Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 13

[105,106]Рисунок 3.3 – Геометрия V-образного элемента комплекса излучения83Комплекс КВ СКИ состоит из 64 ТЕМ-рупоров, рисунок 3.4.P(r , , )ZdxrdyXRYРисунок 3.4 – Многоканальный комплекс в плоскости X – Y.Вектор P(r,θ,φ) характеризует расположение максимального луча антеннойрешетки в пространстве на дальности r, азимуте φ и угле места θ.В направлении оси X решетка имеет Nx=4 элементов – столбцов,расположенные параллельным способом на расстоянии dx друг от друга. Внаправлении оси Y размещены Ny=16 элементов в виде параллельных строк нарасстоянии dy.

Общее число элементов решетки равно Nx∙ Ny=64. [19] В каждомрупоре размещается четыре элементарных излучателя. Тем самым напряженностьодного элемента излучения в точке наблюдения с координатами (x,y,z)определяется формулойE p ,i , k  04n p , i , k  mi , k J p (t  rik / c)  n p ,i , k  mi , k 1  mi , k  n p , i , k 1  mi , k  n p , i , krik(3.1)84J p (t  l p / c  R p ,i ,k / c)  n p ,i ,k  m i ,kn p ,i , k  m i , kf 1  m i , k  n p ,i , kR p ,i , k1  m i , k  n p ,i , k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 , kR' p , i , k1  mi , k  n p , i , kfJ p (t  2l p / c  rik / c)  n p ,i , k  mi , kn p , i , k  mi , krik 1  mi , k  n p , i , k 1  mi , k  n p , i , k ,где R p ,i ,k - радиус-вектор, соединяющий начало координат с точкойвозбуждения ячейки с номерами i,k вычисляется по формулеR p,i ,k  d x (0.5( N x  1)  i)  d y (0.5( N y  1)  k ) ,(3.2)p – номер V-образной антенны;Nx= -2dx,-dx, dx, 2dx – число рупоров по горизонтали;Ny= -8dy, …-dy, dy, … 8dy – число рупоров по вертикали;i – номер столбца, 1≤ i ≤ Nx;k – номер строки, 1≤ k ≤ Ny;ri ,k ( x, y, z )  ( x  d x (i  0.5  0.5N x )) 2  z 2  ( y  d y (k  0.5  0.5N y  1)) 2 ; (3.3)n p,i ,k  sin( f ( p))e1  cos( f ( p)) Ae3  cos( f ( p)) Ae 2 - единичные векторывдоль провода номера p в ячейке i,k;n' p ,i ,k   sin( f ( p))e1  cos( f ( p)) Ae3  cos( f ( p)) Ae 2 - единичные векторывдоль обратного провода номера p в ячейке i,k;A – половина угла раскрыва каждого из рупоров;f ( p) A(2 p  1  N ) - угол, приходящийся на каждую из проводовNячейки;N – число проводов, заменяющих плоскость рупора;lp l0- длина каждого из проводов;cos( f ( p))l0 - длина образующей каждого рупора;85Jp V0S ( p) - текущий ток через каждый провод ячейки;ZV0 =500 В - входное напряжение на каждом рупоре;Z =200 Ом - волновое сопротивление каждого из рупоров;S ( p) 1(arcsin2p  N2p 2 N arcsin)NN- функция распределениятока в каждом из проводов ячейки;m i ,k r  R i ,k- единичные векторы, проходящие из точки возбужденияri ,kкаждой ячейки в точку наблюдения;r - радиус-вектор из начала координат системы в точку наблюдения;m p ,i , k m i ,k ri ,k  l p n p ,i ,k- единичный вектор, направленный от концовR p ,i , kпроводов p ячейки i,k в точку наблюдения;m' p , i , k m i ,k ri ,k  l p n' p ,i ,kR ' p ,i , kединичный вектор, направленный от концовобратных проводов p ячейки i,k в точку наблюдения;R p ,i ,k  F p ,i ,k  r - расстояние от концов прямого провода p ячейки i,kдо точки наблюдения;R' p ,i ,k  F ' p ,i ,k r - расстояние от концов обратного провода p ячейки i,kдо точки наблюдения;F p ,i ,k  R i ,k  l p n p ,i ,k-вектор,соединяющийначалокоординатначалокоординатэлемента излучения с концами прямых проводов ячеек;F ' p,i ,k  R i ,k  l p n' p,i ,k -вектор,соединяющийэлемента излучения с концами прямых проводов ячеек.[59,106,107]Результирующая векторная сумма составляющих сигналов для всехэлементов антенной решетки в точке наблюдения определяется выражением86N Nx N yE (t , x, y, z )   E p,i,k (t , x, y, z )(3.4)p 1 i 1 k 1Режим сканирования позволяет увеличить угол эффективного излучения внесколько раз.

В рассматриваемом комплексе используется электрическоесканирование, которое производится путем изменения задержек.[12]Максимум напряженности поля системы зависит от азимута φ и угла места θ.Диаграмманаправленностикаждогорупораограничиваетсясекторомсканирования:- по горизонтали φmax= 45°,- по вертикали θmax=90°.Следовательно, вводится ограничения для формирования изученияφmax=±π/4, θmax=±π/2.Максимум напряженности поля расположен в центре антенной решеткипри φ=θ=0°.

Этот способ управления изменения максимума излучения называетсястрочно-столбцевым. [61,68]Из этого следует, что рассмотренную решетку при расчете максимуманапряженности в главных плоскостях (XZ и YZ) можно считать линейной, вкоторой элементарными излучателями являются столбцы при расчете максимумав плоскости XZ, и строки – при расчете в плоскости YZ.Описание алгоритма работы тестовой системы на этапе стендовыхиспытаний, рисунок 3.5.1. Ввод оператором исходных данных:- координаты (Xg,Yg) или расстояние относительно установки (r);- азимут (φ);- высота над уровнем моря (h);- путевая скорость (υ);- прогнозируемый дальнейший курс судна ( n );- допустимые уровни напряжения (Uдоп) или тока (Iдоп) уязвимого элементас точки зрения воздействия на него СКИ ЭМИ.87На этапе стендовых испытаний: υ=0, n =0, Xg=0, Yg=0.2. Сопоставление исходных данных Uдоп или Iдоп уровням напряжений избазы данных U n' и I n' .3.

Определение минимально допустимых уровней СКИ ЭМИ (E, F) всоответствии с проведенным во второй главе анализом механизмов влияния СКИЭМИ на характеристики элементов бортового радиоэлектронного оборудования,находящиеся в базе данных АРМ управления;4. При формировании заданной максимальной амплитуды напряженностиэлектрического поля воспользуемся формулой (3.1) для напряженности полячетырех элементарных излучателей E i , k . При ограничениях φmax=±π/4, θmax=±π/2.5. Максимальная суммарная напряженность электрического поля Emax вуказанной точке пространства формируется за счет задержек и последовательногоподключения рупоров с напряженностью электрического поля для каждогорупора равного E i , k .7.

Осуществляется определение оптимального количества работающихэлементов антенной решетки по горизонтали и вертикали, исходя из рассчитаннойтребуемой суммарной амплитуды сигнала, формирующей на расстоянии rнапряженность электрического поля E.8. Формирование луча с параметрами E, F, τ производится строчностолбцевым способом управления.9. Данные с датчиков Iд и Uд, регистрирующие превышение допустимыхуровней токов и напряжений в цепях системы управления, поступают на тестовуюсистему, и определяется реакция уязвимых элементов на воздействие СКИ ЭМИ.Если реакции нет, то тестовая система плавно увеличивает амплитудунапряженности путем последовательного подключения рупоров до уровнейнаведенных токов и напряжений превышающих нормируемые для указанногоустройства ТКС.88НАЧАЛОВвод исходных данных:r, φ, θ, h, Uдоп, IдопОпределение E, F, τ,соответствующие U ' или I 'Сравнение:Uдоп > = < U n'Iдоп > = < I n'РасчетNx Ny8E (t , x, y, z )     E p ,i , k (t , x, y, z )i 1 k 1 p 1нетUдоп ≤ UIдоп ≤ I''E (t , x, y, z )  EданетдаКоличество включенныхрупоров N xi  N ykФормирование лучаизлучения спараметрами E, F, τ.Данные сдатчиков:Uд, IдUд≥ Uдоп,Iд≥IдопнетE:= E+0,5даПредельные уровни:U, IКОНЕЦРисунок 3.5 – Блок-схема алгоритма тестирования для реализации в СПО893.3 Алгоритм визуализации тестовой системыДля оперативного вмешательства оператора в процесс испытаний, а такжеиспользованиятестовойсистемыформированияжелаемыхнатестовыхэтапестендовыхвоздействийиспытаний,необходимодляразработатьалгоритм визуализации тестовой системы.

Алгоритм визуализации тестовойсистемы рассмотрен на рисунке 3.6.НачалоВводданныхКонецХарактеристикиБЛАдаРасчет параметровизлучениянетПараметрыизлучениядаДанные с датчиков:Uд или IдОтображениенаправлениялучанетдаКритериальныеуровни: U или IПараметрыизлученияРисунок 3.6 – Алгоритм визуализации тестовой системыПри стендовых испытаниях ТКС управления БПЛА оператор можетвыполнять следующие операции:90вводить-исходныенавигационныепараметрыидопустимыехарактеристики уязвимого элемента ЛА, для определения критериальных уровнейи визуального наблюдения за направлением луча;- вводить параметры излучения СКИ ЭМИ для определения уровнейнаведенных токов или напряжений на ТКС;- вводить критериальные уровни для определения параметров излучениянеобходимого для наведения этих токов.Такимобразом,алгоритмвизуализациитестовойсистемы,дляоперативного управления испытанием БЛА, позволяет в режиме реальноговремени отображать направление формирования луча излучения СКИ ЭМИ сучетом обработки исходных данных о местоположении БЛА, а также фиксациюкритериальных уровней устойчивого функционирования телекоммуникационнойсистемы управления беспилотного летательного аппарата.3.4 Интерфейс пользователя специального программного обеспечения наоснове разработанного алгоритма визуализацииНаоснованииалгоритмавизуализациипредлагаетсяразработатьинтерфейс пользователя комплекса КВ СКИ.ОсновнойконцепциеймодернизациипрограммногообеспеченияМногоканального комплекса, разработанного в ОАО «МНИРТИ», являетсягибкое и визуальное управление основными характеристиками излучения с цельюплавного определения граничных уровней устойчивости различных электронновычислительных и радиоэлектронных средств, в том числе элементов ТКСуправления беспилотного летательного аппарата, к воздействию сверхкороткихэлектромагнитных импульсов.Рассмотримнедостаткииособенностиимеющегосяпрограммногообеспечения.Первоначальноепрограммноеобеспечение,Многоканальном комплексе, состоит из следующих вкладок:установленноена91- Команды, рисунок 3.7.В указанном окне оператор выбирает частотный диапазон из трехпредложенных.