Автореферат (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 3

Излучающая антенная решетка состоит из 256элементов, которые образуют 64 антенных модуля, объединяющих по 4 элементарных излучателя. Необходимая амплитуда поля достигается за счет синхронной работы всех 64 модулей при точности синхронизации ±20÷30 пс, излучение всех модулей суммируется по амплитуде. Комплекс обладает следующими преимуществами: используется метод модульного построения излучателей сприменением систем синхронизации излучателей; возможность управления режимами синхронизации излучающей системы для автоматизированного управления режимами работы испытательного комплекса в целом.На рисунке 5 приведен вид комплекса в мобильном исполнении.Разработка модификации рассматриваемого комплекса предусматривает использовать его на этапе летных испытаний для тестирования устойчивогофункционирования ТКСУ БПЛА в условиях воздействия СКИ ЭМИ.

Для этогоразработан метод тестирования устойчивости ТКСУ, приведенный в главе 3.В третьей главе приводится разработка универсального метода тестирования устойчивости функционирования ТКСУ БПЛА к воздействию СКИЭМИ.Предложенный метод направлен на автоматизацию процесса тестирования устойчивости БПЛА к воздействию СКИ ЭМИ на этапе летных испытаний.Метод включает в себя слежение за беспилотным летательным аппаратомв воздушном пространстве в режиме реального времени, сбора и обработки исходных данных о его местоположения, а также определения допустимых уровней токов и напряжений, наводимых в чувствительных узлах ТКСУ при заданном воздействии, и регистрации превышения этих уровней.

Таким образом,13определяются граничные параметры излучения СКИ ЭМИ, при которых не обнаруживается отказ уязвимого устройства ТКСУ, но достигается влияние наэлектрические характеристики при воздействии в пределах нормируемых.На основании анализа возможных реакций, возникающих в электрическихцепях бортового оборудования в процессе воздействия, а также исходных данных о конструкции материалов и комплектующих элементов, определяются возможные виды отказов и оцениваются последствия, к которым они могут привести в ТКСУ. Тем самым проводится оценка устойчивого функционированияТКСУ и выявление критичных режимов работы системы управления для разработки рекомендаций по защите ее от СКИ ЭМИ.На рисунках 6 и 7 показаны блок-схема и структурная схема разработанного метода. Наземный пункт управления предназначен для дистанционногоуправления БПЛА.

АРМ оператора предназначен для: сбора данных с датчиков;выявление уязвимого элемента; определения реакции ТКСУ на воздействиеСКИ ЭМИ; анализ работы уязвимого элемента и оценки наводок в этом элементе.Xg,Yg, φ, h, r, υ, ⃗12Сбор данных с датчиков3U, IE, F, τ,P(φ,θ,r)4Управление БПЛА5E, F, τРисунок 6- Блок-схема разработанного метода. 1- устройство обнаружения БПЛА;2- «АРМ управления излучением»; 3- беспилотный летательный аппарат; 4- «АРМуправления БПЛА и сбора данных с датчиков» и «наземный пункт управления»;5- «комплекс воздействия»Рисунок 5 – Многоканальный испытательный комплекс воздействия сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения с высокой частотой повторения вмобильном исполненииПодробно рассмотрен принцип работы комплекса КВ СКИ излучения иего АРМ управления, составляющие тестовую систему, позволяющие проводить оценку БПЛА не только на этапе летных испытаний, но и стендовых.14Наземный пунктуправленияАРМ оператораАРМ управления БПЛА исбора данных с датчиковАРМ управленияизлучениемРисунок 7 – Структурная схема метода тестирования устойчивости БПЛАРазработан алгоритм тестирования устойчивости БПЛА, рисунок 8.

В основе алгоритма тестирования лежит принцип работы комплекса КВ СКИ, представляющий собой антенную фазированную решетку, состоящую из 64 антенн.Для того чтобы комплекс излучения сформировал заданное направлениелуча излучения в дальней зоне, с минимальными тестовыми воздействиямиСКИ ЭМИ, использован математический аппарат, в основе которого лежит расчет излучателей монорупорной антенны и решеткииз ТЕМ-рупоров(Mikheev O.V., S.A.

Podosenov, K.Yu. Sakharov, V.A. Turkin Approximate Calculation Methods for Pulse Radiation of a TEM-Hern Array//IEEE Trans. on EMC.2001. Vol.43/№1. p.67-74.). В данном случае рупор представлен суммой элементов излучения в виде V-образных антенн, напряженность электрического поляот каждой из них рассчитывается методом заданных токов, формула 1.

Нахождение поля излучения комплекса генерации сводится к суммированию от каждого рупора во временной области, формула 2.В каждом рупоре размещается четыре элементарных излучателя. Тем самым напряженность одного элемента излучения в точке наблюдения с координатами (x,y,z) определяется формулойE p ,i , k  04 J p (t  rik / c)  n p ,i , k  mi , kn p , i , k  mi , k 1  mi , k  n p , i , k 1  mi , k  n p , i , krik15(1)J p (t  l p / c  R p,i ,k / c)  n p,i,k  mi,kn p,i ,k  mi ,k f 1  mi ,k  n p,i,kR p,i,k1  mi,k  n p,i ,k J (t  l p / c  R' p ,i , k / c)  n p ,i , k  mi , kn p ,i , k  mi , k  pf 1  mi , k  n p , i , kR' p , i , k1mni,kp ,i , k J p (t  2l p / c  rik / c)  n p ,i , k  mi , kn p ,i , k  mi , k f 1  mi , k  n p ,i , k  1  mi , k  n p ,i , k  ,rikПри этом результирующая векторная сумма составляющих сигналов длявсех элементов антенной решетки определяется выражениемN Nx N yE (t , x, y, z )   E p,i,k (t , x, y, z )p 1 i 1 k 1(2)В рассматриваемом комплексе используется управление изменениями максимума излучения, путем варьирования задержек в каждом элементе излучения.Для оперативного вмешательства оператора в процесс тестирования, использования тестовой системы на этапе стендовых испытаний, а также дляформирования желаемых тестовых воздействий, разработан алгоритм визуализации тестовой системы, рисунок 9.Отмечено, что основной концепцией модификации КВ СКИ является модернизация программного обеспечения, которое обеспечивает гибкое и визуальное управление основными характеристиками излучения с целью плавногоопределения граничных уровней устойчивости различных электронновычислительных и радиоэлектронных средств, в том числе устройств ТКСУБПЛА, к воздействию СКИ ЭМИ.Целью модернизации была разработка тестовой системы, интерфейс которой обеспечивал бы удобную работу с комплексом неподготовленного (неосведомленного в тонкостях работы комплекса) оператора, а также основанныйна разработанном алгоритме тестирования устойчивости системы управленияБПЛА.

Тем самым на основе алгоритма визуализации был разработан интерфейс пользователя.16НАЧАЛОВвод исходных данных:r, φ, θ, h, Uдоп, IдопОпределение E, F, τ, соответствующиеилиСравнение:Uдоп > = <РасчетIдоп > = <нетUдоп ≤Iдоп ≤нетдадаКоличество включенныхрупоровФормирование лучаизлучения с параметрами E, F, τ.Данные с датчиков:Uд, IдUд ≥ Uдоп,Iд ≥IдопнетE = E+0,5даПредельные уровни:U, IКОНЕЦРисунок 8 – Алгоритм тестирования устойчивости ТКСУ17НачалоВводданныхКонецХарактеристикиБПЛАдаРасчет параметровизлучениянетПараметрыизлучениядаДанные с датчиков:Uд или IдОтображениенаправлениялучанетдаПараметрыизлученияКритериальныеуровни: U или IРисунок 9 – Алгоритм визуализации тестовой системыТаким образом, разработанные алгоритмы тестирования и визуализации,положенные в основу КВ СКИ, позволяют использовать его в качестве средстватестирования устойчивости ТКСУ любого типа БПЛА. Кроме того, разработанный метод позволяет проводить оценку и отработку составных частей ЛИСт всоответствии с заданными уровнями устойчивости на этапе стендовых и летных испытаний.В четвертой главе приводится расчетно-экспериментальная проверкаразработанного алгоритма тестирования.Данная методика проводится с целью проверки разработанной тестовойсистемы, путем определения ее характеристик и подтверждения соответствияпредъявляемым к ней требованиям.

Оцениваемой характеристикой являетсянапряженность электрического поля, которая определяется по зарегистриро18ванным осциллограммам амплитуды импульса напряжения на входе преобразователя напряженности импульсного электрического поля измерительного(ИППЛ-Л) (Госреестр № 46946-11).ИспытанияпроводилисьнаэкспериментальномполигонеОАО«МНИРТИ» и лабораторно-испытательной базе Ленинградская обл., г.Приозерскв нормальных климатических условиях с использованием аттестованных средствизмерения. Проверка корректного формирования амплитуды напряженностиполя СКИ ЭМИ тестовой системы проводилась в три этапа:- на разных расстояниях (r) ИППЛ-Л от комплекса излучения при постоянных значениях азимута (φ) и угла места (θ);- с различными значениями угла места при постоянных значениях азимута и расстояния от ИППЛ-Л до комплекса излучения;- с различными значениями азимута при постоянных значениях угла места и расстояния от ИППЛ-Л до комплекса излучения.Для каждого случая проводилось не менее трех измерений.В приложениях интерфейса пользователя тестовой системы «Команды»,рисунок 10, и «Управление», рисунок 11, задаются необходимые параметры излучения.Рисунок 10 – Интерфейс пользователя тестовой системы, приложение«Команды»19Рисунок 11 –Приложение «Управление»Схема определения максимума напряженности электрического поля приведена на рисунке 12.

Измерения проводят в дальней зоне, на расстоянии более 5 мот средства излучения.Проводится определение и регистрация максимума амплитуды напряженности электрического поля E тестовой системы при заданных параметрах:τ =250 пс, F =10 МГц.Частота следования СКИ ЭМИ определяется по формуле f.имп = 1/Тмин. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблицах 1-3.КомплексизлученияАРМ управленияизлучениемrИППЛ-ЛφОсциллографРисунок 12 – Схема измерения максимума напряженности поля20Т а б л и ц а 1 – Результаты напряженности поля при θ=0° и φ=0°№ п/пНапряженность E, кВ/мРасстояние r, м123E128,0214,56,99551020E228,0514,557,01E327,514,477,08Т а б л и ц а 2 – Результаты напряженности поля при r = 10 м и φ=0°.№ п/пНапряженность E, кВ/мУгол места θ, град.123456E114,5514,2513,812,910,789,55101525456080E214,2814,0213,5612,5312,0210,12E314,3513,7813,2013,1011,959,75Т а б л и ц а 3 – Результаты напряженности поля при r = 10 м и θ =0°.№ п/пНапряженность E, кВ/мАзимут φ, град.1234E112,5511,8410,056,8810152545E212,4511,429,456,75E312,7811,589,896,25Результаты сравнительного анализа расчетных значений формированиямаксимума напряженности электрического поля в определенной точке пространства в зависимости от угла места и азимута с экспериментальными значениями приведены на рисунках 13а и 13б.15E, кВ/м14E1(θ)1312E2(θ)111001020304050а)2160708090θ, градE, кВ/м15Напряженность поля: E1- расчетная, E2- экспирементальная1413E1(φ)1211109E2(φ)8705101520253035404550φ, градб)Рисунок 13 – Сравнительный анализ расчетных (Е1) и экспериментальных (Е2):а – зависимость напряженности поля от угла места;б – зависимость напряженности поля от азимутаКак видно на рисунке 13, результаты расчетных значений зависимостинапряженности электрического поля незначительно отличаются отэкспериментально полученных результатов.