CC BY
0
The article discusses the operating modes and characteristics of the 32-bit microcontroller (MC) CH32V307 of the RISC-V architecture of the Chinese company WCH. To ensure the task of configuring user pins, a selection trajectory is proposed using a service program. Based on the analysis of test tasks implemented on the debugging board, the time characteristics of the MC (performance) for scalar and vector operations with integers and floating point are determined). Optimization of assembler code is proposed to improve performance and solve problems in real time. Examples of the implementation of two algorithms of digital signal processing (DSP) are considered. Availability, price, a large number of peripheral devices and the presented characteristics show the competitiveness of the MC to replace a large number of controllers from various companies and outdated DSP processors. The authors suggest that the presented results will help to shorten the decision-making time by developers on the choice of the element base ofpromising microprocessor devices.
Key words: RISC-V microcontroller, pin configuration, characteristics, performance, code optimization, digital signal processing algorithms.
Lupin Anatolii Viktorovich, lecturer, [email protected], Russia, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic
University,
Lavrov Alexey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected] , Russia, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Bozhko Alexander Vladimirovich, master's, [email protected], Russia, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
УДК: 654.022
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-270-271
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И РЕЛЬЕФА АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ НА ПРОЦЕСС РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
О.В. Чуприков, Р.И. Кочубей, М.М. Бычковский, Н.Н. Зайкин, Е.В. Фатьянова, А.В. Свидло
В статье представлен анализ подстилающей поверхности в арктической зоне. Приведены характеристики подстилающей поверхности в зависимости от температуры воздуха и частоты сигнала.
Ключевые слова: диэлектрическая проницаемость, подстилающая поверхность, арктическая зона.
Арктика - северная область Земли, включающая глубоководный Арктический бассейн, мелководные окраинные моря с островами и прилегающими частями материковой суши Европы, Азии и Северной Америки. В пределах Арктики расположены пять приарктических государств - Россия, Канада, Соединенные Штаты Америки, Норвегия и Дания, которые обладают исключительной экономической зоной и континентальным шельфом в Северном Ледовитом океане (рис. 1).
Под арктической зоной Российской Федерации понимается часть Арктики, в которую входят полностью или частично территории Республики Саха (Якутия), Мурманской и Архангельской областей, Красноярского края, Ненецкого, Ямало-Ненецкого и Чукотского автономных округов, определенные решением Государственной комиссии при Совете Министров СССР по делам Арктики от 22 апреля 1989 г., а также земли и острова, указанные в Постановлении Президиума Центрального Исполнительного Комитета СССР от 15 апреля 1926 г. «Об объявлении территорией СССР земель и островов, расположенных в Северном Ледовитом океане», и прилегающие к этим территориям, землям и островам внутренние морские воды, территориальное море, исключительная экономическая зона и континентальный шельф Российской Федерации, в пределах которых Россия обладает суверенными правами и юрисдикцией в соответствии с международным правом (рис. 2).
Актуальность исследования арктического направления в современных условиях очевидна: складывается весьма непростая геополитическая ситуация, усиливающая противоречия и вызывающая обострение борьбы за арктическое пространство. В связи с этим клубок проблем нарастает, и Арктика становится ареной глобальной конкуренции за транспортные потоки и природные ресурсы. Таким образом, возникает необходимость в организации связи в этом регионе.
Кольский полуостров наряду с разнообразием рельефа обладает густой растительностью (большая часть полуострова - лесная), множеством рек и озер. Промерзшие почвы успевают полностью оттаять летом. Толщина снежного покрова колеблется от 10 до 30 см и более.
Островная часть русской Арктики отличается разнообразным рельефом, с высотами от 10 до 1200 метров и подстилающей поверхностью (ПП), имеющей довольно сложную слоистую структуру (рис. 3).
Промерзшая на большую глубину почва в теплое время оттаивает лишь на несколько десятков сантиметров, и как видно на рис. 3 а, б, сильно отличается своей структурой, толщиной и электропроводностью слоев даже на относительно небольших расстояниях. Большую часть времени в году ПП состоит из снежного покрова, мерзлого грунта и зоны вечной мерзлоты (рис. 3 в) [1].
Толщина снежного покрова на островах Северного Ледовитого океана колеблется от 20 см до 1 м.
Снег представляет собой смесь трех фаз воды: твердой (кристаллы льда, снежинки), жидкой (вода), газообразной (пары воды и воздух) и его состояние зависит от соотношения этих фаз. Снежный покров образуется после многочисленных снегопадов и обладает рядом физико-механических параметров, важнейшими из которых являются структура, толщина, плотность, температура и влажность. Плотность снега на порядок меньше плотности грунта. Толщина снежного покрова в конкретном месте зависит от частоты снегопадов, погодных условий, характера рельефа местности и ветрового режима территории.
Рис. 1. Арктическая область земной поверхности
Рис. 3. Почвенные профили архипелага Новая Земля: а - Новая Земля, северная часть острова Южный (летний период), 73° с. ш., 53° в. д. Электропроводность слоев в мСм/м: а - 0,402, б - 0,201, в - 0,147, г - 0,160, д - 0,197; б - Новая Земля, северная часть острова Южный, 240 метров на юго-восток от профиля а (летний период). Электропроводность слоев в мСм/м: а - 0,373, б - 0,190, в - 0,128, г - 0,136, д - 0,169, е - 0,193; в - Новая Земля, структура почвы в зимний период
Электрические параметры снега напрямую зависят от физических. Последние не могут длительно сохраняться во времени, так как изменение одной из фаз из-за метеорологических факторов ведет к изменению формы и размеров снежинок, их связанности, а это приводит к изменению как плотности р и влажности так и относительной диэлектрической проницаемости ег снежного покрова (табл. 1) [2].
271
Таблица 1
Характеристики снега__
Среда Электромагнитные характеристики Плотность
Ёг Иг а, См/м р, г/см3
сухой снег 3-8 1 10-5-10-7 0.24-0.32
влажный снег 73-85 1 0.1 0.35-0.45
Вода является полярной жидкостью с резко выраженной зависимостью диэлектрической проницаемости от частоты. В переменных полях ее диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной [2]:
Ву'= Ву- ¡60Ха, (1)
= (2)
£г
где Ву' - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость, Ьд8 - тангенс угла потерь, Ву - относительная диэлектрическая проницаемость, X - длина волны, а - удельная электропроводность.
Сухой снег представляет собой двухкомпонентную структуру, состоящую из воздуха и кристаллов пресного льда. Наличие воды (мокрый снег) или каких-либо примесей сильно изменяет значение его диэлектрической проницаемости. Частотные зависимости относительной диэлектрической проницаемости Ву и тангенса угла потерь tgS для снега при разных температурах воздуха представлены в таблице 2 [3].
Таблица 2
Зависимость электрических параметров снега от частоты_
Характер снега | /, Гц | Ву | tg5
Свежевыпавший снег
г = - 20°с 103 3.33 0.4920
104 1.82 0.3420
105 1.24 0.1400
107 1.20 0.0040
3108 1.20 0.0012
г = - б°с 3109 1.20 0.00029
1010 1.26 0.00042
Плотный снег
г = - б°с 105 1.90 1.53
3105 1.80 0.8000
106 1.55 0.2900
3106 1.55 0.1200
3109 1.50 0.0009
Из таблицы видно, что при / > 106 Гц для свежевыпавшего снега Ву ~ 1.2, а для плотного Ву ~ 1.5.
Существуют разные модели представления снежного покрова [4]. В первом случае вся его толща полагается, как непрерывное объемное неоднородное пространство, в другом - состоит из большого числа слоев, равного количеству снегопадов и оттепелей. Алгоритмы вычисления характеристик многослойной модели снежного покрова основаны на постоянных наблюдениях метеорологических станций для получения оперативной информации об изменениях плотности, влажности, толщины слоев и т.д. При эксплуатации антенн, размещенных в слоистых средах, получение такой информации затруднительно. Поэтому для анализа и исследования характеристик антенн, размещенных в слоистых средах, целесообразно воспользоваться табличными значениями электрических параметров подстилающей поверхности, полученными в результате практических измерений и теоретического моделирования.
Географические границы зоны сезонномерзлых и многолетнемерзлых почв и их толщина определяются климатическими условиями. Например, толщина сезонномерзлых почв колеблется в пределах 0,1 - 5м, а многолет-немерзлых почв - 20 - 600 м. Температура многолетнемерзлых почв (на глубине 5 - 10 м) обычно колеблется от 0 до -10°С. Для мерзлых почв характерны следующие значения: Ву = 4.2...8, tgS = 4...8.
Распространение земных волн происходит непосредственно над подстилающей поверхностью, поэтому при расчете радиолиний необходимо учитывать ее слоистость. Динамика изменения структуры подстилающей поверхности вдоль рассматриваемой радиолинии (рис. 3 а, б) при расчете напряженности поля не поддается анализу, поэтому можно ограничиться приближенной моделью местности, определив количество слоев и их параметры в месте расположения источника излучения электромагнитных волн (ЭМВ).
Для длинных и средних волн земля с любыми параметрами является хорошим проводником, чего нельзя сказать о декаметровых и метровых волнах. В зимнее время (в Арктике 8-9 месяцев в году) почва промерзает полностью и покрывается слоем снега (рис. 1, в), что еще больше приближает ее параметры к диэлектрическим (табл. 3) [5].
Таблица 3
Электрические параметры различных типов арктических грунтов_
Название почвы Площадь, млн. га Диапазон значений электропроводности а, См/м Диапазон значений отн. диэлектрической проницаемости Ву
талый грунт, t=0°C мерзлый грунт, -10°<К0°С талый грунт, t=0°C мерзлый грунт, -10°<К0°С
арктические и тундровые арктические 51 3х10-3-1х10-2 1х10-5-5х10-4 4-20 2-5
тундровые глеевые 100
болотные (торфяные) 18
аллювиальные 2
вечные снега и ледники 9
Этот факт указывает на уменьшение дальности связи при распространении вертикально поляризованных волн КВ и УКВ диапазонов вдоль земной поверхности в зимнее время.
Говоря о физико-географических особенностях, влияющих на структуру поля излучателей, размещенных в условиях Арктики, недостаточно принимать во внимание только многослойность подстилающей поверхности.
При распространении радиоволн степень пересеченности местности определяется соотношением между длиной волны и высотой препятствий. Поэтому в диапазоне длинных и сверхдлинных волн неоднородности арктического рельефа до 100 метров будут иметь характер слабопересеченной местности. В диапазоне УКВ, наоборот, холмы высотой порядка десятков метров играют роль сильнопересеченной местности (арктические высоты лежат в пределах 10 -1200 м).
Размещение антенн с учетом того, чтобы область, существенная для распространения, проходила над вершинами холмов, во многом уменьшило бы ослабление поля, но условия ураганных северных ветров и вечной мерзлоты не позволяют устанавливать высокие антенно-мачтовые устройства.
При падении плоской волны на шероховатую поверхность существует условие (критерий Релэя), при выполнении которого поверхность можно считать гладкой [6]:
Данное условие определяет лишь характер отражения волны (диффузный или зеркальный) от препятствия в зависимости от длины волны X и величины угла скольжения у и обладает большей актуальностью при обеспечении радиосвязи ионосферной волной или при развертывании высокоподнятой антенны, так как в этом случае углы скольжения падающей волны не равны нулю.
В общем случае при распространении радиоволн в Арктике происходит пространственное и временное перераспределение волнового поля при встрече радиоволн с препятствиями. Такими препятствиями могут быть метеорные следы и неоднородности (возмущения) в атмосфере, земная поверхность и её неровности (горы, деревья, волны на море и т.д.). Отличительными особенностями данных препятствий, как и в случае ПП является их слоистая структура. Дифракция радиоволн на каком-либо теле существенно зависит от его электрических и магнитных свойств, формы, соотношения между длиной волны и линейными размерами тела, от поляризации волны, взаимной ориентации тела и направления распространения (падения) волны [7].
Распространение радиоволн в арктической зоне выходит за рамки простых случаев, имеющих строгие аналитические решения задач дифракции для таких тел, как: конус, клин, полуплоскость и др., так как препятствия имеют непростую форму. Сложность нахождения вторичного поля также заключается в том, что объект (препятствие) сложной формы не является идеально проводящим, как и подстилающая поверхность. Поэтому для решения задач дифракции целесообразно использовать численные методы, обладающие большей гибкостью для решения подобных задач.
Таким образом, подстилающая поверхность арктической зоны представляет собой сложную слоистую структуру, вызывающую затухание, ослабление распространяющихся в ней радиоволн и их отражение от границ раздела сред. Все это необходимо учитывать при планировании и обеспечении радиосвязи.
Список литературы
1. Горячкин С.В. Почвенный покров севера. М.: Геос, 2010. 421 с.
2. Николаев А.В. Влияние укрывающей среды на глубину зондирования в нелинейно-параметрической локации/ Спецтехника и связь. №6, 2011. С. 26-32.
3. Финкельштейн М.И., Мендельсон В.Л., Кутев В.А. Радиолокация слоистых земных покровов. М.: Советское радио, 1977. 176 с.
4. Шишков Г.И., Щербаков В.В., Узлов В.А. Основные физические параметры снежного покрова/Сборник трудов Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева: сб. ст./ Нижний Новгород., 2014. С.119-129.
5. Громыко И.Д., Кауричев И.С. Атлас почв Россия. М.: Колос, 1974. 164 с.
6. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связьиздат, 1960. 390 с.
7. Фок В.А. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. М.: Советское радио, 1970.
476 с.
Чуприков Олег Валерьевич, преподаватель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Кочубей Руслан Иванович, преподаватель, kochubey_ri@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Бычковский Михаил Михайлович, преподаватель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Зайкин Николай Николаевич, преподаватель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Фатьянова Елена Валентиновна, преподаватель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Свидло Александр Владимирович, преподаватель, svidlo [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи
RELIEF OF THE ARCTIC ZONE ON THE PROPAGATION OF RADIO WAVES
O.V. Chuprikov, R.I. Kochubey, M.M. Bychkovsky, N.N. Zaikin, E.V. Fatyanova, A.V. Svidlo
The article presents an analysis of the underlying surface in the Arctic zone. The characteristics of the underlying surface depending on the air temperature and the frequency of the signal are given.
Key words: dielectric permittivity, underlying surface, Arctic zone.
Chuprikov Oleg Valerievich, lecturer, chuprikov [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Kochubey Ruslan Ivanovich, lecturer, kochubey [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Bychkovsky Mikhail Mikhailovich, lecturer, [email protected], Russia, Saint Petersburg, Military Academy of Communications,
Zaikin Nikolay Nikolaevich, lecturer, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications,
Fatyanova Elena Valentinovna, lecturer, [email protected], Russia, Saint Petersburg, Military Academy of Communications,
Svidlo Alexander Vladimirovich, lecturer, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications
УДК 654.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-274-275
ПРАКТИКА ЗАДАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К БЕЗОТКАЗНОСТИ И РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ ТЕХНИКИ СВЯЗИ И АСУ
Г.И. Азаров, А.А. Самохвалов, В.Н. Слабуха, А.И. Таранов, Р.В. Абрамкин, О.А. Губская
В статье приведены результаты анализа практики задания требований к надежности в ТТЗ на разработку техники связи и АСУ с учетом рекомендаций нормативных документов по классификации радиоэлектронной аппаратуры при выборе задаваемых показателей надежности. Рассмотрена взаимосвязь одиночных и комплексных показателей надежности. Предложен новый подход при определении вариантов состава показателей надежности, задаваемых при разработке ТС и АСУ.
Ключевые слова: безотказность, техника связи, ремонтопригодность, требования.
Анализ практики задания требований к надежности в ТТЗ на разработку техники связи (ТС) и АСУ показал, что сложилась устойчивая тенденция использования ограниченного перечня показателей надежности (ПН), (далее рассматриваются показатели безотказности и ремонтопригодности) по которым предъявляются требования, что, зачастую, оправдано сложившимися объективными обстоятельствами.
Действительно, практически вся ТС и АСУ, за редким исключением (например, транспондеры бортовых ретрансляторов спутников связи), является восстанавливаемой и обслуживаемой, что существенно сокращает количество вариантов выбора набора ПН, включаемых в ТТЗ, исходя из рекомендованных [1, 2] классификационных признаков. Причем, обслуживаемыми и восстанавливаемыми являются малогабаритные, моноблочные средства (персональные радиостанции, планшеты, некоторые типы ШАС и т.п.), в состав которых могут отдельно включаться блоки питания, аккумуляторы, микротелефонные гарнитуры, защитные приспособления и др. Кроме того, в комплекты ЗИП-Г для таких средств включаются собственно моноблоки без «обвеса».
Исходя из этого, рассматриваются три основных классификационных признака:
1) варианты исполнения:
- изделия конкретного назначения (ИКН), которые имеют один вариант применения по назначению, то есть, предназначены для решения какой-то одной определенной боевой или вспомогательной (обеспечивающей) задачи;
- изделия общего назначения (ИОН), которые имеют несколько вариантов применения по назначению или используются в качестве СЧ других, более крупных видов аппаратуры различных типов, например, универсальные ЭВМ, унифицированные устройства радио- и радиорелейной связи, первичные и вторичные источники электропитания, оптические и лазерные прицелы и т.п.
2) число допустимых работоспособных состояний:
- изделия вида I, которые в процессе эксплуатации могут находиться либо в работоспособном состоянии (состоянии с номинальным выходным эффектом), либо в неработоспособном состоянии (состоянии отказа);
- изделия вида II, которые в процессе эксплуатации помимо двух указанных состояний (работоспособное или неработоспособное) могут находиться и в частично неработоспособном состоянии с некоторым снижением выходного эффекта при функционировании.
3) режимы применения:
- изделия непрерывного длительного применения (НПДП), которые основную часть времени эксплуатации находятся в режиме функционирования (например, постоянно включенная ТС и АСУ стационарных объектов связи и т. п.);
