Технология обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами на основе излучения и обработки непрерывных линеных частотных модулированных сигнал

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- II (9), 2015
27
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
уже нашло применение в некоторых отраслях машиностроения, например, в судостроении. Использование такого метода позволит создавать передовые наукоемкие изделия, снизит количество ошибок в проектах, повысит обоснованность технических решений. Широкому применению на практике такого метода послужит построенная
на нем подготовка инженерных кадров, что осуществляется в некоторых вузах, например, в Петербургском государственном университете путей сообщения.
В приведённой ниже таблице сведены: стадии проектирования, выполняемые на них исследования и программное обеспечение для поддержания исследовательского проектирования.
Таблица1
Исследовательское проектирование
Стадии проектирования Исследования Программное обеспечение
ТЗ: Определение потребности проектирования. Определение целей проектирования. Определение признаков объекта проектирования. ПТ: Поиск вариантов технического решения. Принятие решения. Анализ принятого решения. Конструирование объекта проектирования (ЭП, ТП, РД): Определение параметров объекта проектирования. Компоновка объекта. Проектировочные и поверочные расчёты. Выпуск чертежей сборочных единиц и деталей. Определение и анализ требований к объекту проектирования. Анализ и ранжирование целей проектирования. Анализ и ранжирование признаков объекта проектирования. Анализ возможных технических решений. Выбор оптимального технического решения. Разработка виртуальной модели объекта проектирования. Кинематический и динамический анализ. Оптимизация компоновки объекта проектирования Оптимизация параметров объекта. Функционально-стоимостной анализ. IBM DOORS, Siemens Teamcenter, 3DEXPERIENCE ПМК ПМК ПМК, 3DEXPERIENCE ПМК, СВИРЬ ADAMS, T-FLEX CAD, КОМПАС, 3DEXPERIENCE, MSC ADAMS, Универсальный механизм (UM), ANSYS, AutoCAD, SolidWorks, Solid Edge NX, Pro Engineer и другие.
Список литературы
1. Быков В. В., Быков В. П. Исследовательское проектирование в машиностроении. М.: Машиностроение. 2011. 256 с.
2. Быков В. П. Проектирование в машиностроении на современном Hull Elizabeth, Jackson Kenneth, Dick Jeremy, Requirements уровне// Вестник машиностроения. 2012. № 12. С. 67−70.
3. Engineering, Springer, 2004, 213 pages, ISBN: 185 233−879−2
4. Armand Hatchuel, Benoit Weil, C-K design theory: an advanced formulation, Research in Engineering Design, January 2009, Volume 19, Issue 4, pp 181 192
ТЕХНОЛОГИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ НА ОСНОВЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ ЛИНЕНЫХ ЧАСТОТНЫХ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Быстров Вячеслав Владимирович
преподаватель Военного учебно-научного центра, Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени
профессора, Н. Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» г. Воронеж
Лихачев Владимир Павлович
доктор т. наук, профессор, профессор Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора, Н. Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» г. Воронеж
Пугач Евгений Евгеньевич
канд. т. наук, начальник конструкторского бюро № 1 Закрытого акционерного общества «Научно исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» г. Смоленск
A TECHNOLOGY OF DETECTION OF OBJECTS WITH NONLINEAR ELECTRICAL PROPERTIES BASED ON EMISSION AND PROCESSING OF CONTINUOUS LINEAR FREQUENCY-MODULATED SIGNALS
Bystrov Vyacheslav Vladimirovich, Instructor officer of Air Force Education and Research Center «The N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
Likhachev Vladimir Pavlovich, Doctor of Technical Science, professor, professor of Air Force Education and Research Center «The N.E. Zhukovsky and YuA. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
Pugach Evgeniy Evgen 'evich, Candidate of Technical Science, chief of design engineering bureau N1 of «State-of-the-art telecommunications technologies research institute» Close Joint-Stock Company (Smolensk)
АННОТАЦИЯ
Разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса поиска, обнаружения и распознавания объектов с нелинейными электрическими свойствами в укрывающих средах на основе принципов нелинейной радиолокации с учетом непрерывного излучения линейного частотного модулированного сигнала и его когерентного накопления.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- II (9), 2015
28
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ABSTRACT
An experimental installation has been designed and manufactured for the purpose of investigating the process of search, detection, and recognition of objects with nonlinear electrical properties in concealment environment on the basis of the nonlinear radiolocation principles with consideration for continuous emission of the linear frequency-modulated signal and its coherent accumulation.
Ключевые слова: нелинейные электрические свойства, экспериментальная установка, когерентное накопление эхо-сигналов.
Keywords: Nonlinear electric properties, experimental installation, coherent accumulation of echo signals
Актуальность технологии обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами в укрывающих средах обусловлена требованиями по повышению оперативности решения таких проблемных задач, как например, поиск воздушных судов в лесных массивах, потерпевших крушение- автономный мониторинг оборудованных нелинейными маркерами техники и личного состава, задействованных при ликвидации чрезвычайных ситуаций- проведение досмотра людей на контрольно-пропускных пунктах на предмет наличия спрятанного оружия (взрывчатых веществ) — местоопределение террористов с оружием и средствами связи или установленных ими радиоуправляемых минно-взрывных устройств [1−4, 6].
Ограничения по дальности действия и угловой разрешающей способности, существующих нелинейных РЛС типа НР900ЕМ, НР900К, «Люкс», «Октава-М», «Обь-1» не позволяют решать поставленные задачи с требуемым качеством по оперативности, по зоне поиска, по разрешающей способности и по точности определения координат объектов.
Проведенные в Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» в период с 2006 по 2014 г.г. исследования позволили предложить технологию повышения эффективности нелинейной радиолокации за счет комплексирования принципов когерентной обработки сложных сигналов и непрерывной радиолокации. Это явилось новым техническим решением в рассматриваемой области, не имеющим аналогов в России и за рубежом по своему функциональному назначению. При этом аналоговая аппаратная часть нелинейной РЛС остается без изменений, а программное обеспечение обработки сигналов создается с учетом непрерывного излучения сложных сигналов и их когерентного накопления. Кроме того, на эффективность технологии положительно повлияло применение новых процедур формирования и обработки радиолокационных сигналов, которые не применяются в технике нелинейной радиолокации. В результате прогнозируется повышение дальности действия НРЛС до 100 … 200 метров, углового (по азимуту) разрешения — более чем на порядок, вероятность правильного обнаружения типа нелинейности — вплоть до 0,9.
Технология может обеспечивать построение нелинейных РЛС с синтезированием апертуры антенны и повысить информативность как нелинейных РЛС за счет
синтезирования апертуры антенны, так и РЛС с синтезированием апертуры антенны на основе обработки сигналов от элементов объектов с нелинейными электрическими свойствами в интересах их распознавания.
Эффективность разрабатываемой технологии обеспечивают: применение новых процедур формирования и обработки радиолокационных сигналов, которые не применяются в технике нелинейной радиолокации- технические решения, полностью устраняющие очень негативный (классический для нелинейных РЛС) эффект ограничения чувствительности приемника второй гармоникой передатчика. В результате прогнозируется повышение дальности действия НРЛС до 100. 200 метров, углового (по ази-
муту) разрешения — более чем на порядок, вероятность правильного обнаружения типа нелинейности — вплоть до 0,9.
При использовании технологии на воздушном носителе может обеспечиваться дистанционное обнаружение радиоэлектронных устройств различного функционального назначения, что создает предпосылки для эффективного решения следующих прикладных задач по:
— радиомониторингу минных полей и участков местности с возможным местонахождением неразорвавшихся бомб, снарядов, фугасов при выполнении миротворческих операций,
— противодействию террористической деятельности,
— поиску людей и объектов в чрезвычайных ситуациях.
Разработанные технологические решения обеспечивают значительное расширение функциональных задач нелинейных РЛС с синтезированием апертуры антенны, т.к. достигаемые дальности действия и разрешающая способность по дальности и по азимуту позволяют формировать двумерные радиолокационные изображения объектов с нелинейными электрическими свойствами в интересах их распознавания. При этом обеспечивается малая радиотехническая заметность нелинейной РЛС данного типа для средств радиотехнической разведки противника.
В настоящее время ВУНЦ ВВС «ВВА» совместно с ЗАО «НИИ современных телекоммуникационных технологий» (г. Смоленск) разработана и изготовлена экспериментальная установка, рисунок 1, нелинейной когерентной РЛС с непрерывным линейным частотным модулированным (ЛЧМ) зондирующим сигналом с тактико-техническими характеристиками:
рабочий диапазон частот (рис. 2) Р и L-диапазон-
режим работы непрерывное излучение ЛЧМ зондирующего сигнала
расчетная дальность действия (при реализации Ризл = 100Вт) 100 … 200 м-
дальность устойчивого обнаружения нелинейного маркера (СВЧ-диода) (при Ризл = 6 Вт) до 20 м-
разрешающая способность по дальности, обеспечиваемая модулем формирования ЛЧМ сигналов (рис. 3) 1,5 … 2 м-
масса (прогнозируемая) 10. 12 кг.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- II (9), 2015
29
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рисунок 1. Внешний вид экспериментальной нелинейной когерентной НРЛС с непрерывным ЛЧМ сигналом
Рисунок 2. Внешний вид передающей Р диапазона (внизу) и приемной L диапазона (вверху) антенн нелинейной РЛС
Рисунок 3. Внешний вид модуля формирования ЛЧМ сигналов НРЛС
Для продолжения исследований [5] на втором этапе увеличилось количество нелинейных элементов — СВЧ диодов: 2А201А, 1А401А, 1А401Б, Д602, Д603, Д405. Техническим дополнением экспериментальной установки стало применение передающей логопериодической антенны, настроенной на центральную частоту f0 и приемной двухэлементной патч-антенны, работающей в диапазоне частот 2f0, рисунок 2, нелинейного элемента — сим-
метричного вибратора с нагрузкой в виде СВЧ диода, рисунок 5, записи и обработки разностного сигнала с помощью ПЭВМ.
Длина плеча l симметричного вибратора выбрана в соответствии с частотой зондирующего сигнала и составляет 230 мм, рисунок 6.
Функциональная схема измерительной установки второго этапа исследований и ее техническая реализация, представлены на рисунке 7.
Рисунок 5. Нелинейный элемент
Рисунок 6 — Симметричные вибраторы с нагрузкой в виде СВЧ диодов
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- II (9), 2015
30
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рисунок 7. Функциональная схема измерительной установки с использованием радиоканала
Принцип работы измерительной установки заключается в следующем. Формирователь сигнала — когерентный синтезатор частот, выполненный на основе фазовой автоподстройки частоты, вырабатывает зондирующий ЛЧМ сигнал с несущей частотой f 0, девиацией частоты ^ и длительностью полупериода зондирующего сигнала
Г
и. В качестве опорной частоты используется сигнал с выхода высокочастотного кварцевого генератора. Формирователь дополнительно вырабатывает сигнал синхронизации, который используется для определения начала ЛЧМ сигнала.
Условие приема эхо-сигнала на второй гармонике выполняется путем деления пополам частоты сигнала с формирователя. Полученный сигнал поступает на предварительный усилитель, который усиливает мощность зондирующего сигнала на входе усилителя мощности до 6 Вт. Колебания с выхода усилителя через фильтр высокой частоты подается на передающую логопериодическую антенну и излучается в направлении симметричного вибратора с нагрузкой в виде СВЧ диода.
Отраженные от нелинейного элемента эхо-сигналы принимаются двухэлементной патч-антенной, подключенной к входу фильтра низкой частоты с центральной
частотой 2f0. Сигнал с выхода фильтра поступает на вход приемника, имеющего в своем составе малошумящий усилитель, выполненный по балансной схеме, для расширения динамического диапазона приемного устройства. После усиления разностный сигнал поступает на микрофонный вход ПЭВМ (Lenovo). На основе преобразования Фурье вычислялся спектр полученных цифровых записей. Оценка разностного сигнала ф на основе алгоритма MUSIC (акроним от MUltiple SIgnal Classification), который вычисляет спектр сигнала по оценке собственного вектора, является наиболее подходящей для сигналов, которые представлены суммой синусоид с аддитивным белым нормально распределенным шумом. При этом фактически выполнялась оценка информационного наполнения частоты сигнала на основе анализа параметров его матрицы корреляции.
Достоверность работы измерительной установки проверялась с помощью записи и обработки эталонного звукового сигнала. Источник звука ГМ-10М генерировал гармонический сигнал с частотой 1,6кГц и выходным уровнем 30дБ в направлении микрофонного входа ПЭВМ (Lenovo). Разностный сигнал записывался и обрабатывался на ПЭВМ. Результат работоспособности алгоритма обработки эхо-сигнала представлен на рисунке 8.
Рисунок 8 — Результат работоспособности алгоритма обработки эхо-сигнала
Таким образом, выполненная процедура позволяет достоверно производить экспериментальную проверку когерентного накопления радиолокационных сигналов при локации объектов с нелинейными электрическими свойствами.
Эксперимент заключался в облучении нелинейного элемента — симметричного вибратора с нагрузкой в виде СВЧ диода, различных типов, на расстоянии S=4,5- 6- 8 метров, с временем накопления ta от 1 до 5 с дискретностью одна секунда. Кроме того производилась проверка обнаружения нелинейного элемента за стеной шириной 20 см из металлического каркасного профиля, обшитого с двух сторон 12 мм гипсокартоном. Результаты экспери-
ментальных исследований технологии обнаружения объектов с нелинейными электрическими свойствами для СВЧ диод 1А401 представлены на рисунках 9.
Графически отношение уровня эхо-сигнала U от времени когерентного накопления сигнала 1н имеет линейный характер. Проведя графический анализ, получим, что за время накопления 5сек приращение уровня эхо-сигнала составляет 910,3мВ (интервал от 348,7 до 1259), при
S = 4,5м- 860,2мВ при S = 6м- 795,3мВ при S = 8 м. Таким образом, можно предположить, что увеличение времени накопления эхо-сигналов, например в 14 раз (70сек) приведет к увеличению дальности обнаружения ОНЭС в 3,5 раза (28м).
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- II (9), 2015
31
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
U. мВ 1400
1200-
1000
800
600-
400-
200

1
2
3& quot-х"-'-

4^


0
5 t, сек
Рисунок 9. Зависимость уровня эхо-сигнала от времени накопления для СВЧ диод 1А401 (на расстоянии: 1 — 4,5м- 2 — 6м- 3 — 8м- 4 — шум)
Список литературы
1. Авдеев В. Б. Нелинейные радио- и радиотехнические средства: современное состояние и перспективы развития [Текст] / В. Б. Авдеев, А. В. Бердышев, Г. Б. Волобуев, Н. И. Козачок, С. Н. Панычев // Нелинейный мир, 2006, Т. 4, № 11. — с. 628−638.
2. Авдеев В. Б. Радиолокационное обнаружение нелинейного объекта методом зондирования шумоподобным сигналом [Текст] / В. Б. Авдеев, С. Н. Панычев // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2003, Т. 1, № 5−6. — с. 39−42.
3. Беляев В. В. Обнаружение объектов средствами нелинейной радиолокации [Текст] / В. В. Беляев, А. Т. Маюнов, С. Н. Разиньков // Радиотехника, 2003, № 10. — с. 24−26.
4. Беляев, В. В. Состояние и перспективы развития нелинейной радиолокации [Текст] / В. В. Беляев, А. Т. Маюнов, С. Н. Разиньков // Успехи современной радиоэлектроники, 2002, № 6. — с. 59−78.
5. Быстров В. В. Экспериментальная проверка когерентности радиолокационных сигналов от объектов с нелинейными электрическими свойствами [Текст] / В. В. Быстров, В. П. Лихачев, Л. Б. Рязанцев // Измерительная техника, 2014, № 9. — с. 54−56.
6. Вернигоров, Н. С. Нелинейный локатор — принцип действия и основные особенности [Текст] / Н. С. Вернигоров // Безопасность от, А до Я, 1997, № 3. -с. 8−10.
ТЕПЛОПОТЕРИ НАРУЖНЫХ СТЕН В УГЛОВЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Данилов Н. Д,
к.т. н, доцент Северо-Восточного, федерального университета
Федотов П. А. ,
старший преподаватель Северо-Восточного, федерального университета
Кычкин И. Р,
студент Северо-Восточного, федерального университета, им. М. К. Аммосова OUTSIDE WALL HEAT LOSSES IN CORNER ROOMS
Danilov Nikolai, Candidate of Science, associate professor of North-Eastern State University Fedotov Petr, Senior teacher of North-Eastern State University Kuchkin Igor, Student of North-Eastern State University
АННОТАЦИЯ
Проведен расчет наружных стен в зоне угла с применением программы расчета двухмерных температурных полей при постоянном значении коэффициента теплопроводности однородных ограждений, имеющих разную толщину. Установлены значения температур на внутренней поверхности угла стены, расстояния от угла до узла стабилизации температуры. Определены тепловые потери через стены с учетом влияния угла наружных стен.
ABSTRACT
A thermal test of an angle of two outside walls of varied thickness has been fulfilled. Calculation program of twodimensional temperature fields with constant coefficient of thermal conductivity of varied thickness homogeneous walls has been used during the test. Temperature values of internal surface of the wall angle and distances from the wall angle to temperature stabilization node have been determined. Wall heat losses have been specified, including heat losses with influence of the outside wall angles taken into consideration.
Ключевые слова: Стены- наружный угол- температура- термическое сопротивление- сопротивление теплопередаче- тепловые потери
Keywords: Walls- outside angle- temperature- thermal resistance- resistance to the heat transfer- heat losses
Факторы, влияющие на энергосбережение зданиями, подвергаются постоянному анализу с целью снижения тепловых потерь. Для проведения более точных расчетов методы теплотехнического расчета подвергаются
постоянному усовершенствованию. В п. 5.4 актуализированной редакции СНиП 23−02−2003 «Тепловая защита зданий» предписано: «Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания (или

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой