Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 6

В данномклассе ЛА целесообразным является выбор диапазона сверхвысоких частот(СВЧ), при этом удается создать антенну малых размеров, способнуюразместиться в профиле крыла. Одним из подходящих частотных диапазоновявляется диапазон 2,4 ГГц.2.

При рассмотрении систем связи БЛА среднего и большого классапредъявляются необходимо учитывать, что к ним предъявляются более жесткиетребования по дальности работы, помехозащищенности и вероятности битовой33ошибки. В этом случае является возможным и оптимальным комплексированиенескольких каналов связи, работающих в разных частотных диапазонах.В процессе работы системы связи оцениваются вероятности битовойошибки для каждого канала связи, и принимается решение о распределениикомандно-телеметрического потока данных между каналами. Использованиенескольких каналов связи повышает надежность системы передачи данных и втоже время является избыточным с точки зрения эффективного использованиярадиочастотного спектра.МаксимальноерасстояниедляпрямойрадиосвязимеждуБПЛАгражданского назначения и НПУ на сегодняшний день, как правило, составляетне более 100 км. В случае необходимости передачи командно-телеметрическойсвязи на большие расстояния используется спутниковый канал связи.В последнее время перспективным направление в развитии систем связиявляется использование частотного диапазона более 5 ГГц.

Применение такихсистем позволяет передавать информацию полезной нагрузки большого объема врежиме реального времени. Единственным недостатком такой системы являетсясильная зависимость от условий распространения электромагнитных волн отпогодных условий и влияния многолучевости.Рассмотрим возможные ситуации взаимного расположения БПЛА и НПУ,рисунок 1.2. При этом область воздушного пространства можно условноразделить на зону освещенности, зону полутени и зону тени. Зона полутени (в нейнаходится БПЛА №1) является переходной между зоной освещенности (БПЛА№2), в которой еще возможен уверенный прием, и зоной тени, прием в которойможет быть осуществлен только благодаря дифракции сигнала вокруг земногошара.[ 22,69,118]34Рисунок 1.2 – Зоны воздушного пространстваАнализ рассмотренных способов управления беспилотными летательнымиаппаратами в режиме реального времени и радиоканалов для разных классов БЛАпозволяет систематизировать и отобразить все существующие линии связи БЛА соконечными системами, рисунок 1.3.Канал связиНаземныйпунктуправленияСредства связиАРМ оператораРисунок 1.3 – Способ управления беспилотным летательным аппаратомТаким образом, электромагнитные воздействия, в частности СКИ ЭМИ,могут влиять на работоспособность системы управления БЛА на каждый из этих35каналовсвязи.Внастоящеевремяведутсяработыдляобеспеченияпомехоустойчивого сигнала в условиях воздействия ЭМВ.[75,90,93]1.3.5 Анализ телекоммуникационной системы управления современныхлетательных аппаратовДалее рассмотрим случай при непосредственном облучении БЛАсредствами генерации СКИ ЭМИ.ПриизлученииБЛАпреднамереннымиэлектромагнитнымивоздействиями, помехи, достигая корпуса летательного аппарата, проникают в еговнутреннее пространство, через апертуры конструкции корпуса и через кабели,соединяющеебортовоерадиоэлектронноеоборудование.Такимобразом,необходимо детально рассмотреть состав БРЭО и режимы его работы.

Процесспроникновения и распространения СКИ ЭМИ в БЛА рассмотрен на рисунке 1.4. [34]Вкачествеуправляющейаппаратуры,какправило,используютсяспециализированные вычислители на базе цифровых сигнальных процессоровили компьютеры формата PC/104, MicroPC под управлением операционныхсистем реального времени (QNX, VME, VxWorks, XOberon).

Программноеобеспечение пишется обычно на языках высокого уровня, таких как Си, Си++,Модула-2, Оберон SA или Ада95.[58]Для передачи на пункт управления видеоданных, полученных с бортовыхсенсоров, в составе БЛА имеется радиопередатчик, обеспечивающий радиосвязь сприемным оборудованием. В зависимости от формата изображений и степени ихсжатия пропускная способность цифровых радиолиний передачи данных можетсоставлять единицы-сотни Мбит/с.

Кроме того, в состав бортовых радиосредствБПЛА должны входить приемник команд управления, а также передатчикслужебной (телеметрической) информации.[119]36Источник СКИ ЭМИРаспространение в среде между средствомгенерации и БЛАПроникновение через корпус БПЛАРаспространение во внутреннем пространствеконструкции БПЛАПроникновение через экраны кабелей и корпусабортового радиоэлектронного оборудованияИндуцирование кондуктивных помех вэлектрических цепях элементов и устройств БРЭОРаспространение по электрическим цепямВоздействие на полупроводниковые приборы иэлектронные микросхемыРисунок 1.4 – Процесс распространение электромагнитных помех вовнутреннее пространство летательного аппарата.В связи с тем, что СКИ ЭМИ обладает такими особенностями каксверхширокополосностьисопоставимостьсигналасрабочимсигналомустройства, самой чувствительной системой БЛА к данному излучению являетсятелекоммуникационная система, обеспечивающая обмен данными как локальномежду БРЭО, так и с наземным пунктом управления.Телекоммуникационная система, обеспечивающая функционированиеуправляющих систем управлением БЛА, состоит из устройств, между которымиосуществляется обмен информацией по специальным протоколам.

[56]37Системные шины являются эффективными средствами обмена даннымимежду различными бортовыми устройствами системы управления БПЛА. Всешины состоят из двух частей - шины адреса и шины данных. Шина данныхпередает фактические данные, тогда как информация адреса, передается в шине втом направлении, куда эти данные должны дойти. На шине данных летательногоаппарата, эти две части, включены в пределах одного слова данных. Шина можетбыть либо последовательной или параллельной.

Последовательная шина требуетменьше электропроводки, но работает медленнее. Параллельная шина требуетодин провод для каждого бита в слове данных, но передача происходит намногобыстрее. В системах шин данных летательных аппаратов, рисунок 1.5,используется параллельная передача данных, потому что она сводит к минимумуразмер и вес кабеля летательного аппарата. [66,100,109] С таким большимколичеством устройств в системе управления, современные БПЛА требуютзначительное количество кабелей. Кабели летательного аппарата составляетзначительную долю веса общего веса.

Применение мультиплексированияпозволяет связать все подсистемы только с одним комплектом проводов.Мультиплексирование имеет ряд преимуществ:• Снижение веса• Легко• Стандартизация• ГибкостьМультиплексирование упрощает передачу информации в потоке данных.Это позволяет осуществлять передачу нескольких источников сигнала в однойтелекоммуникационной системе.Рассмотрим авиационные протоколы обмена данными и их сравнительныехарактеристики, таблица 1.1.38Рисунок 1.5 – Пример распределения телекоммуникационной системы впространстве летательного аппаратаВ проектировании систем управления БПЛА уделяют большое вниманиенадежной и своевременной передачи информации, на сегодняшнее времянаиболеераспространеннымипротоколамишиныданныхдлятелекоммуникационной системы являются: ARINC 429, ARINC 629, MIL-STD1553, MIL-STD 1773, а также может быть использован IEEE 1394.

[99]Т а б л и ц а 1.1 – Сравнительная характеристика авиационных протоколов ARINC426, ARINC 629, 1553, 1773 и IEEE 1394ОсобенностиГодизготовленияАрхитектурашиныПортыARINC 4291977ARINC 629199515531973Симплекс- Мультиплекси Мультиплексиная точка- -рованиес рованиесточкавременнымвременнымразделениемразделениемый211ый стандартный,стандартный, 2ой2ойнеобязательныйнеобязательный17731979IEEE 1394b2002Мультиплекси точка-точка-рованиесвременнымразделением1ыйстандартный, 42ойнеобязательный39Продолжение таблицы 1.1ОсобенностиПроводаARINC 429Экранированная витаяпараARINC 62915531773Неэкранирова Экранированная оптоволокноннаявитая витая пара впаразащитнойоболочкеКодированиеБиполярноевозвращение к нулю12.5 or 100kbit/sБиполярная,дублетыМанчестера2 MbpsМанчестер IIМанчестер II1 Mbps1 Mbps800 Mbps и1600 Mbps12.0, 12.5,14.5 or 100кГцот 1 мс до10 с, (навыбор)2 МГц1 МГц1 МГц24,5760 МГцот 1 мс до 10 с,частотаобновленияотображаютсямгновенно,минимальноеилимаксимальноезначение4 мкс - междусообщениями,сгенерированныхконтроллеромшины,от 4 до 12 мкс паузапередотправкой словаиответноесообщениеПослеотправки0,75 мсожидаетсяподтверждение.Интервал покрайней мере1 мсотделяетпакеты.Четыренаправления:периодический трафик,экстренныйапериодический трафик, неэкстренныйапериодический трафик(отставание,новый)Логическая 1(+импульс);Логический 0(-импульс)4 мкс - междусообщениями,сгенерированныхконтроллеромшины,от 4 до 12 мкс- пауза передотправкойсловаиответноесообщениеЛогическая 1(включено);Логический 0(выключено)СкоростьпередачиданныхЧастота шиныОбновлениесловаПрогнозирован Триие направлений направления:логический0,логическая1 и НульIEEE 1394bоптоволокно,пластик - длякабелядлинойдо50м, а стекло- для кабелядлинойдо100 м.NRZкодированиеАсинхронныйиизохронный40Продолжение таблицы 1.1Побитовое сравнениеОсобенности ARINC 429Бит данных 11-29ARINC 6294-1915534-1917734-19IEEE 1394b0-314-бит код транзакцииопределяетформатпакета и транзакциядолжнавыполнитьтакие действия как,написатьзапрос,чтобы написать ответ,запрос на чтение, ичтение ответа.

Кодполя транзакции такжеуказывает, является литрафик асинхроннымили изохроннымБит № 32 - CRCБиты от 1 до Биты (1-8)8для меткиПервые три1-3бита связаны тактовыйс временной сигналсинхронизацией слова1-3тактовыйсигналЧетный битБит № 20Бит № 20Бит № 32Электрические6,5-13ВхарактеристикиБит № 201,5А8-40 В18-27 ВИсходя из вышеперечисленного, помехи СКИ ЭМИ наводятся втелекоммуникационной системе в основном на входные и выходные сигнальныелинии и шины питания. Наведенные помехи зависят от свойств устройств ТКС,рабочих сигналов и электрических характеристик.Проведенныйтелекоммуникационнойанализсистемыпоказалнеобходимостьуправлениябеспилотноготестированиялетательногоаппараты при условии воздействия СКИ ЭМИ.Решение задачи оценки влияния СК ЭМИ на функционированиебеспилотного летательного аппарата в целом методами математическогомоделирования на сегодня не представляется возможным ввиду отсутствиясоответствующего методического аппарата.

При этом анализ численных методоврешения таких задач показывает невозможность получения достоверныхрасчетных результатов. [77,112,113]41В настоящее время наиболее перспективным методом оценки влияния СКЭМИ на функционирование многофункциональных информационныхсредствявляется экспериментальный метод, позволяющий с определенной точностьюоценить критические уровни воздействия на такие аппараты, к которым относитсябеспилотные летательные аппараты.Необходимым условием для оценки устойчивости БЛА к воздействию СКЭМИ, особенно на этапе полетных испытаний, является наличие такого средстватестирования, которое бы обеспечивало удобство использования и основывалосьна анализе работы БЛА в целом для выведения луча СК ЭМИ на исследуемыйобъект с оптимальными параметрами излучения.Рассмотримсуществующиенормативныедокументыиметодытестирования устойчивости к воздействию преднамеренных электромагнитныхизлучений.1.4 Анализ стандартов по испытаниям на воздействие ПД ЭМВ в России иза рубежомНа всех этапах жизненного цикла к телекоммуникационной системеуправления предъявляются следующие требования:- требования к электромагнитной обстановке;- требования к системе;- требования к устройству;- тестирование системы;- обслуживание- модификация.Электромагнитные воздействия должны учитываться на всем жизненномцикле системы управления БЛА.Рассмотримсуществующиеметодытестированиялетательных аппаратов и его бортового оборудования.устойчивости42Электромагнитная устойчивость – особенность объекта, которая вызываетухудшение качества его функционирования или соотносится с неспособностьювыполнить требуемую задачу в рабочей электромагнитной обстановке [29,30]Международнаяактивнуюработупоэлектротехническаясозданиюрядакомиссияновых(МЭК)организоваластандартов,связанныхсисследованиями преднамеренных электромагнитных воздействий.В настоящее время ТК 77 «Электромагнитная совместимость» иподкомитет SC 77C «Переходные явления большой энергии» занимаютсяразработкойстандартовпоэлектротехникеиэлектронике,проблемамистандартизации в области воздействия электромагнитных явлений большойэнергии.