CC BY
17
Заключение которая уточняется экспериментально и соответ-
Только при ретрансляционном методе имитации с ствует минимальной собственной задержке в ими-
уточнением параметров модуляции могут быть ав- таторе xZd.
томатически учтены изменения амплитуд, фаз и Для реализации адаптации к параметрам излу-длительностей сигналов конкретного радиопере- чаемого сигнала радиовысотомера значение кру-датчика реальной БРЛС для формирования когерент- тизны ЛЧМ сигнала Af /At определяется по известного эхо-сигнала. ным методам ЦОС и схемным решениям по квадратур-
В соответствии с выражением (8) для коррект- ным составляющим сигнала [7, 8] в специальном
ной работы имитатора сигнала для РВ с ЛЧМ необ- «ЦОС-детекторе» параметров модуляции, который
ходимо знать текущие значения скорости ЛЧМ Vf = позволяет выполнить синхронное изменение пара-Af /At, заданные значения высоты И и вертикаль- метров преобразования и формирования сигнала, ной скорости Vyr а также значение высоты Hzd, имитирующего отражение от точечной или распределенной цели или поверхности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Имитатор радиолокационной цели при зондировании преимущественно длительными сигналами. Боков A.^, Важенин В.Г., Дядьков H.A., Мухин В.В., Щербаков Д.Е., Пономарев Л.И. Патент РФ №2568899. Опубл. в Б. И., 2015. № 32. 10 с. Онлайн доступ: http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=2 9&do-cid=2568899 (проверен 31.03.2017).
2. Инструментальный модуль МС23.01. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.mod-ule.ru/catalog/micro/instrument 23/ (проверен 07.04.2017).
3. Возможности исследования точностных характеристик бортовых радио-высотомерных систем на базе имитатора отраженных сигналов / A-С. Боков, В.Г. Важенин, H.A. Дядьков, A.A. Иофин, В.В. Мухин // Hадeжность и качество сложных систем. Пенза : ПГУ, 2016. № 1 (13). С. 86-93. http://eli-brary.ru/item.asp?id=25 94 4 97 6 (проверен 31.03.2017).
4. Экспериментальное исследование полунатурного моделирования радиолокационного канала / A-С. Боков, В.Г. Важенин, H.A. Дядьков, A.A. Иофин, В.В. Мухин // Hадeжность и качество сложных систем. 2015. № 3 (11). С. 91-98. Онлайн доступ: http://elibrary.ru/item.asp?id=2550354 7.
5. Имитатор ложной радиолокационной цели при зондировании сигналами с линейной частотной модуляцией. Боков A-С., Важенин В.Г., Дядьков H.A., Мухин В.В., Щербаков Д.Е., Пономарев Л.И. Патент РФ № 2486540. Опубл. в Б. И., 2013. № 18. 13 с. Онлайн доступ: http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=2 9&docid=2 4 8 65 4 0 (проверен 31.03.2017).
6. Имитатор сигнала радиолокатора с синтезированной апертурой. С.В. Валов, A-И. Сиротин, С.В. Щербаков. Патент РФ №2522502. Дата приоритета: 10.12.2012. http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=2 9&docid=2522502 (проверен 07.04.2017).
7. SAVAGE, Lee, M.; HENRY, James, E.; BECKER, Jeffrey, J.; WILSON, David, Brent. Wideband low latency repeater and methods. Международная публикация WO/2013/184232 A1. Дата приоритета: 08.06.2012 (US).
8. Демодуляция сигналов с угловой модуляцией. PM и FM демодуляторы. Режим доступа: http://www.dsplib.ru/content/fmdemod/fmdemod.html (проверен 07.04.2017).
УДК 629.7.058.42
Калмыков Н.Н., Мельников С.А., Седов Д.П., Васильева А.В.
AО «Уральское проектно-конструкторское бюро «Деталь»», ^менск-Уральский Свердловской обл., Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕАЛЬНОГО СИГНАЛА ДЛЯ АНАЛИЗА ПОГРЕШНОСТЕЙ СКОРОСТНОГО КАНАЛА КОМБИНИРОВАННОГО РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ
В процессе разработки аппаратуры для проверки алгоритмов и исследования характеристик приборов часто используется математическое моделирование. Данный способ не требует дополнительных затрат, но поскольку математическая модель в большинстве случаев имеет некоторые ограничения и упрощения зачастую невозможно получить полноценный анализ работы комбинированного радиотехнического измерителя (КРИ) во всех режимах работы. В статье показана возможность создания системы записи радиолокационного сигнала в процессе лётных испытаний. Приведена функциональная схема записывающей аппаратуры, показан принцип её действия и программное обеспечение для обработки данных. Указаны основные выражения для вычисления параметров движения. Сохранённый в процессе испытаний сигнал в дальнейшем используется для отработки алгоритмов функционирования прибора. Это позволило выявить источники дополнительных погрешностей КРИ и выработать пути их устранения
Ключевые слова:
радиовысотомер, испытания, программное обеспечение
Работа выполнена при поддержке Министерства Целью работы является проработка методов ис-
образования и науки РФ (проект №8.2538.2017/ПЧ). пользования реального сигнала, полученного в ^И обеспечивает измерение геометрической вы- ходе лётных испытаний, для анализа скоростного соты (H), вертикальной скорости (Vy), и продоль- канала ^И.
ной и боковой составляющих вектора путевой ско- Для записи отраженного от подстилающей по-
рости полета объекта (Vx, Vz, соответственно). верхности сигнала в условиях автономных летных
В основу работы высотомерного канала ^И по- испытаний ^И используется специализированное ложен импульсный радиолокационный метод измере- устройство записи сигнала - блок сохранения ин-ния высоты со статистической обработкой отражен- формации (БСИ).
ных сигналов посредством микропроцессорного БСИ встраивается в ^И, имеет объем памяти
блока обработки сигналов. порядка 8Гб, что позволяет производить запись
^нал корреляционного измерителя составляющих данных необходимых для анализа работы его ско-вектора путевой скорости встроен в канал импуль- ростного канала. Функциональная схема БСИ присного радиовысотомера. По максимуму взаимно-кор- ведена на рисунке 1.
реляционных функции (В^) сигналов, принятых на В состав БСИ входят следующие блоки:
разнесённые по корпусу антенны определяется вре- - ПЛИС;
менной сдвиг, и, учитывая геометрию антенной си- - контроллер USB;
стемы, вычисляются составляющие вектора путевой - часы реального времени;
скорости [1]. - накопитель;
^кими бы совершенными не были средства раз- - скоростная буферная память,
работки, вопрос об отладке и испытаниях аппара- Hакопитeль представляет собой энергонезави-
туры в условиях наиболее приближенных к реальным симую память. Он предназначен для хранения дан-эксплуатационным остается актуальным. ных получаемых от ^И. Hакопитeль состоит из 4
банков, каждый из которых состоит из 4 микросхем
объемом 512Мб. Такая организация накопителя позволяет осуществлять параллельную запись в 4 банка, что значительно ускоряет процесс записи.
Для управления системой и обеспечения связи с ПК был использован микроконтроллер со встроенным иЗБ-интерфейсом. Микроконтроллер является центральным управляющим звеном ячейки. Он работает
по заданной программе, следовательно, алгоритм работы контроллера определяет алгоритм работы всей ячейки. Это дает возможность изменять логику работы ячейки без вмешательства в ее аппаратную реализацию. Использование иЗБ-интерфейса позволяет получить высокую скорость обмена данными между устройством и ПК.
Рисунок 1 - Функциональная схема БСИ
В БСИ предусмотрены часы реального времени, которые позволяют на этапе обработки полученной информации осуществить синхронизацию данных с данными полученными от других приборов регистрации.
Основным требованием, которое должно соблюдаться при осуществлении сопряжения БСИ с КРИ, является обеспечение штатного функционирования изделия без существенного ухудшения его динамических характеристик.
Массив данных, передаваемый в БСИ за один сеанс должен представлять собой непрерывную область памяти объемом 8 кБ, содержимое которой не изменяется до окончания процесса передачи. Вместе с тем, данные, предназначенные для передачи, становятся доступными на различных по времени этапах обработки сигнала, и некоторые из них не сохраняют своих значений к моменту окончания обработки. В связи с этим память, выделенная под массив, разбита на две страницы - одна из них в данный момент времени формируется, другая передается, затем производится переключение страниц.
Для осуществления обмена данными между ПК и БСИ было разработано программное обеспечение (ПО), интерфейс которого представлен на рисунке 2. Данное ПО позволяет:
производить считывание таблицы файлов, хранящихся в накопителе;
установить системное время.
произвести очистку накопителя; произвести считывание выбранного файла. Для просмотра данных, записанных ячейкой БСИ в ходе летных испытаний, разработано программное обеспечение, отображающее параметры функционирования КРИ и сигналы, отраженные от подстилающей поверхности, как в текстовом, так и в графическом представлении (рисунок 3).
В основном окне (справа) отображается результат усреднения отраженного сигнала вертикального канала, номер массива, системное время и значения параметров функционирования изделия (программных переменных). Имеются кнопки, с помощью которых можно осуществлять навигацию, просматривая по выбору каждый массив или с шагом 2 0 или 400 массивов. Кроме того, имеется возможность перейти к первому или последнему массиву записанных данных.
Рисунок 2 - Интерфейс ПО для работы с БСИ
Помимо основного окна имеются три дополнительных графических окна (слева), в которых могут отображаться по выбору сигналы скоростного канала или их квадратуры (с фазами 0 и л/2), мгновенные взаимно-корреляционные функции (ВКФ), построенные по данным сигналам, усредненные ВКФ, записанные в процессе летных испытаний, и т.п.
Для определения транспортных задержек Т1 и Т2 вычисляются взаимные корреляционные функции Г12 между сигналами, принятыми 1-й и 2-й антеннами, и Г23 между сигналами, принятыми 2-й и 3-й антеннами:
255 ( 1 255
Я
12 к '
= I о« 11 8+' ' "2 к+1 I £и1 8+/ £и
2561 256
' 1=0
256
'=0
256
2 к+'
'=0
23 к 256 ^ 256 1
где к=0...63.
2 8+1 "3 к+'
-12561 "2 8+')(256 £и
Рисунок 3 - Интерфейс программы визуализации
Измерение составляющих вектора скорости с погрешностью, заданной в ТЗ, требует точного определения положения максимумов ВКФ. Для этой цели производится аппроксимация ВКФ параболой методом наименьших квадратов с использованием треугольной весовой функции.
Геометрия антенной системы, а именно взаимное расположение излучающей и приемных антенн, дает формулы для вычисления составляющих вектора скорости и угла сноса
у __Т1 + Т2
2
Т + х2
(1)
X,
ß = arctglj0
О
Т Т
ряд вопросов, возникших в процессе разработки КРИ:
- положение «сигнального» строба при полете над сушей не оказывает существенного влияния на точность измерения составляющих вектора скорости;
- усреднение ВКФ и последующая аппроксимация усредненных ВКФ квадратичной функцией для определения транспортных задержек между сигналами дает меньшие погрешности, чем способ обработки, подразумевающий получение по мгновенным ВКФ оценок транспортных задержек с последующим их усреднением;
- мгновенные ВКФ имеют разброс по ширине, уровню и положению максимума, а форма их существенно искажена. Усредненные ВКФ, построенные на их основе имеет приемлемую для аппроксимации форму и стабильны от пакета к пакету зондирующих импульсов;
- метод усреднения ВКФ, подразумевающий адаптацию количества усреднений к мощности флюктуа-ций отраженного от подстилающей поверхности сигнала, обеспечивает стабильное сопровождение сигнала скоростного канала без снятия исправности.
Учитывая вышесказанное можно сделать вывод о том, что использование реального сигнала, записанного в ходе натурных испытаний, позволяет исследовать возможности КРИ, определить источники погрешностей и выработать решения, позволяющие повысить точность измерения параметров.
О Ч ^
где Xo, Yo - параметры антенной системы.
БСИ на этапе автономных летных испытаний позволяет сократить количество полетов самолета, требуемых для отработки скоростного канала КРИ, так как полученные данные можно использовать для отработки математической модели и программного обеспечения КРИ в лабораторных условиях [2-4].
С помощью математической модели для обработки реальных сигналов, записанных в ходе летных испытаний на самолете ЯК-52, был получен ответ на
ЛИТЕРАТУРА
1. Боркус М.К. Корреляционные измерители путевой скорости и угла сноса летательных аппаратов / М.К. Боркус, А.Е. Черный. М: Сов. Радио, 1973. 169 с.
2. Полунатурное моделирование бортовых радиолокационных систем, работающих по земной поверхности: учебное пособие / В. Г. Важенин [и др.] ; под общ. ред. В. Г. Важенина. — Екатеринбург : Изд-во Урал.ун-та, 2015. — 208 о.
3. Боков А.С. Полунатурное моделирование радиолокационного канала с переменными параметрами/ А.С. Боков, В.Г. Важенин, Н.А. Дядьков, А.А. Иофин, В.В. Мухин//Труды международного симпозиума надежность и качество. Пенза: Издательство Пензенский государственный университет, 2015. С. 125 -129.
4. Важенин В.Г. Имитация коррелированных сигналов, рассеянных протяженной поверхностью/ В.Г. Важенин, Н.А. Дядьков, А.А. Иофин, Н.Н. Калмыков, А.В. Васильева, С.А. Мельников, Ю.С. Тимошен-кова//Труды международного симпозиума надежность и качество. Пенза: Издательство Пензенский государственный университет, 2015. С. 129 - 132.
+
2
Y,
т, + х
О
