Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 12

Блок управления через блоки коммутации по командеот компьютерного блока устанавливает необходимые рабочие режимы и подаетна генераторы импульсов высокого напряжения, входящие в состав антенныхмодулей, импульсы запуска и далее - на ТЕМ-рупорные излучающие антенны,которые создают электромагнитное излучение.75Поканальные задержки обеспечивают юстировку полной задержкигенераторов импульсов высокого напряжения, а также формируют необходимыефазовые задержки при работе комплекса в режиме сканирования. Блокуправления также корректирует задержки при изменении рабочей температурыкомплекса.Известно,чтодляуменьшениягабаритныхразмеровкомплексанеобходимо уменьшить размеры антенной решетки.

Для этого эффективностьединичного модуля должна быть повышена, что можно реализовать путемоптимального увеличения количества минимальных антенн за счет сокращенияапертурыантенны.Благодаряэтомуповышаетсянадежность,ремонтопригодность, ресурсоемкость и гибкость управления комплексом.Экспериментальными данными установлено, что количество антенныхмодулей определяется величиной напряженности создаваемого электрического поля.Чем меньше напряженность электрического поля, тем меньшее количествоантенных модулей в составе комплекса.Также многоканальный комплекс обеспечивает излучение импульсовэлектрического поля амплитудой 1 кВ/м на расстоянии 100 м при частотеследования импульсов 12,5 МГц.Излучающая антенная решетка состоит из 256 элементов, которыеобразуют 64 антенных модуля, объединяющих по 4 минимальных излучающихэлемента.

Амплитуда поля 1 кВ/м на расстоянии 100 м достигается за счетсинхронной работы всех 64 модулей при точности синхронизации ±20÷30 пс. Вэтом случае излучение всех модулей суммируется по амплитуде с точностью10÷20 %.Дляформированияизлученияначастоте50МГциспользуетсяпоследовательное включение 4 секций излучателя, каждая из которых состоит из16 антенных модулей, работающих на частоте 12,5 МГц, так, чтобыпоследовательность импульсов поля составляла 50 МГц. [89]При таком построении комплекса реализуются и достигаются следующиепреимущества:76-используется метод модульного построения излучателей с применениемсистем синхронизации излучателей;- возможность управления режимами синхронизации излучающей системыдля автоматизированного управления режимами работы тестовой системы;-появляетсявозможностьэлектрическогоуправлениядиаграммойнаправленности;- увеличивается напряженность поля в рабочей зоне.Функциональная схема многоканальной излучающей системы (комплексаизлучения) представлена на рисунке 2.9.Рисунок 2.9 – Функциональная схема многоканального излучающегокомплексаМодернизацию рассматриваемого комплекс можно использовать длятестирования устойчивого функционирования телекоммуникационной системыуправления беспилотного летательного аппарата в условиях воздействия СК ЭМИпутем создания нового специального программного обеспечения.772.7 Выводы по главе1.

Проведен анализ выбранного объекта исследования. Исследованы бортовоерадиоэлектронноеоборудованиеихарактеристикителекоммуникационныхустройств, входящие в систему управления беспилотного летательного аппарата.2. Приведены характеристики сверхкоротких электромагнитных импульсов иособенности их влияния на элементы и цепи телекоммуникационной системыуправления беспилотного БЛА.3. Разработаныкритерииоценкиустойчивогофункционированиятелекоммуникационной системы управления БЛА в условиях воздействия СКИ ЭМИ.4. Обоснованы критерии оценки отказа устойчивого функционированиярассматриваемого объекта исследования.

Отмечается, что наиболее уязвимымэлементом телекоммуникационной системы управления опционно-пилотируемогокомплекса является автоматическая система управления.5. Определены минимально допустимые уровни СКИ ЭМИ, влияющих наустойчивостьтелекоммуникационныхустройствсистемыуправления,неприводящие к отказу системы управления, а также необходимые для начальноготестирования.6.

Проведенанализкомплексавоздействиясверхкороткоимпульсногоэлектромагнитного излучения с высокой частотой повторения, модификациякоторого позволит проводить тестирование устойчивости функционирования ТКСна этапе летных испытаний при воздействии преднамеренного воздействия.78ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ТЕСТИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БПЛА КВОЗДЕЙСТВИЮ СКИ ЭМИ3.1 Разработка универсального метода полетного тестирования устойчивостифункционирования системы управления к воздействию СКИ ЭМИ БПЛАДля тестирования устойчивости функционирования телекоммуникационнойсистемы управления беспилотного летательного аппарата при условии воздействияСКИ ЭМИ, необходимо разработать перспективный универсальный метод дляоценки устойчивости любых типов БЛА.ПрианализевоздействияСКИЭМИнеобходимоучитыватьтообстоятельство, что стационарные системы являются более устойчивыми квоздействию электромагнитного воздействия, чем подвижные.[82]Поэтому предложенный метод направлен на автоматизацию процессатестирования устойчивости беспилотного летательного аппарата к воздействиюСКИ ЭМИ на этапе летных испытаний.Метод включает в себя слежение за беспилотным летательным аппаратом ввоздушном пространстве в режиме реального времени, сбора и обработки исходныхданных о его местоположения, а также определения допустимых уровней токов инапряжений, наводимых в чувствительных узлах телекоммуникационной системыпри заданном воздействии, и регистрации превышения этих уровней.При обнаружении БПЛА в пространстве определяются следующиехарактеристики:- координаты (Xg,Yg) местоположения;- азимут (φ);- высоту над уровнем моря (h);- расстояние относительно тестовой системы (r);- путевую скорость (υ);- прогнозируемый дальнейший курс судна.79Далее формируются исходные данные, состоящие из:- навигационных параметров БЛА;- электрических характеристик наиболее уязвимого элемента системыуправления к воздействию СКИ ЭМИ.На основе полученных данных определяются критериальные уровниизлучения СК ЭМИ, при которых не обнаруживается отказ уязвимого элементасистемы управления, но достигается влияние электрических характеристик привоздействии в пределах нормируемых.

И в соответствии с прогнозируемымнаправлением курса БПЛА подвергается излучению.На основании полученных данных от датчиков, находящихся на БЛА,фиксирующих превышение токов и напряжений в цепях системы управления,принимается решение о возможном увеличении параметров излучения до первыхизменений характеристик ТКС отличных от нормируемых. [70,71]На основании анализа возможных реакций, возникающих в электрическихцепях устройств ТКС в процессе воздействия, а также исходных данных оконструкции материалов и комплектующих элементов определяются возможныевиды отказов и оцениваются последствия, к которым они могут привести всистемеуправления.Темсамымпроводитсяоценкаустойчивогофункционирования бортового оборудования и выявления критичных режимовработы системы управления для разработки рекомендаций по защите ее от СКИЭМИ.Таккаксовременныелетательныеаппаратыизготавливаютсяизкомпозитных материалов, использование которых увеличивает ширину спектраотражённогосигнала,ихобнаружениеобычнымирадиолокационнымисредствами представляет определенную сложность.Вкачествебеспилотногосредствалетательногосканированияаппаратапространствапредложеноиобнаруженияиспользоватьрадиолокационные системы на основе СКИ, как показано в работах [115,116,121]такие системы обладают следующими преимуществами отличными от обычныхРЛС:80- отсутствие несущего колебания,-оченькороткаядлительность(единицыидолинаносекунд)исоответственно очень широкая полоса частот;- период СКИ значительно меньше времени релаксации существующихматериалов;- хорошее прохождение СКИ сквозь препятствия (сквозь стены), чтопозволяет говорить о такой возможности, как видеть объекты сквозь стены;- высокая помехозащищенность, по отношению к пассивным помехам, чтопозволяет их использовать в системе селекции движущихся целей (СДЦ).На рисунках 3.1 и 3.2 показан один из вариантов выполнения схемы,реализующего предлагаемый метод.Xg,Yg, φ, h, r, υ,12U, IE, F, τ, P(φ,r)Сбор данныхс датчиков43Дистанционноеуправление5E, F, τРисунок 3.1 – Блок-схема разработанного метода.

1 – устройствообнаружения БПЛА; 2 – АРМ управления комплексом излучения; 3 –беспилотный летательный аппарат; 4- АРМ управления БЛА и сбора данных сдатчиков и наземный пункт управления; 5- комплекс излученияНаземный пункт управления и АРМ управления БЛА и сбора данных сдатчиков предназначены для:- дистанционного управления БЛА;81- сбора данных с датчиков;- определение реакции системы управления на воздействие СКИ ЭМИ;- выявление уязвимого элемента;- оценка наводок в уязвимом элементе;- анализ работы уязвимого элемента.Наземный пунктуправленияАРМ оператораАРМ управления БЛА исбора данных с датчиковАРМ управленияизлучениемРисунок 3.2 – Структурная схема метода тестирования устойчивости БЛА.В данной диссертационной работе более подробно рассмотрим принципработы комплекса излучения и его АРМ управления, в совокупности,составляющие тестовую систему, позволяющую проводить оценку БПЛА нетолько на этапе летных испытаний, но и стендовых.3.2 Разработка алгоритма тестирования устойчивости БПЛА дляреализации в специальном программном обеспеченииВ основе алгоритма тестирования и работы тестовой системы лежитпринцип работы разработанного в ОАО «МНИРТИ» Многоканального комплексавоздействиясверхкороткоимпульсногоэлектромагнитногоизлучения,82представляющий собой антенную фазированную решетку, состоящую из 64антенн, а также в состав комплекса входит АРМ управления излучениемКак показано в методе тестирования устойчивости ТКС управления БПЛАв условиях воздействия СКИ ЭМИ исходные данные от средства сканирования иопределения БПЛА в пространстве передаются на АРМ управления излучением,рисунок 3.1.

Далее Комплексу излучения необходимо сформировать требуемыймаксимум напряженности поля на заданном расстоянии.Для того чтобы комплекс излучения сформировал заданное направлениелуча излучения в дальней зоне, с минимальными тестовыми воздействиями СКИЭМИ необходимо разработать математический аппарат, который ляжет в основуалгоритма тестирования для реализации в СПО.Воспользуемся расчетом излучателей на основе монорупорной антенны ирешетки из ТЕМ-рупоров.Нахождениеполяизлучениякомплексагенерациисводитсяксуммированию от каждого рупора во временной области. В данном случае рупорпредставлен суммой элементов излучения в виде V-образных антенн, рисунок 3.3,напряженность электрического поля от каждой из них рассчитывается методомзаданных токов.