CC BY
12
|G|, абс. ед.
-пас. помеха
! i — цель 1
____■:___:____l____
. 1 I-. 1
Рисунок 13 - Модуль амплитуды 8( г) на выходе цифровой системы компенсации НИП (при реальной компенсации НИП)
Представленные на рис. 13 модули амплитуды сигнала Б( г) свидетельствуют о высокой эффективности работы ЦСК НИП: импульсная помеха подавлена полностью, а значения когерентно накопленных амплитуд пассивной помехи и цели в соответствующих фильтрах ДПФ после компенсации входного сигнала изменились весьма незначительно (менее 1%). Уровень шумов в фильтрах № 3, 5 и 7 несущественно возрос, а в фильтрах № 2, 3 и 6 - несущественно уменьшился.
ВЫВОДЫ
Математическое моделирование показало, что ЦСК НИП [1] позволяет весьма успешно бороться с одиночной НИП в одном дискрете дальности. Но в реальной сигнально-помеховой обстановке не исключена возможность попадания импульсных помех в один элемент разрешения по дальности несколько раз за пачку, поэтому дальнейшие работы по увеличению помехозащищён-
ности РЛС от импульсных помех необходимо вести в направлении создания средств защиты для случая присутствия нескольких НИП в одном дискрете дальности.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Часовский В.А., Чернобородова Н.П., Чернобородое М.П., Пиза Д.М Цифровая система компенсации несинхронных импульсных помех//Радюавтоматика i управлшня. - 2003. - №1. - С. 34-38.
2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, часть II, М., Сов. радио, 1967. - 328 с.
3. Бакулев П.А., Стёпин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей. - М.: Радио и связь, 1986. - 288 с., ил.
4. Патент Украши № 56651 А, кл. G01S 7/36, H04B 15/00, 2003 р., "Пристрш для визначення середнього рiвня шуму за його веками", Чорнобородова Н.П., Чорно-бородов М. П.
Надшшла 04.09.2003 Шсля доробки 18.11.2003
Методом математичного моделювання проанал1зовано алгоритм обробки радюлокацтноЧ iнформаци, що надхо-дить на exid когерентно-iмпyльcно'i радюлокацтноЧ станцп (РЛС), який дозволяе провести виявлення й компенсацт несинхронноЧ iмпyльcно'i завади (HI3) за тдсумками аналiзy даних одного (основного) каналу прийому РЛС в одному елементi розрiзнення за дальтстю. Показано високу ефективтсть цифровой. системи компенсацп HI3, реалiзовано'i на цьому алгоритмi.
An algorithm of processing the radar data arriving at an input of the coherent pulse radar has been analyzed by a method of mathematic modelling. This algorithm allows to detect and compensate asyn-chronous pulse jumming upon results of the data analysis of one (main) receive channel of the radar in the one range bin. High efficiency of the digital system of asynchronous pulse jamming compensation realized upon this algorithm is also shown.
УДК 621.396.6.004 : 004.942
Г.М. Шило, О.Ю. Воропай, М.П. Гапоненко
1НТЕРВАЛЬН1 МЕТОДИ ПРИЗНАЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ДОПУСК1В
Запропоновано метод синтезу i оптим{зацп експлуа-тацшних допускiв з використанням спрощених iнтерваль-них моделей. Розроблено iтерацiйний алгоритм призна-чення допускiв з поступовим уточнениям моделi. Проведено тестування розробленого математичного i програмного забезпечення на реальних прикладах.
ВСТУП
Технологи проектування 1 виробництва електронних засоб1в на сучасному етат 1х розвитку стають все б1льш насиченими новими методами забезпечення якост1. Серед важливих задач, як1 при цьому виршуються, е задача забезпечення необхщно! точност1 при максимально можливих допусках на параметри елемент1в.
ОбГрунтуванню метод1в призначення допусюв при-свячена значна юльюсть публжацш [1-5]. Однак 1снуюч1 методи або не дозволяють враховувати суттев1 нелшшносп вихщних функцш електронних апарапв або потребують багато ресурав. У зв'язку з цим в сучасних САПР електронних апарапв вщсутш засоби допускового параметричного синтезу [6,7].
Одним 1з шлях1в подолання цих трудношдв е використання штервального анал1зу [8,9]. 1нтервальний шдхщ дозволяе враховувати нелшшносп вихщних функцш i утворювати спрошен! штервальш модели n n
y = a0 + £ af| • |x; + £ dual(af| • |x;), (O
i = 1 i = 1 a{ > 0 ai < 0
Г.М. 0uëo, О.Ю. Boponaé, М.П. rano^^o: IHTEPBAËbHI МЕТОДИ ПPИЗHAЧEHHЯ EKCÏËÔATAÔIÉHÈX ДОПУСКШ
дe y = [y;y], ai = [ai;ai] , xi = [xix] - im^^
знaчeнь виxiднoí' фyнкцií', кoeфiцieнтiв мoдeлi тa пapaмeтpiв eлeмeнтiв;
Xi, a, y, Xi, ai, y - нижш тa вepxнi мeжi iнтepвaлiв пapaмeтpiв eлeмeнтiв, кoeфiцieнтiв мoдeлi тa виxiднoï функцп;
I • I - o^paTOp кoмyтaцiйнoгo мнoжeння iнтepвaлiв; dual x = [X;x] - дуэльний iнтepвaл.
wi
Sx О = ~ =
S у • y н
(5)
n
Z<
i = l a > О
n
X <
i = l a < О
Знaчeння дoпycкiв, oбчиcлeниx зэ дoпoмoгoю (5), вiдпoвiдaють вiднocнoмy oб'eмy Vw = l i те зaбeзпe-чують нaйбiльшoгo пoля poзciювaння. Ha pиc.1 ím Icнyючi мeтoди пpизнaчeння дoпycкiв нe вpaxoвyють в^тав^е гiпepпapaлeлeпiпeд Qo .
ycix ocoбливocтeй тaкиx мoдeлeй. Meтoю poбoти e poз-poбкa мeтoдiв пpизнaчeння oптимaльниx дoпycкiв нэ пapaмeтpи eлeмeнтiв eлeктpoнниx aпapaтiв з викopиcтaн-ням cпpoщeниx iнтepвaльниx мoдeлeй.
OÏTÈMtÇAôtH ÄOnyCKtB
Oблacть пpaцeздaтнocтi пpиcтpoю oбмeжyeтьcя двoмa нepiвняннями, якi yтвopюютьcя пicля вiдoбpaжeння iнтepвaльнoгo piвняння (l) y пpocтip дiйcниx чиceл:
ao +
£ aixi + £ aixi - У;
(2)
i = l a; > О
i = l a < О
a« +
S aixi + S aixi - y
(3)
i = l a, < О
i = l a > О
w
V = п — = П S •,
w П W0i Sn п Xi'
(4)
i = l
X О i = l
Ô.
О
Woi - шиpина iнтepвaлy пpи oднaкoвиx дoпycкax Sxо нэ yci пapaмeтpи eлeмeнтiв;
xнi - гом^льте знaчeння пapaмeтpy. Дoпycк Sxо визнaчaeтьcя зэ дoпoмoгoю cпiввiднo-шeння:
x2 a
Гpaфiчнoю iнтepпpeтaцieю нepiвнянь (2) i (3) e пapa гiпepплoщин Sfr i S¿ (pиc.1), пepшa з якиx oбмeжye ви-xiднy фyнкцiю знизу, a дpyгa - звepxy. Гiпepплoщини yтвopюють нeзaмкнeнy oблacть пpaцeздaтнocтi Qs. ^и пpизнaчeннi дoпycкiв бyдeмo нaмaгaтиcь зaбeзпeчити нaйбiльшe пoлe poзciювaння дoпycкiв. Bлacтивocтi тэ-кoгo пoля мoжyть бути o^rnem зэ дoпoмoгoю мультипль кaтивнoгo кpитepiю, який Moœe poзглядaтиcь як вiднocний o6'6m дoпycкiв:
дe n - кшьюсть пapaмeтpiв eлeмeнтiв;
w- = W; = X; - x •, aбo W; = w. = x • - x. - шиpинa
i i i н i i i н i i
iнтepвaлy, який визнэчэе вepxнiй aбo нижнiй дoпycк
Рисушк 1 - Oàëacmb npa^3damwcmi ma мaкcuмaльнux oá'eMie donycme
Збiльшeння o6'6mó дoпycкiв Moœna дocягнyти пoбyдo-вoю двox гiпepпapaлeлeпiпeдiв мaкcимaльнoгo o6'6mó Qt
i Qt (pиc.1) Miœ тoчкoю нoмiнaльниx знaчeнь
(Xlн, X2н, ...,xnH) i точ^ю нэ гiпepплoщинax S¿ i S¿ .
Для визнaчeння poзмipy peбep тaкиx гiпepпapaлe-лeпiпeдiв пepeтвopимo нepiвняння (2) дo виду:
n n n n
aiwi + X aiwi- у - ao- X aixiн -X aixiн.(6) i = l i = l i = l i = l
a¡ > o ai < o a¡ > o ai < o
Bвeдeння пoзнaчeнь
y - a o - £ aixi н -X aixi н = У - Ун ; i = l i = l ai> o a.< o
- aiWj, a i > О
ajwi, at < О
дoзвoляe зaпиcaти piвняння для Meœ oблacтi пpaцe-
n
n
n
n
n
n
n
n
здатност! у вигляд1:
(п)
(п - 1) ,
I
1 = 1
и = Ь.
(7)
Якщо утворити г!перпаралелеп1пед, одна 1з вершин якого буде лежати в точц! ном!нальних значень параметр!в х{н , а друга на поверхн! г!перплощини (7), то в!н буде мати максимальний об'ем коли стане г!перкубом [10] з довжиною ребра:
Ь
и = - . п
Тод! довжина ребер г!перпаралелеп!педу з макси-мальним об'емом визначаеться сп!вв!дношенням:
и п
= —, а, > 0
щ = —, а < 0
1 а.
и г.
щ, = —, а, < 0
— и - п
щ = —, а > 0 1 а
(п) - х (п - 1) х1 - х1
значення параметр1в елемент1в на п-й та и-1-й 1терац1ях;
^ - точн1сть обчислення допуск1в.
Зб1жн1сть 1терац1йного процесу залежить в1д початко-вого наближення, як1 можуть призначатись за умовою однакових значень в1дхилень параметр1в елемент1в та вих1дно! функц1'1':
х± = у ; х± = I.
х1 н Ун х1 н Ун
(11)
або за умови зменшення в1дхилень елемент1в у в1дпо-в1дн1стю з 1х к1льк1стю:
* -1 = ЦI-0; XI-1 = ЦI-1
пУ
пУ
(12)
(8)
Аналог1чн1 сп1вв1дношення вит1кають 1з р1вняння (3) для визначення довжини ребер г1перпаралелеп1педу :
(9)
Сума ребер г1перпаралелеп1пед1в 1 0.1, визначе-них за допомогою сп1вв1дношень (8) та (9), визначають ребра г1перпаралелеп1педу з максимальними об'ема-ми допуск1в для верхн1х та нижн1х в1дхилень параметр1в.
АЛГОРИТМ ПРИЗНАЧЕННЯ ДОПУСК1В
Особлив1стю 1нтервальних моделей (1) е забезпечен-ня точного значення вих1дно1' функц11 при заданих межових значеннях параметр1в елемент1в. В процес1 призначення допуск1в максимального об'ему визнача-ються 1нш1 межов1 значення параметр1в елемент1в, для яких може бути побудована б1льш точна спрощена 1нтер-вальна модель. Якщо провести процедуру призначення оптимальних допуск1в з цими поновленими моделями, то таким чином утворюеться 1терац1йна процедура призначення допуск1в з поступовим уточненням модел1.
Як критер1й виходу з 1терац1йно1' процедури може ви-користовуватись сп1вв1дношення:
^ ,
(10)
Умови (11) використовуються, коли можлива взаемна компенсац1я в1дхилень 1 коеф1ц1енти р1внянь (1) мають р1зн1 знаки. Умови (12) краще застосовувати, коли пере-важна б1льш1сть коеф1ц1ент1в мають однаковий знак.
Розроблене математичне забезпечення дозволяе сфор-мувати алгоритм призначення експлуатац1йних допуск1в. Вх1дними даними при призначенн1 експлуатац1йних до-пуск1в е:
-значення в1дхилень 1 ном1нальне значення вих1дних параметр1в;
- початков1 значення в1дхилень 1 ном1нальн1 значення вх1дних параметр1в;
- точн1сть оптим1зац11 або к1льк1сть 1терац1й;
- р1вняння, як1 описують залежн1сть вих1дного параметра в1д вх1дних;
- вагов1 коеф1ц1енти.
Вих1дними даними для процесу оптим1зац11 е значення в1дхилень вх1дних параметр1в. Процедура призначення допуск1в е 1терац1йною. Кожна 1терац1я складаеться з етап1в:
Етап 1. Побудова спрощено1 1нтервально1 модел1 сис-теми, що проектуеться;
Етап 2. Вписування г1перпаралелеп1педу максимального об'ему до област1 працездатност1;
Етап 3. Контроль умов виходу з процесу оптим1заци.
Якщо умови припинення роботи процедури не вико-нан1, як початков1 в1дхилення вх1дних параметр1в бе-руться обчислен1 значення допуск1в, 1 робота процедури повторюеться з першого етапу. При виконанн1 умов виходу процедура призначення допуск1в зак1нчуе свою роботу.
Алгоритм може бути застосований 1 для отримання б1льш точних значень допуск1в, обчислених за виразом (5). Розроблений алгоритм синтезу допуск1в був вико-ристаний при розробц1 програмного забезпечення до програмного комплексу автоматизованого обчислення допуск1в "1КТОЬ", який використовувався у наведених нижче прикладах обчислення допуск1в.
п
1н
1н
Г.М. Шило, О.Ю. Воропай, МП. Гапоненко: 1НТЕРВАЛЬН1 МЕТОДИ ПРИЗНАЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ДОПУСК1В
3 ПРИКЛАДИ ЗАСТОСУВАННЯ
Запропонован! методи використовувались при при-значенн! допуск!в для хвильового опору м!кросмужково! л!нп та коеф!ц!енту передач! ф!льтра нижн!х частот. При утворенн! !нтервальних моделей хвильовий оп!р м!кросмужково! л!нп (рис. 2) обчислювався за допомо-гою сп!вв!дношення [11]:
2Х =
120
1п8Н +
w
2
w
32 Н
_ 1 V-1
2 2 е „ + 1
X Ьп(| + 11п 4
де Хх - хвильовий оп!р;
е - в!дносна д!електрична проникн!сть тдкладки;
Н - товщина п!дкладки; w - ширина м!кросмужково! л!нп.
Обчислення проводились для ном!нальних параметра: е н =9.6, Нн =1 мм, wн =0.997 мм, яким в!дпов!дало
1 г н н н
ном!нальне значення хвильового опору Хх н =50 Ом.
1нтервальна модель утворювалась при в!дхиленн! кон-структивних параметр!в 5х^ = ± 3%. П!дтримувалась
точн!сть обчислень \ =0.001. Допустиме в!дхилення хвильового опору задавалось 5^ = ± 3%.
Результати роботи !терац!йного алгоритму надаються у табл. 1 Як видно !з таблиц!, для хвильового опору м!кросмужково! л!нп алгоритм обчислення допуск!в мае високу зб!жн!сть.
Схема ф!льтра нижн!х частот, для якого обчислюва-лись допуски, надаеться на рис. 3. параметри ф!льтра мали нормован! значення [12]: К0=И4=1, С1=С3= =0.368557, Ь2=0.737714.
Обчислення коеф!ц!енту передач! проводилось на нормован!й частот! О =3. Допустиме в!дхилення коеф!-ц!енту передач! задавалось 5н = ±5 %. П!дтримувалась
точн!сть обчислень \ =0.001. Результати обчислень до-пуск!в на параметри ф!льтра надаються в табл. 2.
При однакових допусках на параметри елемент!в
обчислення дае 5х0=1.7628, 5х0=1.6446. Застосування алгоритму оптим!зацп зб!льшило в!дносний об'ем до Уи, =2.0749, ^ =1.8936.
Рисунок 2 - Спрощена структура мжросмужковог лти
Таблица 1- Обчислення допусшв на параметры мжросмужковог лшп
1теращя Допуски на параметри, %
5 -е 5е 5 н 5 Н 5 ^ К
0 2.0619 2.2079 2.0243 2.0679 2.0069 2.0861
1 2.0774 2.1925 2.0386 2.0543 2.0128 2.0809
2 2.0773 2.1925 2.0384 2.0541 2.0127 2.0808
3 2.0773 2.1925 2.0384 2.0541 2.0127 2.0808
Рисунок 3 - Схема фшьтру нижтх частот
X
Таблица 2- Допуски на параметры фгльтра нижтх частот
В1дхи лення Параметри
R0 R4 C1 C3 L2
ö -е 3.6327 1.4051 2.9020 2.6589 0.8821
öe 3.1958 1.4282 2.3959 2.5746 0.8225
ВИСНОВКИ
Розроблено иерацшний алгоритм призначення екс-плуатацшних допусюв з поступовим уточненням модель Використання алгоритму дозволяе уникнути обмежень, що накладае застосування лшшних моделей при апро-ксимацп нелшшних функцюнальних залежностей вихщ-них функцш електронних апарапв. Приклади використання алгоритму тдтверджують можлив1сть значного збшьшення об'ему допусюв.
Алгоритм може використовуватись для обчислення допусюв монотонних вихщних функцш. В цьому ви-падку вш мае високий стутнь зб1жност1. Для функцш, що мають екстремум в област працездатност необхщно переглянути методи утворення штервальних моделей.
ПЕРЕЛ1К ПОСИЛАНЬ
1. Гехер К. Теория чувствительности и допусков электрических цепей. - М.: Сов. радио, 1973. -199 с.
2. Фомин A.B., Борисов В.Ф., Чермошевский В.В. Допуски в
радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1973.108 с.
3. Цветков А.Ф. Методы расчета допусков в радиоэлектронной аппаратуре. - Рязань: РРТИ, 1970.-131с.
4. Фридлендер И.Г. Расчеты точности машин при проектировании.- Киев-Донецк: Вища школа, 1980-184с.
5. Михайлов А.В., Савин К.С. Точность радиоэлектронных устройств.-М.: Машиностроение, 1976.-214 с.
6. Разевинг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSPICE).- М.: 1996.- 337 с.
7. О.В. Алексеев, А.А. Головков, В.Ю. Приходько. Проектирование и расчет устройств СВЧ в системе MICROWAVE HARMONICA.- Спб.:СПбГЭТУ, 1997.-298 с
8. Крищук В.Н., Шило Г.Н. Анализ интервальных моделей при расчете допусков// Радюелектрошка. ¡нформатика. Управл1ння.-1999.-№1.- С.66-70.
9. Шило Г.М. Формування ¡нтервальних моделей для обчислення допусюв// Рад1оелектрон1ка. ¡нформатика. Управлшня. - 2002. - №1. - С.90-95.
10. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 400 с.
11. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полоско-вых устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др. Под ред. В.И. Вольмана.-М.: Радио и связь, 1982.328 с.
12. Зааль X. Справочник по расчету и конструированию фильтров. - М.: Радио и связь, 1978.- 450 с.
Надшшла 15.09.2003
Предложен метод синтеза и оптимизации эксплуатационных допусков с использованием упрощенных интервальных моделей. Разработан итерационный алгоритм назначения допусков с пошаговым уточнением модели. Проведено тестирование разработанного математического и программного обеспечения на реальных примерах.
The method of synthesis and optimization of operational tolerances using the simplified interval models is offered. The iterative algorithm of assigning the tolerances with step-by-step refined model is developed. The software has been developed on the based of this mathematical manipulation. The actual data have been used for testing the software.
