CC BY
45
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Журков А.П. Обзор российских патентов по радиопеленгации // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Арменского. Материалы конференции. ISBN 978-5-94768-071-3- М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2015. - С.217-218
2. Трусов В.А. Проектирование одновибратора без перезапуска на программируемой логической интегральной схеме / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 4 (84). С. 276-278.
3. Воробьев Д.В. Одноканальное управление шаговым двигателем / Воробьев Д.В., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 110-113.
4. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
УДК 53.084.873
Белов А.В., Ишков А. С., Чайковский В.М.
ФГБОУ ВПО «Пензенский Государственный Университет», Пенза, Россия
ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В ДОППЛЕРОВСКОМ МЕТЕОРАДИОЛОКАТОРЕ
Построение метеорологических радиолокаторов (МРЛ), и создание на их основе сетей раннего оповещения о приближении опасных метеобразова-ний (МО), часто основывается на использовании эффекта Допплера, при этом возникает необходимость включения в состав МРЛ устройства, осуществляющего операцию измерения разности фаз между различными функциональными сигналами гармонического вида. Иными словами возникает потребность в фазовом детекторе (ФД), который должен обладать возможностью измерять разность фаз между гармоническими сигналами, имеющими различную частоту повторения. Необходимость в наличии подобного ФД обусловлена тем, что предлагается в МРЛ осуществлять измерение расстояния до МО, путем оценки разности фаз между доппле-ровскими приращениями частот, получаемых соответственно на каждой из двух разнесенных по значению частотах зондирующего сигнала [1,2].
Из сказанного следует, что значение расстояния до МО может быть определено, по методике используемой в традиционной радиолокации [3], согласно выражения D=c•Дф/(4п•Дf) , где Дf -разность между значениями разнесенных частот зондирующего сигнала £И1 и ±И2 ; Дф - разность фаз между, получаемых при этом, допплеровскими приращениями частот £Д1 и £Д2 .
В силу того, что выделяемые сигналы и£Д1 и и£Д2 допплеровских приращений частот £Д1 и £Д2 будут иметь разные абсолютные значения частоты,
Здесь предварительно выделенные и усиленные сигналы и£Д1 и и£Д2 подаются на входы смесителей СМ1 и СМ2 соответственно, где они взаимодействуют с сигналами и£Г1 и и£Г2, формируемыми управляемыми гетеродинами УГ1 и УГ2, в результате чего на выходах систем преобразования выделяются сигналы, соответственно и1£Д1 и и1£Д2 , каждый из которых теперь уже имеет фиксированное, равное 1500 Гц, значение частоты.
Эти сигналы поступают на входы усилителей У1 и У2, которые их усиливают с доведением уровня их амплитуд до значения, обеспечивающего устойчивую работу частотных дискриминаторов ЧД1 и ЧД2. Последние путем сравнения значения час-
то для измерения значения разности фаз между ними Дф необходимо добиться равенства значений частот у этих сигналов. Последнее может быть достигнуто путем гетеродинного преобразования сигналов и£Д1 и и£Д2 соответственно двумя контурами автоматического изменения частот управляемых гетеродинов УГ1 и УГ2, осуществляющих перенос значений частот этих сигналов в другую область, и приводящих значения их частот равными соответственно 1500 Гц, в дальнейшем обозначающимся как fэ..
Согласно [4] при организации подобных частотных преобразований, проводимых с тем или иным сигналом, значение фазы последнего сохраняется неизменным.
Выбор указанного значения fэ обусловлен тем, что проведенный предварительный анализ изменения значения допплеровских приращений показал, что при достижении радиальной скорости перемещения МО 100 метров в секунду, что встречается в исключительных случаях, значения допплеров-ских приращений частоты не превышает 4-х кГц.
Практика схемотехнических решений, осуществляющих подобные частотные преобразования, хорошо отработана к настоящему времени [5]. Структурная схема организации частотного преобразования сигналов и£Д1 и и£Д2 применительно к использованию его в составе фазового детектора, который в свою очередь используется в составе МРЛ, приведена на Рис.1.
иупр д1
тоты выходных напряжений СМ1 и СМ2 с сигналом требуемого значения эталонной частоты fэ равным 1500 Гц, создаваемого эталонным генератором ЭГ и подающееся одновременно на ЧД1 и ЧД2, формируют управляющие напряжения иупр Д1 и иупр Д2,, значения и знаки которых будут определяться степенью и направлением отклонения значений сигналов допплеровских приращений частот и1£Д1 и и1£Д2, получаемых соответственно на выходах СМ1 и СМ2, от значения эталонной частоты fэ равно-го1500 Гц.
Следует отметить, что включение в контур цепи автоматического изменения частоты управляемых гетеродинов УГ1 и УГ2 фильтров нижних час-
ФНЧ1
упр д2
Рисунок 1
тот, соответственно ФНЧ1 и ФНЧ2, необходимо для придания астатизма данным контурам, т.е. чтобы в процессе работы не происходила потеря ими своей устойчивости.
Сформированные на выходах ЧД1 и ЧД2 и усиленные до требуемого значения усилителями постоянного тока, соответственно УПТ1 и УПТ2, управляющие напряжения иупр Д1 и иупр Д2 действуют на варикапы, входящие в состав УГ1 и УГ2, тем самым изменяя значения частот вырабатываемых последними напряжений, в результате чего частоты выходных напряжений ЧД1 и ЧД2 становятся одинаковыми и равными 1500Гц. Затем напряжения и1£Д1 и и1£Д2 поступают соответственно на первый и второй входы ФД, реализованного по традиционной схеме [6], на выходе которого формируется напряжение постоянного тока, амплитуда которого определяется разностью фаз сигналов допплеровских приращений частоты разнесенных по частоте зондирующих сигналов £И1 и ±И2 МРЛ. Далее данное напряжение используется в системе
обработки МРЛ для окончательного получения значения расстояния до обнаруженного МО.
Практически все используемые в структуре СФД функциональные узлы могут быть реализованы при помощи схемотехнических предложений, на базе операционных усилителей, приведенные в [7]. При этом с целью улучшения линейности их передаточных характеристик, а в целом значит и улучшения метрологических характеристик всего СФД, рекомендуется воспользоваться методом структурной коррекции погрешности передаточной функции каждого ОУ [8], используемого при реализации того или иного функционального узла в составе СФД.
В заключении следует отметить, что предлагаемый метод построения измерителя на базе специализированного фазового детектора может быть использован везде, где возникает необходимость оценки фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами, имеющими различные значения частоты повторения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мещеряков В. С., Чайковский В. М. Метеорологический радиолокатор. - Труды междунар. симпозиума "Надежность и качество" Т. 2, Пенза, 2012 г.
2. Обеспечение помехоустойчивости информационных коммуникаций в интеллектуальной радиолокационной системе / А. Н. Якимов, В. Б. Лебедев // Научный журнал Изв. высш.уч.завед. Поволжский регион.- 2 012.-№1.
3. Радиотехнические системы. Под ред. проф. Ю. М. Казаринова. 1990 г.
4. Кочегаров И.И. Программно-аппаратный комплекс разработки РЭС на основе ПЛИС и исследования их механических параметров / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 421-424.
5. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы М.: "Радио и связь", 1994.
6. Мамий А. Р., Тлячев В. Б. Операционные усилители. - Майкоп: АГУ, 2005.
7. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: "Высшая школа"., 1990
8. Кочегаров И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / Кочегаров И.И., Ханин И.В., Лысенко А.В., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105114.
9. Гаврилов С.А. Искусство схемотехники. Просто о сложном. - Т1,Т2 - СПб.: "Наука и техника", 2011.
10. Чайковский В.М. Мартяшин А.И. и др. Масштабный усилитель: А.С. СССР № 1120356, БИ № 39, 1984.
УДК 537.871.7
Белов А.В., Мещеряков В.С., Чайковский В.М.
ФГБОУ ВПО «Пензенский Государственный Университет», Пенза, Россия
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ДОППЛЕРОВСКИЙ РАДИОЛОКАТОР
В настоящее время практическое использование получаемой, тем или иным способом, метеорологической информации выделяется в целый ряд прикладных направлений метеорологии, одним из которых, причем наиболее важнейшим, является синоптическое.
Сложно переоценить практическое значение знаний о причинах возникновения различных атмосферных явлений, а также умение не только предсказывать появление этих явлений, но и уметь своевременно давать предупреждение о приближении тех или иных опасных метео-образований (МО), представляющих угрозу привычному ходу жизнедеятельности человека.
Прогнозирование состояния условий погоды достаточно успешно может быть осуществлено с помощью допплеровского метеорологического радиолокатора МЕТЕОР-500С и метеоро-логического радиолокатора МРЛ-5, работающего в импульсном режиме и излучающего электромагнитную энергию сверхвысокочастотного диапазона (обычно с длинной волны X от одного сантиметра до десяти) в виде кратковременных зондирующих импульсов [1,2,3].
При помощи параболической антенны зондирующему излучению придается узконаправленный характер с шириной диаграммы направленности, как правило, не превышающей 0.5 градуса.
Когда распространяющийся зондирующий сигнал встречает на своем пути МО, часть его энергии отражается от него по направлению к приемной антенне.
Мощность принимаемого сигнала, много меньше по сравнению с мощностью излучаемого, поэтому
первый нуждается в усилении, сначала антенной, а затем приемником, и после детектирования он поступает на устройство визуального отображения информации.
МРЛ - 5 фиксирует наличие МО и его характеристики по косвенным признакам, таким как измерение высоты верхней границы, а так же отражаемости зондирующего сигнала от облачности. После чего с помощью радиолокационных критериев принимается решение об его опасности, причем радиус обнаружения опасных МО, находящихся над земной поверхностью на высоте 1 км., данным МРЛ не превышает 200 км.
Внедрение взамен устаревшего МРЛ более современных автоматизированных допплеровских радиолокаторов, позволяет получать информацию об облаках и ожидаемых осадках в режиме реального времени [2, 4]. Допплеровские МРЛ позволяют существенно повысить достоверность своевременного обнаружения приближающегося МО (шквала, смерча, града) и точно спрогнозировать присущее им количество осадков.
Суть предлагаемого устройства заключается в том, что в основе его работы лежит использование эффекта Допплера, проявляющегося на двух, разнесенных по значению частотах зондирующего сигнала, представляющего собой высокочастотное гармоническое колебание с фиксированным значением частоты. Данный прием позволяет, за счет проведения последующей операции усреднения результатов измерения радиальной скорости между измерениями на каждом значении частоты повторения зондирующего сигнала, что несомненно позволяет более точно оценить значение радиальной
