CC BY
11
существенно меньше амплитуд неплоскостности полос, прокатанных по базовому режиму.
На основании результатов испытаний принято решение внедрить в производство на ШСГП "2000" комплексную модель идентификации неплоскостности полос и алгоритм корректировки с ее помощью режима прокатки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Максимов Е.А., Шаталов Р.Л., Босхамджиев Н.Ш. Производство планшетных полос при прокатке - М.: "Теплотехник", 2008. - 336 с.
2. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства: Учеб. пособие. - СПб.: Наука, 2008. -527 с.
3. Божков А.И. Непрерывный отжиг и плоскостность полос. - М.: "Интермет ИНЖИНИРНГ", 2000. - 128 с.
4. Белянский Л.А., Кузнецов Л.А., Франценюк И.В.. Тонколистовая прокатка. Технология и оборудование. - М.: "Металлургия", 1994. - 380 с.
5. Теория прокатки. Справочник. Целиков А.И., Томлео-нов А.Д., Зюзин В.И., Третьяков А.В., Никитин Г.С. М.: "Металлургия", 1985. - 335 с. (глава VII).
6. Гарбер Э.А., Кожевникова И.А. Сопоставительный анализ напряженно-деформированного состояния металла и энергосиловых параметров процессов горячей и холодной прокатки широких полос // Производство проката, 2008, №1, с. 10 - 15.
7. Кожевникова И.А., Гарбер Э.А. Производство проката. Том 1. Книга 2. Развитие теории тонколистовой прокатки для повышения эффективности работы широкополосных станов. - М.: "Теплотехник", 2010 - 252 с.
8. Технология прокатного производства. В 2 книгах. Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Вит-кин А.И. и др. М.: "Металлургия", 1991 - 423 с.
9. Гарбер Э.А., Хлопотин М.В. Моделирование и совершенствование теплового режима и профилировок валков широкополосных станов горячей прокатки: Монография -Череповец: ЧГУ; М: Теплотехник, 2013 - 113 с.
10. Гарбер Э.А., Болобанова Н.Л. Профилирование валков широкополосных станов с применением метода конечных элементов.// Производство проката, 2012. №3 с. 6-10.
11. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. Справочник. М., "Металлургия", 1973 - 224 с.
12. Андреюк Л.В., Тюленев Г.Г. Аналитическая зависимость сопротивления деформации металла от температуры, скорости и степени деформации.// Сталь, 1972. №9 с.825 - 828.
13. Андреюк Л.В., Тюленев Г.Г., Прицкер Б.С. Аналитическая зависимость сопротивления деформации сталей и сплавов от их химического состава// Сталь, 1972. №6 с.522 -525.
СОХРАНЕНИЕ ИНФОРМАТИВНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТЫ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ
Майоров Дмитрий Александрович
кандидат технических наук, ООО СНИЦ РЭС "Завант", г. Смоленск)
Митрофанов Дмитрий Геннадьевич
доктор технических наук, профессор, ООО СНИЦ РЭС "Завант", г. Смоленск)
Поимпульсная перестройка несущей частоты относится к одному из перспективных направлений развития радиолокации. Применение поимпульсной перестройки частоты по случайному закону совместно с изменением периода повторения зондирующих сигналов (ЗС) позволяет снизить влияние как традиционных, так и перспективных видов помех. Кроме повышения помехоустойчивости использование поимпульсной перестройки частоты улучшает разрешающую способность по дальности, что позволяет использовать сигналы с перестройкой частоты (СПЧ) для решения задачи идентификации воздушных объектов (ВО) на основе построения их импульсных характеристик (ИХ), в которых каждому отклику соответствует определенный рассеивающий центр (РЦ) освещенной поверхности ВО [4, с. 81].
Импульсная характеристика представляет собой распределение амплитуд импульсных откликов от РЦ поверхности ВО по разрешаемым элементам на оси времени [1, с. 35]. Она имеет дискретную структуру. При этом число временных отсчетов («дискретов») в ИХ равно количеству СПЧ в пачке. Интервал между временными отсчетами ИХ определяется разрешающей способностью по времени, которая зависит от значения диапазона перестройки несущей частоты. Дискретный характер ИХ оказывает существенное влияние на ее информативность. При попадании отклика от РЦ между дискретами структура ИХ искажается. Это снижает качество ИХ как сигнального признака распознавания и влияет на эффективность процесса идентификации ВО.
Целью работы является выявление особенностей формирования ИХ ВО в зависимости от взаимного расположения РЦ в радиальном направлении и параметров перестройки частоты. Учет указанных особенностей при анализе ИХ может позитивно сказаться на качестве идентификации ВО.
При поимпульсной перестройке несущей частоты ЗС представляет собой последовательность пачек из N импульсов длительностью т, , каждый из которых имеет свою частоту, не повторяющуюся в пределах одной пачки и изменяющуюся по некоторому закону. Количество используемых частот равно числу импульсов в пачке N. Значения частот выбираются из диапазона [/,:/', I 1<\, где Г/7- диапазон перестройки частоты с шагом перестройки П/=ПЕ'(Ж-1). Очевидно, что наибольшую помехоустойчивость режима обеспечивает последовательность пачек импульсов, частота которых изменяется по своему случайному закону в каждой пачке. Период повторения пачек Тр определяется периодом повторения импульсов Т и числом импульсов в пачке: Тр = .
Согласованная фильтрация импульсов п-й частоты /п=/о+пА/ из состава одной пачки СПЧ, отраженных от многоточечного ВО, позволяет получить частотную характеристику (ЧХ) ВО [1, с. 35, 4, с. 81], которая представляет собой совокупность откликов согласованных приемников на отраженные сигналы разных частот из состава пачки в определенный момент времени. Такое математическое представление отраженных от ВО импульсов явля-
ется удобным, так как позволяет проводить цифровое когерентное сложение СПЧ с помощью обратного преобразования Фурье (ОПФ) ЧХ [5, с. 101]. Выражения для описания ЧХ ВО известны и описаны в [2, с. 154]. После устранения фазовых набегов, связанных с радиальным перемещением ВО, указанная операция позволяет получить и ИХ ВО (совокупность откликов РЦ ВО на воздействие в виде дельта-функции).
Отклики согласованного приемника достигают своего максимума на интервале времени [^ 1; /й м], где /й ш=2Яш /с - время запаздывания импульса, отраженного от т-го РЦ; Ят - дальность до т-го РЦ в момент излучения первого импульса из состава пачки; с - скорость распространения электромагнитных волн, М - количество РЦ на поверхности ВО. Очевидно, что для наиболее продуктивной обработки отраженных сигналов целесообразно использовать их отсчеты именно на этом интервале. Выберем некоторый момент времени из указанного интервала и назовем его опорным, а соответствующую ему дальность Яй =с/й /2 - опорной дальностью. В интересах упрощения дальнейших рассуждений введем обозначение АЯт=Ят-Яа как радиальное расстояние между точкой опорной дальности и т-м РЦ. Соответственно, под обозначением Ат^ат- /а будем понимать разницу между опорным временем и временем запаздывания сигнала, отраженного от т-го РЦ.
Проведение обратного преобразования Фурье ЧХ неподвижного ВО позволяет получить его ИХ, состоящую из N дискретных импульсных откликов (дискретов). Ситуацию гипотетической неподвижности ВО можно обеспечить путем компенсации негативного влияния фазовых набегов, связанных с радиальным перемещением ВО с учетом закона перестройки частоты. Для этого перед проведением ОПФ необходимо проводить перефазирование ЧХ (фазовую фокусировку) и расстановку принятых сигналов в порядке линейно-ступенчатого возрастания частоты [3, с. 43]. Интервал между дискретами ИХ определяется разрешающей способностью по времени дт и обратно пропорционален диапазону перестройки частоты АР дт= 1/АР [5, с. 101].
На рисунке 1 показаны ИХ двух моделей ВО, состоящих из трех РЦ с эффективной площадью рассеяния (ЭПР) 1 м2 каждый в условиях отсутствия помех и шумов при N=64, АР=150 МГц, /а =100 мкс: первая модель -А(1=120 нс (АЯ:=18 м), А(2=140 нс (АЯ2=21 м), А(з=200 нс (АЯз=30 м) - фрагмент «а» рис. 1; вторая модель -М=123,3 нс (АЯ:=18,5 м), А/2=140 нс (АЯ2=21 м), А/3=200 нс (АЯ3=30 м) - фрагмент «б» рис. 1. На рисунке 1 под величиной А/ понимается временное смещение относительно момента опорного времени
\и\
910
-6.
4,510
-6
910-
\и\
910
-6 _
4,510
-6
910-
0 0,12 0,14
1
1
г 1
1
1
/
1 №
0 0,12 0,14
0,2 0,42 М, мкс б
Рис. 1. Искажение импульсной характеристики модели ВО при смещении РЦ
0,2 0,42 М, мкс
а
Для рассматриваемого случая величина временного дискрета дт равна 6,6(6) нс. Амплитудно-временные отклики ИХ характеризуют реальное расположение РЦ рассматриваемых ВО относительно момента опорного времени. Временное окно, в котором располагаются элементы ИХ, имеет ширину Атих = ^-1)дт =420 нс. В случае, рассмотренном на фрагменте «а» рис. 1, временной сдвиг между моментом опорного времени и рассеивающими центрами кратен разрешающей способности. Если указанный временной сдвиг не кратен дт (в случае попадания отклика РЦ между временными отсчетами), структура ИХ искажается (рис. 1 «б»). Анализ рисунка 1 позволяет сделать вывод о том, что при смещении одного из РЦ на 0,5 м (3,3 нс) отклик от него в ИХ становится шире, а его амплитуда - меньше, хотя ЭПР рассеивающего центра не изменялась. При этом у отклика появляется своеобразный «пьедестал», распределенный по всей ширине окна ИХ. В случае попадания РЦ между отсчетами ИХ при увеличении А/ отклик от него плавно «перетекает» из одного дискрета в другой. Если РЦ размещен строго посередине
между дискретами, амплитуда его отклика в обоих отсчетах ИХ будет равна.
В ходе исследований было выяснено, что смещение одного РЦ относительно других оказывает влияние на амплитуду откликов РЦ, находящихся в других дискретах ИХ. Это явление объясняется принципом интерференции и законом наложения фаз сигналов, отраженных от разных РЦ. Было установлено, что зависимость амплитуды откликов РЦ от А/1 носит периодический характер. На основе сравнения результатов был сделан вывод о зависимости амплитуды отклика РЦ в ИХ от взаимного расположения соседних РЦ: чем дальше расположен РЦ, тем меньшее влияние на колебания амплитуды его отклика оказывает наличие других РЦ. Дополнительные исследования подтвердили данное утверждение.
Описанных искажений ИХ можно избежать путем увеличения диапазона перестройки частоты АР, которое повлечет за собой повышение разрешающей способности. Например, увеличение АР в два раза во столько же раз уменьшит величину дискрета ИХ, а следовательно, и ширину «окна» ИХ при неизменном количестве импульсов в
пачке СПЧ (дискретов ИХ). В этом случае для сохранения ширины «окна» ИХ на прежнем уровне необходимо в два раза увеличить количество импульсов в пачке, что приведет к увеличению числа дискретов ИХ.
Например, увеличение диапазона перестройки частоты до ДР=300 МГц и числа импульсов в пачке до N=128 при обработке сигналов, отраженных от модели ВО, представленной на рис. 1 «б», позволяет избежать описанных искажений ИХ. При использованных параметрах временной сдвиг между моментом опорного времени и откликом первого РЦ становится кратен разрешающей способности, что повышает информативность ДП. Негативный «пьедестал» первого РЦ исчезает, а амплитуда отклика этого РЦ принимает значение, пропорциональное его ЭПР. Следует отметить что, увеличение количества импульсов пачки в два раза приводит к пропорциональному увеличению амплитуды откликов от РЦ в -\р2 раз. Это объясняется повышением накапливаемой откликами энергии за счет увеличения числа когерентно складываемых импульсов.
На практике, при построении ИХ довольно редко наблюдается смещение только одного РЦ по оси времени относительно дискрета ИХ. Как правило, расстояние между РЦ за время построения ИХ не изменяется. Но при движении ВО изменяется временное смещение всех РЦ относительно момента опорного времени. В связи с этим на следующем этапе исследования проводился анализ особенностей построения ИХ при попадании нескольких РЦ между дискретами ИХ. В ходе исследований было установлено, что при попадании откликов от нескольких РЦ между различными отсчетами ИХ характер изменения их амплитуды аналогичен изменениям амплитуды одиночного отклика от РЦ: чем меньше временное смещение отклика РЦ от дискрета ИХ, тем больше его амплитуда. При
попадании РЦ между дискретами отклики от РЦ становятся шире, а их амплитуда - меньше. При этом у каждого отклика появляются «пьедесталы», которые суммируются и распределяются по всей ширине окна ИХ. Параметры «пьедесталов» для каждой ситуации уникальны. Закономерным является только их взаимное усиление при совпадении по времени. При перемещении ВО в радиальном направлении относительно точки опорной дальности ровно на целое число элементов разрешения вид ИХ ВО остается неизменным. Разница заключается лишь во временном положении откликов от РЦ в окне просмотра ИХ.
На рисунке 2 показана зависимость амплитуды откликов РЦ с ЭПР 1 м2 каждый модели трехточечного ВО в смежных дискретах от их удаленности от исходной точки при перемещении ВО на один элемент разрешения (на 6,6 нс) при N=64, Д=150 МГц, &=100 мкс. Положение ВО в исходной точке: Д/1=123,33 нс (Д^1=18,5 м), Д2=141,13 нс (Д^2=21,17 м), Д/э=202,6 нс (ДЯэ=30,39 м).
Анализ рисунка 2 позволяет сделать вывод о том, что при перемещении ВО на расстояние, соответствующее интервалу между отсчетами ИХ, отклики РЦ плавно «перетекают» из одного дискрета в другой. На практике расстояния между РЦ ВО и точкой опорной дальности (моментом опорного времени в ИХ) являются случайными величинами. В связи с этим амплитуды откликов РЦ в ИХ тоже могут изменяться по случайному закону. Амплитуда некоторых из них может характеризовать реальную ЭПР РЦ (при близком расположении отклика от РЦ и отсчета ИХ), а амплитуда других откликов может отражать ЭПР РЦ с некоторой ошибкой (при N=64, Д=150 МГц эта ошибка может достигать 40% от амплитуды отклика РЦ, полученной при совпадении его временного положения с отсчетом ИХ). Следовательно, для использования ИХ в задачах идентификации ВО, при обучении системы идентификации (нейронной сети) необходимо учитывать указанные искажения ИХ.
910
и
,-6
4,510"'
910"
Амплитуда отклика 1-го РЦ в 18-м дискрете ИХ
Амплитуда отклика 3-го РЦ в 30-м дискрете ИХ
/
——■ ., ■ ■ --
_,' *
Амплит уда отклика 2-го РЦ в 21-м дискр ете ИХ
Ам плитуда от клика 2-го Р ЭЦ в 22-м д искрете ИХ
в 31-м дис крете ИХ
И, ........
/ -—
Амплиту / да отклика 1-го РЦ в 1 9-м дискре те ИХ --1г.—■—
0,66
3,3
6,6 А/, нс
0
Рис. 2. Изменение амплитуд откликов РЦ в зависимости от их удаленности от исходной точки при перемещении ВО
Таким образом, можно сформулировать следую- попадание откликов РЦ между дискретами ИХ при-
щие выводы: водит к ее искажению, выражающемуся в снижении ам-
плитуды откликов, в распределении их амплитуды между
двумя смежными дискретами ИХ и в появлении у откликов паразитных «пьедесталов», распределенных по всей ширине окна просмотра ИХ;
взаимное расположение РЦ оказывает влияние на амплитуды их откликов в ИХ; степень этого влияния снижается с ростом расстояния между РЦ;
для использования ИХ в задачах идентификации ВО при обучении нейросетевых идентификаторов необходимо учитывать возможные искажения ИХ, вызванные несовпадением откликов РЦ и отсчетов ИХ;
в качестве наиболее эффективного способа устранения искажений ИХ, вызванных несовпадением откликов РЦ с отсчетами ИХ, целесообразно рекомендовать увеличение разрешающей способности за счет увеличения диапазона перестройки частоты и пропорционального увеличения числа импульсов в пачке.
Исследования проведены в рамках гранта РФФИ №14-07-00193.
Список литературы
1. Кононов А. Ф. Применение томографических методов для получения радиолокационных изображений объектов с помощью сверхширокополосных
сигналов // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. №1.
2. Майоров Д. А., Митрофанов Д. Г., Заикин Д. Р. Аналитическое описание частотной характеристики объекта локации сигналами с перестройкой частоты // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 10. М.: Радиотехника, 2008.
3. Майоров Д. А., Савостьянов В. Ю., Митрофанов Д. Г. Измерение радиальной скорости воздушных объектов в режиме перестройки частоты // Измерительная техника. 2008. № 2.
4. Манукьян А. А. Определение координат локальных неоднородностей на поверхности объекта по многочастотной амплитудно-фазовой диаграмме обратного рассеяния при наличии фазовых искажений // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39. № 1.
5. Митрофанов Д. Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. 2006. №1.
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ В МОТОРНОЕ ТОПЛИВО
Д.т.н., профессор В.М. Фомин, к.т.н., доцент Абу-Ниджим Р.Х., Мурзин А.В.
Российский университет дружбы народов (РУДН)
Неотложное решение социально важных проблем повышения экологической безопасности и сохранения природных ресурсов обуславливает необходимость к переходу на альтернативную экологически совершенную энергетику и высокоэффективные технологии для ее реализации на транспорте. Увеличение доли этой энергетики в общем балансе отечественного транспортного энергообеспечения способно существенно повлиять на структуру потребления нефтяных топлив, а также на результирующие показатели по повышению экологической и энергетической безопасности в среде российского автотранспортного комплекса.
Отдельные виды потенциальных источников альтернативной энергии являются соединениями, которые могут быть непосредственно использованы в качестве самостоятельного вида топлива для двигателей автотранспортных средств (АТС). Однако, не все альтернативные энергоносители обладают в полной мере необходимыми свойствами моторных топлив по условию организации эффективного рабочего процесса ДВС. В связи с этим полагают [1,2], что подобные энергоносители целесообразно подвергнуть предварительному циклу химического (или термохимического) преобразования с целью получения новых видов топлива, более приспособленных к условиям работы двигателя. Из сказанного следует, что при выборе альтернативного энергоносителя в каждом конкретном случае необходимо учитывать целесообразность его применения в том виде, при котором достигается наибольшая степень энергетической и экологической эффективности двигателя, а также наименьший уровень технических затрат на его адаптацию к условиям работы транспортного ДВС.
Процессы химического преобразования альтернативного сырьевого источника в высокоэффективный вид топлива сопровождаются затратами энергии и связаны с
разработкой соответствующей технологической структуры и поиском приемлемой исходной среды с наиболее емкими энергетическими характеристиками. На настоящее время рентабельного решения этой проблемы, сопряженной с большим объемом исследований, до конца еще не найдено в мировой структуре автотранспортных технологий.
Традиционно в качестве сырьевой энергетической среды для выработки моторного топлива в транспортной энергетике рассматривают углеводородные продукты [1,2,3,4]. Поэтому в большинстве случаев процесс термохимического преобразования подобного продукта протекает с выходом целевого компонента - свободного водорода. Присутствие водородного компонента в составе синтезированной смеси обуславливает уникальные кинетические и экологические показатели её сгорания, высокую эффективность рабочего цикла ДВС. Этот немаловажный фактор, который наряду с другими, необходимо учитывать при выборе исходного сырьевого продукта. В общем виде основными характеристиками сырьевого продукта, определяющими его пригодность для производства водородосодержащей топливной композиции, являются: содержание водорода в сырьевом продукте; энергетические характеристики продукта; сложность и стоимость бортовой переработки сырьевого продукта; стоимость сырьевого продукта и наличие его производства; наличие в перспективе широкой сырьевой базы, в том числе и возобновляемого сырья; характеристики бортовых систем хранения сырьевого продукта с точки зрения возможности их адаптации к условиям энергоустановки АТС.
К исходным сырьевым продуктам в общем виде могут быть отнесены: природный газ, низшие спирты (метанол, этанол), простейшие эфиры и предельные углеводороды (метан, пропан-бутан, бензин).
