Диссертация (Разработка и исследование энергоэффективных радиоохранных устройств для автотранспортных средств), страница 4

Расширенная функциональностьобеспечивает взаимодействие с ГНСС и GSM сетями; отслеживание положениятранспортного средства на местности, его перемещение; дублирование связи повыделенному каналу посредством технологии SMS и GPRS; реализациюдополнительныхфункций.Этипреимуществаприводяткувеличениюэнергопотребления и габаритов системы, а также трудоемкости процессаустановки.Тренд унификации [119] следует, в первую очередь, из применения припроектировании бортовой радиоохранной системы широко распространенной нарынкеэлементнойбазы(микросхемы,датчики)ииспользованиястандартизованных интерфейсов сопряжения между компонентами (CAN, UART,I2C, SPI и пр.) [98], а также и протоколов передачи данных (NMEA, GPRS).Тенденция реализации функционала в едином модуле (одномодульность)заключается в стремлении к максимальной конструктивной интеграции составныхузлов бортовой радиоохранной системы на одном печатном узле в одном корпусе.На сегодняшний день в один модуль центрального блока управления могут бытьполностью интегрированы GSM модем и навигационный приемник, а такженекоторые исполнительные устройства (Рисунок 4).20Рисунок 4 - Тенденция реализация функционала в едином модулеТакая конструктивная интеграция ведет к минимизации избыточностиэлементной базы, энергопотребления и габаритов конечного изделия, а также кэффективности скрытой установки.Тренд снижения энергопотребления бортовой радиоохранной системыобусловлен требованиями к увеличению времени её автономной работы приограниченном ресурсе автомобильного аккумулятора, заряд которого составляет всреднем десятки Ач при напряжении 12 В.

Снижение энергопотребления можетдостигаться как за счет использования малопотребляющей элементной базы, так иза счет энергоэффективных алгоритмов работы устройства [96,119].Тенденции уменьшение габаритов, веса и снижения стоимости, в принципе,совпадают с трендами для всей элементной базы, печатных узлов ирадиоэлектронных изделий [57]. Сегодняшние массогабаритные показатели неявляются критичными, но стоимость бортовой радиоохранной системы срасширенной функциональностью может быть пока не рассчитана на массовогопотребителя.Кроме того, наблюдается тенденция сокращения сроков проектирования засчет применения мощных САПР [43], накапливаемого опыта проектных решений,ускорения процессов изготовления макетного и опытного образцов, и серийноговыпуска на рынок готовых изделий.21Таким образом, из исторической ретроспективы радиоохранных систем иобзора патентов США видно, что основной тренд [89] развития начиная с 1990года совпадает с трендом развития телекоммуникационных и компьютерныхтехнологий,чтоподтверждаетсяпереходомотпейджинговыхиспециализированных локальных радиоохранных технологий к глобальным, такимкак использование ГНСС, GSM и взаимодействия с сетью Интернет.1.3 Спектр возмущающих факторов, влияющих на радиоохранные системыОсновными из возмущающих факторов, которые могут непосредственновлиять на функционирование радиоохранной системы автомобиля, являютсяэлектромагнитные помехи (ЭМП), температурные и механические воздействия.При выходе данных воздействий за пределы, нормированные стандартами идокументацией на ЭРЭ возможно ухудшение функциональных характеристикрадиоохранных систем, вплоть до физического повреждения аппаратуры.

Еслимеханические и температурные воздействия можно предсказать и оценить вконкретном регионе эксплуатации или на конкретном автомобиле и они не сильноизменяются с течением времени, то с ЭМП ситуация обстоит иначе. Их природавозникновенияможетбытьдостаточнавозникновенияих можно разделить на естественные и искусственные.ЕстественнойЭМПявляется,разнообразна[47].например,Поэлектромагнитныйисточникуимпульс,возникающий при ударе молнии во время грозы. Такие ЭМП существуют иизвестны очень давно, а следовательно разработаны меры и решения для защитыот данного класса ЭМП и их воздействий. Намного сложнее обстоит ситуация сискусственными ЭМП.

Расширение частотного спектра данных ЭМП растетнепрерывно и с годами ситуация только ухудшается. К источникам таких помехотносятся, прежде всего, передающие устройства радиосвязи, а также аппаратура,22использующая цепи питания для передачи информации. Уже на текущий моментрадиочастотный спектр сильно перегружен и жестко распределен междуразличными службами и стандартами связи, которые они используют (Рисунок 5).Стоит отметить и возникновение искусственных ЭМП преднамеренногохарактера, которые могут быть специально направлены на вывод охраннойсистемы из строя.В России вопросами частотного распределения занимается Государственнаякомиссия по радиочастотам (ГКРЧ).

ГКРЧ обладает всей полнотой полномочий вобласти регулирования радиочастотного спектра и отвечает за формированиегосударственной политики в области его распределения и использования. Толькона основании решений ГКРЧ можно уже оценить обширность спектра частотэлектромагнитных воздействий, который составляет от 100 МГц до 5500 МГц.Данным частотным воздействиям может быть подвержено транспортное средство,так как оно преимущественно находится в движении, а значит постоянноменяется и окружающая обстановка.Использованиерадиочастотногоспектразарегистрированнымипередатчиками становится все более интенсивным (радиовещание, морские иавиационные радиосредства, радары и мобильные передатчики).

Частотаиспользуемых передатчиков меняется от 10 кГц в длинноволновом диапазоне догигагерц у радаров, мобильных телефонов и т.п. Напряженность создаваемогоэлектрического и магнитного полей зависит от мощности передатчика ирасстояния до него. Так, слабый близкорасположенный источник (например,сотовый телефон) может создавать большее поле, чем удаленный мощныйпередатчик(например,функциональныеаэродромныйхарактеристикирадар)исущественнорадиоохранныхухудшатьсистем.Рисунок 5 – Распределение радиочастот в России1.4Традиционные подходы к проектирования радиоохранных системИсходя из проведенного анализа запатентованных решений ивыявленных тенденций развития бортовых радиоохранных систем, кметодам, относящимся к рассматриваемой предметной области, относятсяпринципы и подходы проектирования, которые позволяют создаватьмногофункциональныерадиоэлектронныеителекоммуникационныеэлектронные модули на основе имеющейся на рынке элементной базы, незатрагивая вопросы её проектирования.Основой классификации таких методов являются следующие признаки:применимость метода к одному или большему числу решаемыхустройством функций (передачи данных, управления, навигации);учет методом различных видов внешних воздействий (климатических,механических и пр.) на проектируемую систему в процессе ее последующейэксплуатации.Анализ литературных источников [62,9, 6] позволил выделить переченьосновныхметодовпроектирования,удовлетворяющимвведеннымограничениям (проектирование на основе существующих электронныхкомпонентов).

Рисунок 6 иллюстрирует типологию и взаимосвязь методовпроектированиявсоответствиисуказаннымиклассификационнымипризнаками.Методы можно классифицировать как по назначению, так и по видувоздействий на проектируемый объект. Заметим, что все перечисленныеметоды являются итеративными, т.е. в соответствии с требованиями ТЗ занесколько итераций создается проектируемый объект. Кроме того, рядметодовсвязанымеждутелекоммуникационныхсобой,системнапример,методыподразумеваютпроектированияиспользование25вычислительныхсетейпроектированиясистемиинформационнойуправлениярегистрации данных от датчиков изачастуюподдержки,азатрагиваютметодывопросыих обработку микропроцессорныммодулем.Ниже будут рассмотрены краткие характеристики перечисленныхметодов, а также выполнен анализ их применимости к проектированиюбортовой радиоохранной системы с расширенным функционалом.Рисунок 6 - Классификация методов проектирования радиоохранных исвязанных с ними системМетоды проектирования охранных систем основаны на общихтребованиях охраны объекта, учитывают виды возможных угроз, атак,включают в себя технологии и рекомендации защиты от них.

Результатомметодов являются: технические средства охраны, выполняющие одну илинесколькозадачохраны;пассивныетехническиесредствазащиты,26затрудняющие действия нарушителя; активные технические средствавоздействия, не позволяющие ему действовать [62].Методы проектирования бортовой аппаратуры в первую очередьориентированы на обеспечение высокой надежности, учитывают классаппаратуры (наземная, морская, авиационная, космическая, подводная),условия эксплуатации и внутреннюю электронику подвижного объекта [59,6].Методыориентированыпроектированиянасистемныерадиотехническихпроблемысистемсоздания[97],сложныхрадиотехнических комплексов, теоретические основы анализа и синтезаоптимальных систем, энергетические расчеты радиоканалов передачи иизвлечения информации в различных диапазонах частот и т.п.Методы проектирования систем телекоммуникаций [76] с учетомфункционала, типа организации каналов, и территориального масштабаформируют телекоммуникационную сеть и проводят оптимизацию решенийпри ее проектировании и организации технической эксплуатации.Методы проектирования радиомодулей [36] и модулей [33] приемасигналов ГНСучитывают особенности систем автоматизированногопроектирования в решении задач схемотехнического проектирования,математические модели компонентов радиоэлектронных устройств, способыввода описания электрической схемы и топологии печатной платы.