Назаров_Конструирование_РЭС (Конструирование Радиоэлектронных Средств), страница 5

Вибро- иударопрочностьконструкцииопределяютсядопустимымиперегрузками при вибрациях и ударах, которые может выдержатьконструкция без разрушения связей между элементами. Для тогочтобы эти свойства были обеспечены, необходимо, чтобы реальновозникающие в тех или иных условиях эксплуатации перегрузки непревышали предельно допустимые для конкретной конструкции.1.2. Системный подход к конструированию РЭСВ общем смысле «система — нечто целое, представляющее собойединство закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи частей» [1].

При создании той или иной системы(информационной, энергетической, организационной, общественно'й,образования и др.) необходимо руководствоваться двумя основнымиправилами:1) выявлять и устанавливать взаимные связи субъектов системы исреды во всей их совокупности, т.е. как внутренние (между субъектами), так и внешние (между ними и средой существования);2) вырабатывать требования на связи, качество и объем функцийподсистем (субъектов) таким образом, чтобы они улучшали качество ифункционирование системы в целом. В противном случае «получитьоптимальную систему из всех оптимальных подсистем невозможно»,т.е. нужны компромиссы в выборе решений.Метод оптимального решения задачи проектирования систем, основанный на всестороннем целостном рассмотрении системы и ее изменении в процессе взаимодействия со средой, называется системным подходом.

Каждый субъект системы является частью системы высшегоранга («большой системы»), но в то же время он может быть и большойсистемой для подсистем низшего ранга, т.е. существует системнаяиерархия. Кроме того, на разработку каждого субъекта системы задаются требования, определяемые требованиями системы высшего ранга,а требования на сам субъект определяют требования на разработку подсистем низшего ранга. Эти требования в общем случае представляютсобой группу данных Д , состоящую из определенных подгрупп. Применительно к РЭС покажем это на примере бортовых РЭС IV поколениясамолета.

На рис. 1.1 показана системная иерархия самолета [2]. Здесьуровни иерархии и их звенья (субъекты) разбиты по функциональнойзначимости решаемых задач, обеспечивающих выполнение основнойцелевой функции самолета и основных функций подсистем низшего24Рис. 1.1. Системная иерархия самолетаранга. Каждый уровень иерархиии имеет свое обозначение Sl, игруппу данных ДJ, где l= 0,1,2,3,...

— уровень иерархии, начиная снулевого,соответствующего элементной базе РЭС. Следуетотметить, что уровни представленной системы не являютсяуровнями иерархии РЭС по функциональной или конструктивнойсложности, так как они отражают не столько конструкции (которыемогут быть выполнены разновариантными), сколько те задачи (вомногом совпадающие с делением по функциональной сложности),которые должен выполнять каждый субъект системы. Например,планер надо рассматривать не как конструкцию моноплана сдвигателями, а как устройство, обеспечивающее полет в атмосфереи несущее основание всех остальных частей самолета. Группаданных l-ro уровня иерархии состоит из совокупности дан25ныхнакаждоеj-e звено этого уровня, т.е.Дl = {Д 1l. Д 2l, .....

Д jl ,,..., Д kl}, где k— число звеньев 1-го уровня. Всвою очередь группа данных Д jl может быть разбита на четыре подгруппы: условия У, ограничения на структуру и параметрыпроектируемой системы ОS , показатели качества системы К иограничения на показатели качества Ок [6].К условиям работы системы относятся характеристики полезныхсообщений и сигналов, возможных помех, условия эксплуатации.К ограничениям на структуру и параметры системы относятсяограничения класса систем, числа каналов, вида элементной базы,метода конструирования и т.п.В группе К = {К1,К2, ...,К,., ...,Кm } представлена совокупностьчастных показателей качества или числовых характеристиксистемы, которые связаны с ее качеством строго монотоннойзависимостью: чем больше (меньше) К i, тем лучше система припрочих равных условияхОграничения ОK , накладываемые на величины показателейкачества К1,..., К m , могут быть следующих типов: равенстваКi = Кi0, неравенства К<> Кi доп .

и связи Фi, (К1,...',Кm ) ≤ 0.'Система S, удовлетворяющая совокупности {У, О S }, называетсядопустимой, и таких систем может быть множество. Система,удовлетворяющая совокупности {У, ОS , ОK }, называется строгодопустимой.Их тоже может быть множество, но меньшее, чем первых. Наконец,система, обладающая наилучшим (наименьшим или наибольшим)значением вектора показателей качества К при всех остальныхтребованиях,считается оптимальной. Для ее выбора необходимовыбрать критерий оптимальности (или критерий предпочтения), т.е.выбрать, какое значение вектора К (или представление его вскалярной форме Кi) считать лучшим.Разработка системы данных на тот или иной субъект системыразбивается на внешнее и внутреннее проектирования.

Под внешнимпроектированием понимают обоснование исходных данных насубъект системы: условий работы субъекта, ограничений,накладываемых на структуру, состав показателей качества,ипредъявляемых к ним требований. На этапе внутреннегопроектирования вначале определяют принципы построениясубъекта системы, его деление на подсистемы низшегоранга, разрабатывают исходные данные на них, далее проводятвыбор элементной базы и синтез (оптимизацию по критериюпредпочтения)26конструкции.Последовательноерешение этих задач на разныхуровнях (с верхнего до нижнего)называется сквозным проектированием РЭС. На рис. 1.2 показанпример сквозного проектированиябортовой РЛС, построенной намикросборках.

Тактические данныена самолет (L — дальность полета,v — скорость самолета) определяют исходные данные на разработку РЛС (R — дальность обнаружения, m РЛС — масса РЛС). Всвою очередь, эти выходные данные определяют исходные данныена МСБ приемно-усилительноготракта (ПУТ) (Q — отношение«сигнал/ шум», РШ — плотностьмощности шума приемника, К —коэффициент усиления, m пут —Рис. 1.2. Примеро сквозногомасса тракта и др.).

Далее от внешпроектирования бортовой РЛСних данных переходят к внутренним (fПР- промежуточная частота ПУТ,∆f— его полоса пропускания,АЧХ — амплитудно-частотная характеристика и ЭЗ — электрическаяпринципиальная схема). На нулевом уровне выбирается по критериюпредпочтения элементная база (ИС, ЭРЭ), материал подложки ипроводится расчет топологии МСБ.Может быть предложен следующий порядок оптимального проектирования на уровне радиоустройства [7]:1) совокупность исходных данных Д = { Д 1,..., Дl} разделяется наподгруппы: У = {У1!,...,Уk.} , ОS = {OS1 ..... ОSr} , K = {K1, ...,Km},Oк={Ok1………Okn};2) исходя из назначения устройства (данные подгруппы У)составляется его математическая модель в виде связывающей основныеэнергоинформационные характеристики функции F{K1, ...,Km}, которая вслучае затруднений может быть частично или полностью замененаупорядоченной совокупностью показателей качества К;3) составляется электрическая структурная'схема устройства;4) для выбранной (или заданной) элементной базы и метода конструирования определяются коэффициенты k, устанавливающие связьс ним27между функциональными и материальными характеристикамиустройства, и рассчитывается значение критерия предпочтения(одного из наиболее критичных материальных параметров):K = klKl+k2K2+...+kmKm;5) проводится проверка на допустимость значений другихматериальных параметров устройства: если, например, в качестве Кбыла выбрана масса устройства, то проверке подлежат объемустройства V, стоимость С, один из показателей надежности(интенсивность отказов Λ ),тепловая напряженность Р уд.расс.;пересчет функциональных параметров К 1, К 2,..., К m в названныематериальные производится с помощью удельных коэффициентовобъема kV, стоимости k с и т.д.;6) удельные коэффициенты определяются расчетным путем длясуществующих типовых конструкций аналогичного назначенияили берутся из справочных данных;7) если величина К не удовлетворяет заданным требованиям илине выполняется одно из неравенств V≤ VДОП, С ≥ СДОП , Λ ≥ Λ ДОП атакже если имеется возможность улучшения (минимизации) К, тоизменяют структурную схему устройства или значенияпоказателей качества в пределах ограничений OS и ОK или жепересматривают элементную базу с целью уменьшениякоэффициентов ki .

для критичных функциональных параметров К i ;8) окончательное решение о правильности структурногопостроения устройства принимают после проверки качества покомплексному показателю (разд. 1.1).Пример 1.2. Требуется провести оптимальное конструированиеприемопередающего устройства РЛС самолета.1. Составление перечня исходных данныхПодгруппа данных У, определяющих назначение устройства ивоздействия внешней среды: назначение — авиационная техника(самолет с дальностью полета L и скоростью v); тип устройства —приемопередающее устройство РЛС для обнаружения целей поскорости.Подгруппа структурных ограничений OS : зондирующий сигналпередатчика РЛС — непрерывный (или квазинепрерывный);отраженный от цели сигнал — медленно флуктуирующий;направление на цель известно; приемопередатчик должен частичноили полностью выполняться на микросборках; должнарассматриватьсявозможностьиспользованияпринципамногоканальности.28Установленыиобоснованыследующиеисходныеэнергоинформационные данные: R — дальность обнаружения цели;σ — эффективная поверхность рассеяния цели;f 0 — несущая частотапередатчика; fПР — промежуточная частота приемника; ΔV ц —пределы измерения радиальной скорости цели; Q — отношениесигнал/шум; РШ 0 — плотность мощности шума приемника; ТОБЗ —время обзора по скорости; L пот потери сигнала вприемопередатчике; КУ — коэффициент усиления напряжения вприемнике; m ПРМ — масса приемника.Показатели качества (подгруппа К) — функциональныепараметры:.РИЗЛ — мощность излучения передатчика, N — числоприемных каналов; материальные параметры: m рлс — массаприемопередатчика; Λ его интенсивность отказов.Ограничения напоказатели качества (подгруппа О к ):P=Pдоп , m≤m доп ,Λ ≤ Λ допгде первые части неравенств представляют собой допустимыезначения функциональных и материальных параметров.

Будемсчитать, чтоP доп = 100 Вт, m доп =5 кг , Λдоп=10-4 1/ч2. Формирование математической модели приемопередатчикаНа основании общего уравнения радиолокации устанавливаемсвязьмежду OS и К:Q=PTобзS A2 LпотσPш0 4πR 4 λ2где S A — площадь поверхности антенны приемопередатчика; λ, —дли-на волны.При одноканальной структуре приемопередатчика ширинаполосы приемника∆FФ = ∆FЦ =2πf0∆VЦC0где с 0 — скорость света; ΔFЦ — диапазон доплеровских частот, анеобходимое время обзора составит TОБЗ= 1/ΔFЦ = 1/ΔFФ .29При многоканальной структуре приемопередатчика предусматриваются N параллельно включенных приемных каналов с более узкими полосами ΔFФкПоэтому возможное время пребывания сигнала в каждом из каналов(время наблюдения) Tнаб= 1/ΔFфк, время обзора Тобз = N Тнаб =N∆FФкПосле введения (1.5) и решения уравнения модели относительнопоказателей качества приемопередатчика окончательно получимPш 0 ∆FФк 4πR 4 λ 2PN = Q 2σS A L ПОТПо условиям задачи правая часть является постоянной величинойPN=A = const.В дальнейшем будем считать, что А = 100 Вт.3.