Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 9

Не допускается ухудшениерабочих характеристик ниже нормативного допустимого уровня, установленногоизготовителем.Критерий устойчивости функционирования БПосле прекращения преднамеренного электромагнитного воздействия,ТКС и ее устройства системы управления БПЛА должны продолжатьфункционировать в соответствии с назначением без вмешательства оператора. Недопускается ухудшение рабочих характеристик допустимых нормированных56уровней.

Нормируемый уровень рабочих характеристик ТКС может быть заменендопустимыми потерями качества функционирования.Критерий устойчивости функционирования ВВ период преднамеренного электромагнитного воздействия допускаетсянезначительноеухудшениерабочиххарактеристикспоследующимвосстановлением их до нормального уровня без вмешательства оператора, неприводящие к отказу одного из устройств ТКС. Однако не допускаетсяпрекращение выполнения установленной функции или изменения хранимыхданных после тестирования.Критерий устойчивости функционирования ГПрекращение выполнения ТКС установленной функции, приводящая котказу ТКС или одного из ее устройств, даже если она может быть восстановленас помощью операций управления, выполняемых оператором в соответствии стехнической документацией.2.3 Оценка критериев отказа устойчивого функционированиябеспилотного летательного аппарата в условиях воздействия СКИ ЭМИДля того чтобы сделать выводы о степени устойчивости при тестированииТКС управления беспилотного летательного аппарата во время воздействиясверхкороткого электромагнитного излучения необходимо определить критерииработоспособности БЛА или критерии отказа, для четкого выявления когда онспособен выполнять свою задачу и функционировать в заданных условиях, акогда нет.

А также установление соответствующего некоторого граничногозначения характеристики излучения СКИ ЭМИ, еще не приводящего к отказуПод отказом понимается любое отклонение функционирования БЛА отзаданной программы, т.е. отказ узла или элемента, приводящий к прекращениюего функционирования, выдачи ложной команды, сбою, несанкционированномусрабатываниюиэлектрическомупробою(дажекратковременный).57Определяющей причиной отказов БЛА при электромагнитном воздействииявляются токи и напряжения, наводимые в их цепях [43,44,79].К отказу всего рассматриваемого беспилотного летательного аппарата внормальной электромагнитной обстановке приводит отказ одной из следующихсистем, рисунок 2.4:1) спутниково – навигационное устройство;2) система датчиков;3) исполнительная система;4) автоматизированная система управления.Как видно из рисунка 2.4, повышенные требования к отказоустойчивостипредъявляютсякоборудованиюБЛА,осуществляющемунавигациюисамолетовождение, обеспечивающему режимы ручной посадки (если этонеобходимо), к сервоприводам и обеспечивает надежность комплекса БЛА вцелом.

Выход из строя любой указанной системы приводит к прекращениювыполнения летного задания и возврату ЛА на базу. Если же это невозможно,срабатывает САС и происходит выброс парашюта.1234Рисунок 2.4 – Структурная схема безотказной работы БЛАПри выходе из строя остального оборудования решение о дальнейшихдействиях принимается управляющим персоналом комплекса.

Взаимодействиевсего бортового оборудования осуществляется посредством управляющихинтерфейсов.Чем меньше мощность электрических сигналов, используемых прифункционировании объекта, тем больше он подвержен воздействия СКИ ЭМИ. Вчастности, это можно отнести к электронным устройствам, содержащие58полупроводниковые элементы с рабочим уровнем порядка единицы вольт.[66]Специфика воздействия СКИ ЭМИ состоит в наведении в цифровых схемахкоротких электрических импульсов, по амплитуде и длительности, близким крабочим импульсам.

Соединительные провода плат и межблочные коммуникациивыступают в данном случае в качестве приемных антенн. Наведенные сигналыпри логической обработке принимаются за команды, что нарушает работуцифровых устройств. Что касается аналоговых электронных схем, с большимуровнем сигналов, то наведенный под воздействием СКИ ЭМИ короткий сигнал,как правило, интегрируется в ее цепях и амплитуда наведенного напряжениямала. [48,32]Исходя из этого, учитывая рабочие уровни напряжения и токов системэлектроснабжения и сервоприводов беспилотного летательного аппарата можноутверждать, что они являются устойчивыми к воздействию СК ЭМИ.2.4 Исследования особенностей воздействия СКИ ЭМИ нателекоммуникационные системы управления БПЛАСогласно выполняемым функциям и значимости в телекоммуникационнойсистеме наиболее критичным отказом БЛА в условиях преднамеренноговоздействия является отказ автоматизированной системы управления.В основе автоматизированной системы управления лежит обработкаданных датчиков, команд оператора управления и одновременно выполнениетекущей программы полёта установленной до старта.

Также вмешательствооператора, в зависимости от сложившейся оперативной обстановки, в процессуправления полетом и перехода на «ручное» управление в режиме реальноговремени делает ее наиболее уязвимой к СКИ ЭМИ.Автоматизированная система управления, состоящая в основном изэлементов микроэлектроники, является наиболее уязвимой к воздействиюмощного электромагнитного излучения. При выходе ее из строя или выдачи59искаженной информации беспилотный летательный аппарат теряет ориентир иуправление, тем самым не способен выполнить свою задачу.При этом следует иметь в виду, что даже для тех элементов и узлов ТКС,корпусакоторыхмогутвыполнятьрольэлектромагнитныхэкранов,электромагнитные импульсы будут оказывать деструктивное воздействие черезсоединительные линии и разъемы. Таким образом, все виды структурныхкабельных сетей, имеющихся в бортовом комплексе, играют роль коллекторовопасной энергии ЭМИ.

Наведенные в проводниках токи и напряжения могутпривести как к сбою подключенных к проводникам устройств, так и кэлектрическому пробою, если в них имеются чувствительные к перенапряжениюэлементы.[67] Опасность для элементов системы управления представляютсравнительно низкая электрическая прочность и высокая чувствительность кэлектрическим помехам. [70]Исследования [2,4,13,25,32,45,50,60,76] показали, что в общем случаевоздействующими факторами на элементы ТКС при воздействии ЭМИ являются:- электромагнитные поля, проникающие через экраны конструкцийэлементов ЛВС и соединительные разъемы;- импульсные напряжения и токи в печатных платах элементов ТКС,наводимые электромагнитными полями, проникающими через неоднородностикорпусов серверов и маршрутизаторов;- импульсные напряжения и токи, наводимые в цепях «экран-жила»соединительных кабелей и проводов, таких как витая пара.Такимобразом,критериемотказацентральнойплатыявляетсяпревышение допустимых уровней наведенных токов и напряжений подвоздействием сверхкоротких электромагнитных импульсов.Эффективность воздействия СК ЭМИ на элементы системы управлениязависит от многих параметров излучения:- амплитуды напряженности электрического поля;- длительности фронта;- длительности импульса;60- частоты следования импульсов.Для определения ожидаемых критериальных уровней воздействия СКИЭМИ на элементы системы управления, необходимо рассмотреть особенностивлияния некоторых параметров СК ЭМИ.Влияние амплитуды напряженности электрического поля.Все энергетические эффекты воздействия СК ЭМИ пропорциональныквадрату амплитуды.

Результат воздействия, связанный с электрическойпрочностью элементов системы управления, пропорционален амплитуде сигнала.Так как поле излучателя в дальней зоне обратно пропорционально расстоянию, адальнодействиесредствагенерациипрямопропорциональноамплитудеизлучаемого сигнала.Влияние длительности фронта СК ЭМИ.Для импульсного сигнала с фронтом τ верхняя граничная частота егоспектра (на уровне 3 дБ) оценивается из соотношения fгр=0,35/τ. Таким образом,укорочение фронта линейно расширяет спектральную плотность сигнала вобласти высоких частот, расширяя частотный диапазон воздействий.

Например,при τ=100 пс эффективность воздействия излучения распространяется вплоть дочастоты 10 ГГц.Напряженность поля, проникающего через отверстие в корпусе БЛА,пропорциональнапроизводнойотпадающегоСКЭМИ,т.е.обратнопропорциональна длительности фронта. Если говорить о проникающей внутрьэнергии, то она также пропорциональна крутизне фронта.Влияние длительности импульса СК ЭМИ.Изменения логического состояния сигнала наблюдается, когда длительностьсверхкороткоимпульсногоизлучениянамногоменьшепериодатактовыхимпульсов микросхемы устройства [49].Влияние частоты следования импульсов СК ЭМИ.Существенное влияние при информационном воздействии на цеписистемы управления и элементы микроэлектроники, передающие цифровыесигналы имеет частота следования импульсов имеет.

При достаточной частоте61наведенных электрических импульсов в цепях системы управления с уровнем вединицы вольт возрастает вероятность появления ложных сигналов, нарушающихработу системы управления. [48]2.5 Определение минимально допустимых уровней СКИ ЭМИ, влияющихна устойчивость телекоммуникационных устройств системы управленияТестирование объектов является трудоемким и дорогостоящим процессом,для того чтобы сократить время и упростить процесс тестирования ТКСуправления БПЛА необходимо определить минимально допустимые уровни СКИЭМИ, не приводящие к отказу системы и необходимые для начальноготестирования.Согласноисследованиям[2,4,7,11,15-17,23,24,26,27,41.42,46,47,50,51,52,54,57, 62,63,65,67,69] на сегодняшний день была проведена оценка воздействияСК ЭМИ на: бортовые вычислительные машины; микросхемы памяти; каналпередачи данных; сетевое оборудование; элементы системы видеонаблюдения;элементытелекоммуникационныхсистем;цифровыхустройствсэнергонезависимой памятью; передачу цифровых данных по каналу RS-232;локальных вычислительных сетей; параметры структуры металл - диэлектрик проводник и т.д.