине между двумя импульсами. По этому рассчитывали коэффициент прохождения через ослабляющий уча сток трассы, расположенный симметрично относительно середины между максимумами. Это обеспечивает наилучшие условия прохождения потока оптического излучения (минимальное ослабление).

Рассчитаны коэффициенты пропускания ослабляющим участком в зависимости от спектрального состава для различных значений оптиче ской плотности потоков некогерентного и когерентного излучений одина кового спектрального состава. При расширении спектра для разных коэф фициентов ослабления участка наблюдается увеличение коэффициента пропускания потока когерентных лучей.

Графики на рис. 1 рассчитаны для 120 спектральных составляющих.

Интенсивность некогерентного пучка уменьшается в ослабляющем слое по экспоненциальному закону (рис. 1, а);

f = 5 МГц. При малых значениях отношения между длиной ослабляющего участка к расстоянию между СЕКЦИЯ максимумами интерференции (L 55 м) влияние ослабляющего слоя не значительное. При совмещении области максимума интерференции с ос лабляющим слоем потери излучения возрастают.

Расчеты показывают, что когерентный пучок распространяется по ослабляющим трассам с гораздо меньшими потерями, чем некогерентный (см. рис. 1). Изменения спектрального состава (сдвига частот соседних компонент f) при этом сказываются незначительно. Графики на рис. 1, б рассчитывались для ослабляющего слоя, расположенного симметрично и занимающего 96 % от расстояния между максимумами интерференции, при изменении величины спектрального сдвига между компонентами.

а б Рис. 1. Коэффициент прохождения некогерентного (пунктир) и лазерного (сплошная) пучков через ослабляющий участок:

а – различной длины, б – излучений различного спектрального составов.

Уменьшение коэффициента пропускания слоя при уменьшении ве личины сдвига спектральных компонентов происходит из-за увеличения расстояния между максимумами интерференции. При этом синхронно уве личивается длина ослабляющего слоя, учитываемого при расчетах. Графи ки (см. рис. 1, б) позволяют оценить соотношение коэффициентов пропус кания когерентного и некогерентного пучков с предельно длинным для ко герентного пучка ослабляющим слоем.

Также были проведены расчеты коэффициентов пропускания трасс с разным расположением ослабляющих участков и относительных фаз от дельных спектральных составляющих излучения.

Расчитаны зависимости коэффициента прохождения в зависимости от количества спектральных линий для ослабляющего участка, включающего счетный объем. Модель трассы лазерного излучения, использованная для расчетов, содержит следующие участки: входное окно (френелевское отра жение на поверхностях, запыленная внутренняя поверхность) вакуумируемой камеры, прозрачный и аэрозольный слои в камере и счетный объем. Коэффи циент пропускания ослабляющего слоя имеет два участка: на первом коэф 290 СЕКЦИЯ фициент ослабления увеличивается со значения 0,1 м–1 с градиентом 10 м–1/м, на втором – с 0,15 м–1 с градиентом 0,2 м–1/м. Расстояние от лазера счетного объема равно половине длины пространственного периода межмодовых бие ний. Первый максимум интерференции совмещали с центром счетного объе ма. При увеличении количества спектральных составляющих наблюдается увеличение коэффициента пропускания потока когерентных лучей.

При малом количестве спектральных составляющих лазерное излу чение испытывает значительное ослабление на поверхностях входного ок на, поэтому зависимости имеют один или два экстремума.

При высоком коэффициенте ослабления на участке, содержащем счет ный объем (на первом коэффициент ослабления увеличивается со значения 0,9 м–1 с градиентом 10 м–1/м, на втором – с 9,0 м–1 с градиентом 0,2 м–1/м) графики имеют монотонный экспоненциальный характер. Из-за сильного ослабления аэрозолем вклад входного окна незначителен.

Расчеты показывают, что когерентные лучи распространяются через ослабляющие участки с гораздо меньшими потерями, чем некогерентные.

Изменения спектрального состава излучения не изменяет характера зави симости. Расчеты проводили для ослабляющего слоя в короткие проме жутки времени совмещения счетного объема в центре ослабляющей среды с максимумом интерференционной полосы.

Также рассчитывали коэффициент пропускания трассы, имеющий высокий коэффициент ослабления на начальном участке и низкий – на ко нечном. При передаче лазерного излучения в счетный объем через локаль ные участки с высоким коэффициентом поглощения (оптическое окно ка меры и аэрозольный слой между лазером и счетным объемом) на расчет ных графиках (рис. 2) наблюдаются локальные экстремумы.

L, м Рис. 2. Доля многоволнового лазерного излучения, проходящего через двухслойный ослабляющий участок (1 = 9,0 м–1, 2 = 0,1 м–1, сноски к графикам – количество спектральных компонентов) СЕКЦИЯ На протяженном ослабляющем участке мощность лазерного излуче ния изменяется по экспоненте. Длина начального участка трассы, на кото рой наблюдается отклонение пропускания от экспоненты, зависит от коли чества спектральных компонент в лазерном излучении и распределения ослабляющих участков по трассе.

ВЫВОД. Расчеты показывают, что многоволновый луч, за счет ин терференционных явлений, может проходить через ограниченные по длине ослабляющие участки с меньшим ослаблением, чем некогерентный при различных законах распределения коэффициента ослабления.

Список литературы 1. Крюков, П. Лазер – замечательное достижение ХХ века / П. Крю ков // Квант. – 2007. – № 3. – С. 8–18.

2. Афанасьев, С. А. Потоки энергии при интерференции электромаг нитных волн / С. А. Афанасьев, Д. И. Семенцев // УФН. – 2008. – № 4. – С. 377–384.

3. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей / С. П. Беляев, Н. К. Никифорова, В. В. Смирнов [и др.]. – М. : Энергоатомиздат. – 1981.

– 232с.

УДК 621.396.969. А. В. Третяк, В. А. Глинчиков Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОВЫСОТОМЕРА МАЛЫХ ВЫСОТ С ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ В современном мире широкое распространение получила малая авиация, особенно беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Их интен сивное развитие приводит к тому, что требования к системам управления и навигации (к их автономности, точности, надежности, помехозащищенно сти и др.) постоянно повышаются. Среди автономных средств управления и навигации особое внимание уделяется радиотехническим системам, из меряющим ряд основных параметров движения летательных аппаратов (ЛА): высоту, вертикальную и путевую скорости полета, пройденное рас стояние, боковое отклонение и др.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 21 |
 





 
© 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.