Интеграция прецизионного магнитометра с бортовой аппаратурой беспилотного летательного аппарата

Шаршавин П.В.

Cuстемы управления, космическая навигация и связь

току, по аналогии с преобразователями с широтно-импульсной модуляцией и прямоугольной формой токов и напряжений.

Было выяснено, что при использовании преобразователей напряжения рассматриваемого типа в такой системе требования к динамическим свойствам местных обратных связей не применяются, так как при динамическом изменении тока нагрузки распределение тока обеспечивается параметрически за счет высокого выходного сопротивления преобразователя. Распределение выходных токов ячеек ПН сохраняется в течение всего переходного процесса выходного напряжения (рис. 2).

Библиографические ссылки

1. Laszlo B. Paralleling Power - Choosing and Applying the Best Technique for Load Sharing // Texas Instruments App. Note, SLUA146.

2. Abu-Qahouq J. Generalized analysis of softswitching DC-DC converter families : Tech. Rep. / Univ. Central Florida. Orlando, 2000.

3. Abu-Qahouq J., Batarseh I. Unified Steady-State Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters // IEEE Trans. Power Electron. 2002. Vol. 17, № 5. Р. 684-691.

A. Yu. Khoroshko, N. N. Goryashin Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PARALLEL WORK OF SOFT-SWITCHING POWER SUPPLY CELLS

The advantages of soft-switching power supply in compared with conventional switch-mode power supply are reviewed for the case of parallel work with dynamicaly variable load.

Высокое значение выходного сопротивления позволяет организовать параллельную работу таких ПН без применения токовых обратных связей.

а б

Рис. 2. Переходной процесс при ступенчатом изменении

выходного тока: а - при увеличении; б - при уменьшении; /сумм - суммарный выходной ток 2 ячеек ПН рассматриваемого типа, работающих в параллель, 11 12 - выходные токи каждой из ячеек

Однако поскольку требование на точность обеспечения отклонения параметров РК и коэффициента заполнения ШИМ-сигнала у высоко, ПН рассматриваемого типа может также использоваться и совместно с местными обратными связями по постоянному

УДК 621.37

П. В. Шаршавин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ИНТЕГРАЦИЯ ПРЕЦИЗИОННОГО МАГНИТОМЕТРА С БОРТОВОЙ АППАРАТУРОЙ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Рассматриваются проблемы интеграции прецизионных магнитометров с бортовой аппаратурой беспилотного летательного аппарата. Сформулированы требования к устройству интеграции, разработана его функциональная схема. Предложен метод измерения ларморовой частоты магнитометра.

Весьма перспективным приложением беспилотной авиации является геологоразведка. В этой связи возникает задача интеграции геодезической аппаратуры, такой как магнитометр, с бортовой аппаратурой беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

Для интеграции выбран атомный цезиевый магнитометр с оптической накачкой С8-3Ь. Работа магнитометра основана на явлении свободной прецессии магнитных моментов атомов во внешнем магнитном поле (ларморовской прецессии). Выходным сигналом магнитометра является ларморова частота, изменяю-

щаяся в диапазоне 50-370 кГц. Ее зависимость от магнитной индукции определяется следующим соотношением:

/ = У\ В,

где В - магнитная индукция внешнего магнитного поля, нТл; у - гиромагнитное отношение, 3,498 57 Гц/нТл для цезия-133.

Задача интеграции подразделяется на две подзадачи: 1) измерение ларморовой частоты в диапазоне 40-400 кГц с разрешением 0,5 Гц (0,25 нТл при пере-

Решетневскце чтения

счете), с пересчетом в магнитную индукцию, с частотой выдачи отсчетов измерений 10 Гц;

2) организация интерфейсного взаимодействия измерителя с бортовой аппаратурой БПЛА.

В ходе анализа задачи измерения ларморовой частоты выявлен ряд особенностей, не позволяющих построить измеритель по классическим принципам цифрового измерения частоты [1]. В частности, требуемое для данного разрешения время измерения прямым методом (2 с) превышает период выдачи отсчетов измерений (0,1 с) [2]. В связи с этим, разработан метод измерения частоты, позволяющий обойти данное ограничение.

Разработанный метод отличается от метода прямо -го измерения частоты наличием скользящего усреднения измерений частоты на интервале 2 с с дискретностью 0,1 с вместо усреднения без перекрытия. Функциональная схема измерителя вместе с интерфейсным модулем показана на рисунке.

Функциональная схема устройства интеграции магнитометра с бортовой аппаратурой: СТ - счетчик импульсов; ОГ - опорный генератор; ДЧ - делитель частоты; - цифровой элемент задержки; Е - сумматор; БД - буфер данных; МСИ - микроконтроллер; БРОА - программируемая логическая интегральная схема

Измеритель состоит из цифрового частотомера с временем измерения 100 мс, построенного на счетчике

импульсов, сбрасываемых сигналом с выхода делителя частоты опорного генератора; КИХ-фильтра скользящего среднего 20-го порядка [3] на элементах задержки и сумматоре; устройства пересчета значения измеренной частоты в магнитную индукцию на перемножителе на коэффициент, обратный гиромагнитному отношению.

КИХ-фильтр расширяет время измерения частоты до 2 с путем накопления последних 20 отсчетов 100-миллисекундных измерений частотомера и выдает результаты измерений с частотой 10 Гц. Таким образом, достигается требуемое разрешение 0,5 Гц при частоте выдачи отсчетов 10 Гц. Отсчеты измерений частоты пересчитываются в магнитную индукцию и выдаются в интерфейсный модуль.

Измеритель частоты, а также часть интерфейсного модуля реализованы на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Интерфейсный модуль состоит из буфера данных и модуля SPI, физически расположенных внутри ПЛИС, микроконтроллера и преобразователя логических уровней UART/RS-485.

Отсчеты измерений магнитной индукции поступают через буфер данных в модуль SPI, который связан с микроконтроллером через интерфейс SPI. Микроконтроллер организует высокоуровневое интер -фейсное взаимодействие с бортовой аппаратурой посредством реализации байт-ориентированного протокола. Связь модуля с бортовой аппаратурой осуществляется через интерфейс RS-485.

Библиографические ссылки

1. CS-L. Cesium Vapor Magnetometer Sensor: Operation manual [Электронный ресурс] / Scintrex. 2009. URL: http://www.scintrexltd.com/documents/ Scintrex_CS-3BrochurePN762711_0.pdf.

2. Мирский Г. Я. Электронные измерения. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Радио и связь, 1986.

3. Глинченко А. С. Цифровая обработка сигналов : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005.

P. V. Sharshavin Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

PRECISION MAGNETOMETER INTEGRATION WITH ON-BOARD EQUIPMENT

OF UNMANNED AIR VEHICLE

The problems ofprecision magnetometers integration with on-board equipment of unmanned air vehicle (UAV) are considered. The integration device requirements are defined, functional diagram has been developed. The method of magnetometer Larmor frequency measurement are offered.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Шаршавин П. В.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Шаршавин П. В.

PRECISION MAGNETOMETER INTEGRATION WITH ON-BOARD EQUIPMENT OF UNMANNED AIR VEHICLE

Текст научной работы на тему «Интеграция прецизионного магнитометра с бортовой аппаратурой беспилотного летательного аппарата»