CC BY
74<Тешетневс^ие чтения. 2016
Таблица 2
Среднеквадратические отклонения
Pc/Prn, ДБ о, град
Кейпона Music Root-Music
40 0,0045 0,0043 0,0024
30 0,0212 0,0123 0,0081
20 0,0401 0,0327 0,0221
10 0,0672 0,0532 0,0476
0 0,1334 0,0903 0,0782
Библиографические ссылки
1. Ратынский М. В. Адаптация и сверхразрешение антенных решеток. М. : Радио и связь, 2003. 200 с.
2. Зотов С. А., Макаров Е. С., Нечаев Ю. Б. Методы сверхразрешения в задачах радиопеленгации. URL: http://www.lerc.ru/informatics/0003/0002/ (дата обращения: 05.08.2016).
3. Сидоренко К. А. Разработка методик и алгоритмов повышения быстродействия определения угловых координат априорно неопределенных источников радиоизлучения: дис. ... д-ра тех. наук: 05.12.04. Омск, 2013. 127 с.
References
1. Ratynsky M. V. Adaptation and superresolution antenna arrays. M. : Radio and communications, 2003. 200 p.
2. Zotov S. A., Makarov E. S., Nechayev Y. B. Methods superresolution in problems direction finding. Access mode: http://www.lerc.ru/informatics/0003/0002/.
3. Sidorenko K. A. Development of methods and algorithms to improve performance determining the angular coordinates priori uncertain sources of radio signals: dis. ... doc. of techn. sc.: 05.12.04. Omsk, 2013. 127 p.
© Чистяков В. А., Куприц В. Ю., 2016
УДК 62
ДАЛЬНОМЕР ДЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВЕРТОЛЕТНОГО ТИПА
Д. А. Шуринова, А. Ю. Хорошко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected]
При автоматическом взлете и посадке беспилотного летательного аппарата вертолетного типа необходимо определять высоту над подстилающей поверхностью. В настоящей статье рассмотрена возможность применения для решения такой задачи ультразвукового дальномера, а также предложен альтернативный алгоритм, который позволит повысить его помехозащищенность и точность.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, расстояние, дальномер, помехи.
A RANGEFINDER FOR UNMANNED AIRCRAFT
D. A. Shurinova, A. Y. Horoshko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Ave., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected]
Height above ground level measurement is required to perform automatic takeoff and landing of unmanned aerial vehicle of helicopter type. The ultrasonic rangefinder is studied, alternative algorithm is proposed to increase measurements precision and noise tolerance.
Keywords: unmanned aircraft, distance, rangefinder, interference.
При автоматическом взлете и посадке беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вертолетного типа необходимо с достаточной точностью измерять расстояние до подстилающей поверхности.
Для БПЛА взлетной массой 50-500 кг, по мнению авторов статьи, достаточной является точность измерения высоты не хуже 20 см на расстоянии не менее 5 м.
Системы управления, космическая навигация и связь
Простейшим и имеющим малую стоимость датчиком расстояния является ультразвуковой дальномер. Большинство ультразвуковых дальномеров, представленных на рынке, предназначены для использования в любительской робототехнике и устроены как описано ниже.
Ультразвуковые колебания генерируются пьезо-элементом и передаются воздушной среде посредством подвижной части излучателя. Излученные колебания отражаются от предметов, находящихся в непосредственной близости, и улавливаются ультразвуковым приемником, как показано на рисунке [1]. Типовая частота равна 40 кГц.
Типовой ультразвуковой дальномер определяет расстояние по времени от начала излученной пачки прямоугольных импульсов заданной частоты до первого превышения порогового значения напряжения на приемнике ультразвуковых колебаний [2] (см. рисунок, б). Очевидно, что такой алгоритм не способен отличить полезный сигнал от шума и посторонних излучений, что не позволяет работать при отношении сигнал/ шум, близком к единице, а также при наличии ультразвуковых излучений от других источников. Также не представляется возможным выбрать отражение максимальной амплитудой, что может потребоваться для исключения измерения расстояния не до
подстилающей поверхности, а до объектов малого размера, находящихся над ней (например, травы). Преимуществом такого решения является простота реализации (не требуется осуществлять сложные вычислительные операции).
В целях проверки достаточности описанного алгоритма был изготовлен макет ультразвукового дальномера, выполненный по классической для любительской робототехники схеме: ультразвуковой датчик, состоящий из отдельных излучателя и приемника (модуль HC-SR04) подключен к плате Arduino UNO. Был проведен ряд замеров расстояния до объектов с различной отражающей способностью (см. таблицу). Расстояние более двух метров было невозможно измерить до любой отражающей поверхности. Проведенные эксперименты показали, что измерение расстояния до твердых предметов осуществляется с достаточной точностью. В случае если отраженный сигнал имеет малую амплитуду (большое расстояние или отражающая поверхность имеет высокое поглощение), измерение не осуществляется.
Проведенный эксперимент показал, что классический алгоритм измерения расстояния не обеспечивает надлежащую дальность измерения расстояния, а также измерение расстояния от поглощающих поверхностей.
1Л_ПЛП.
□ i—L
._^^jG/ £_ill
а б
Принцип работы ультразвукового дальномера (а): 1 - генератор; 2 - ультразвуковой передатчик; 3 - передаваемые ультразвуковые импульсы; 4 - измеряемый объект; 5 - отражённая волна (эхо); 6 - ультразвуковой приёмник; 7 - вычислитель; способ измерения расстояния типового дальномера (б): 1 - TRIG; 2 - излучение ультразвука; 3 - ECHO; 4 - запуск измерения; 5 - излучение ультразвуковых импульсов; 6 - выходной сигнал, длительность пропорциональна измеряемому расстоянию (TRIG и ECHO- огибающие излучённого и отражённого сигнала)
Сравнение расстояний полученного и реального
Материал/ предмет Реальное расстояние, см Показываемое расстояние, см
Бумага (тетрадь) 8 8
14 14
20 19
38 36
Игрушка с длинной шерстью (длина ворса 20 мм) 10 —
30
Твёрдая обложка книги 8 7
14 13
20 20
38 33
Карандаш на фоне стены, расположенной на расстоянии 95 см от дальномера 8 8
14 14
20 20
38 95 (измерено расстояние до стены)
Решетневс^ие чтения. 2016
Дальность измерения будет снижена, если применить закрытые ультразвуковые головки, как, например, пары 400ЕТШ 400ER18S [3]: применение герметичных головок продиктовано необходимостью защиты от негативных воздействий окружающей среды, таких как влага, пыль, солевой туман.
По мнению авторского коллектива, точность и дальность измерения расстояния можно улучшить, если применить более сложный способ кодирования и декодирования сигнала. Было принято решение применить способ согласно стандарту 1ЕЕЕ802.11 для частоты передачи 1мбит/сек: с помощью модуляции BPSK передается 11-позиционная последовательность Баркера [4].
Применимо к ультразвуковому дальномеру частота несущей составит 40кГц, частота модулирующей последовательности 1 кбит/сек (ограничена АЧХ ультразвуковых головок), частота передачи кодовых посылок 10Гц.
Согласно предварительно проведенному анализу, производительности микроконтроллера STM32F405 достаточно для осуществления всех необходимых вычислений (включая модуляцию и демодуляцию).
References
1. URL: http://robotosha.ru/electronics/how-works-ultrasound-meter.html.
2. URL: http://mcustore.ru/projects/podklyuchenie-ultrazvukovogo-datchika-rasstoyaniya-hc-sr04-k-arduino/.
3. URL: http://www.prowave.com.tw/english/ products/ut/enclose.htm.
4. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb /pdf/5988-3762EN.pdf.
5. URL: http://www.st.com/content/st_com/en/ products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/ stm32f4-series/stm32f405-415.html.
© Шуринова Д. А., Хорошко А. Ю., 2016
УДК 004.045
РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ АНАЛИЗАТОРА ЛИНКА SPACEWIRE
М. Ю. Вергазов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены разработки программно-аппаратного анализатора трафика сети SpaceWire. Представлены структура, функциональность и возможности устройства. Рассмотрены задачи, выполняемые программной частью комплекса, и задачи, выполняемые аппаратной частью комплекса.
Ключевые слова: система на кристалле, СнК, SpaceWire, анализатор трафика, ПЛИС.
SPACEWIRE LINK ANALYZER DEVELOPMENT RESULTS
M. Yu. Vergazov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
This paper considers SpaceWire traffic analyzer development results. Its structure, functionality and abilities are presented. Tasks for hardware and software parts are considered separately.
Keywords: single event upset, fault injection, System on Chip, FPGA.
Для ускорения внедрения технологии SpaceWire [1-4] в проектных разработках малых космических аппаратов в России был разработан программно-аппаратный комплекс (ПАК) [5], предоставляющий разработчикам инструмент для отладки их приложений, использующих в своей работе сетевой интерфейс SpaceWire, широко применяемый зарубежными космическими агентствами для организации информационного обмена между модулями в космических аппаратах.
Основные функции программно-аппаратного комплекса:
- анализатор линка SpaceWire позволяет перехватывать трафик в SpaceWire-соединении и записывать его для дальнейшего анализа. В данном режиме осуществляется дублирование трафика между SpaceWire-интерфейсами на ЕШете^интерфейс, далее при помощи ПО на персональном компьютере осуществляется запись передаваемых данных;
