CC BY
99
represents the correlation values. Figure 2 shows the acquisition results of conventional circular correlation algorithm using longer integration time. From Figure 1 shows the clear peak to detect the satellite using DBZP algorithm, whereas in Figure 2 acquisition results shows no distinguished peak in spite of detected in spite of longer integration time .
tection of weak GLONASS signals in indoor positioning application. One algorithm uses circular correlation for the longer coherent integration and the second algorithm uses DBZP for coherent integration.
Figure 1 - Code phase acquisition result from
DBZP algorithm of an indoor GLONASS signal
Duration of one bit in GLONASS signal is 20ms. In this case when the circular correlation was used the data bit potentially can be lost because of long PIT and the code phase is changed every 20 millisecond. In other case when the DBZP algorithm was used the probability to lose the data bit is very low because of splitting the data into two consecutive blocks. That's why the weak signal from satellite No.4 was detected in indoor environment using DBZP algorithm.
The results of computation time show that the DBZP algorithm was approximately 90% faster than the conventional FFT/IFFT approach for signals with long integration time.
Conclusion
In this paper, comparison and analysis is made across two algorithms that use a PIT without the availability of any assisting information in de-
Figure 2 - Code phase acquisition result from circular correlation (FFT/IFFT) algorithm of an indoor GLONASS signal
The results demonstrate the ability of the DBZP algorithm to detect weak signals as compared with circular correlation (FFT/IFFT) algorithm which failed to detect the signal in indoor navigation. Also the results show that the DBZP algorithm can reduce the computation time by nearly 90% relative to conventional circular correlation using long integration time.
The expected result is that DBZP algorithm can be used for GLONASS system receiver's indoor navigation. The high sensitivity of acquisition is achieved with comparable hardware costs by using Double Blocked Zero Padding algorithm thus increases the efficiency and accuracy of positioning.
To conclusion, the DBZP consumes less time and power compared to circular correlation (FFT/IFFT) algorithm that is why Double Block Zero Padding (DBZP) is the algorithm more suitable for acquisition of weak signals.
REFERENCES
1. B. Parkinson and J. Spilker. Global positioning system: Theory and applications. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1996.
2. P. Misra and P. Enge. Global positioning system: Signals, measurements, and performance. Ganga-Jamuna Press. December 2001.
3. J. B. Y. Tsui. Fundamentals of global positioning system receivers: A software approach (second edition). Publisher: Wiley-Interscience. November 2004.
4. D. J. R. Van Nee and A. J. R. M. Coenen. New fast GPS code-acquisition technique using FFT. IEEE Electronics Letters. Vol. 27, No. 2. January 1991.
5. D. M. Lin and L. B. Y. Tsui. Acquisition schemes far software GPS receiver. Proceedings of ION GPS-1998, pp. 317-325. September 1998.
6. M. Foucras. Performance analysis of modernized GNSS signals acquisition. 2015.
7. M. L. Psiaki. Block Acquisition of Weak GPS Signals in a Software Receiver. Proc. ION-GPS 200. Salt Lake City. pp. 2838-2850. 2001.
8. K Mollaiyan, R Santerre, RJ Landry. Acquisition of Weak Signals in Multi-Constellation Frequency Domain Receivers. 2013.
9. N. I. Ziedan and J. L. Garrison. Unaided acquisition of weak gps signals using circular correlation or double block zero padding. Position Location and Navigation Symposium (PLANS) 2004. pp. 461-470. April 2004.
10. Borre, K, Akos, DM, Bertelsen, N, Rinder, P & Jensen. A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach. In A Software-Defined GPS and Galileo Receiver: A Single-Frequency Approach. 1 edn, Birkhauser Verlag GmbH, Boston. Applied And Numerical Harmonic Analysis. SH 2007.
УДК 629.73.083
Куатов Б.Ж., Байсанов А.З., Надрышин Р.Р.
Военный институт Сил воздушной обороны, Казахстан
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Авиационная техника, как при работе, так и при хранении подвергается непрерывному воздействию внешних условий и внутренних процессов, что приводит к снижению ее надежности.
Внешние воздействия проявляются тем значительнее, чем длительнее время нахождения авиационной техники в эксплуатации. Этот фактор принято оценивать календарным сроком эксплуатации.
На надежность авиационной техники помимо наработки и срока эксплуатации влияют также режимы работы, нагрузки, вибрации, перепады температур и давлений, акустические нагрузки. Величина этих воздействий и степень влияния на эксплуатационную надежность определяются интенсивностью полетов, характером полетных заданий,
профилем и режимами полета. Например, при полетах на малых высотах из-за больших скоростных напоров повышенные нагрузки испытывают обшивка и подкрепляющие ее элементы каркаса планера, а на больших высотах — герметические Кабины, системы герметизации.
Надежность отдельных изделий, элементов и систем зависит также от места их установки на летательном аппарате. Известно, что на одинаковых изделиях, установленных на разных летательных аппаратах, в местах с различным уровнем вибраций, нагрузок, температур, акустических нагру-жений, за один и тот же период эксплуатации происходит различное количество отказов.
Наряду с содержанием авиационной техники в состоянии высокой боевой готовности одной из главных задач инженерно-авиационной службы (ИАС) является обеспечение летной работы части без аварий и катастроф. Основой безопасности полетов является безотказная работа авиационной техники, ее высокая надежность в полете.
Как известно, основы надежности закладываются при разработке и производстве авиационной техники. Новое изделие имеет вполне определенный уровень надежности. Однако для сложных восстанавливаемых изделий авиационной техники он характеризует лишь потенциальные возможности этих изделий, так как для поддержания или повышения исходного уровня надежности в течение эксплуатации необходимо систематически проводить определенные профилактические мероприятия.
Сокращение и повышение уровня надежности в эксплуатации может быть достигнуто:
постоянным проведением работ, предусмотренных технической документацией по эксплуатации летательного аппарата;
анализом технического состояния, разработкой и внедрением предложений по усовершенствованию конструкции и правил эксплуатации авиационной техники.
Комплекс мероприятий по предупреждению отказов авиационной техники всегда направлен на своевременное обнаружение признаков их приближения и устранения возникающих неисправностей. Отличаясь по объему, содержанию и глубине контроля, мероприятия этого направления каждый раз заключаются в выявлении технического состояния и проведении работ, необходимых для того, чтобы изделие стало исправным и работало в течение предусмотренного времени. Таким образом, целью профилактики является обеспечение безотказной работы авиационной техники в установленных пределах и достижение заданной долговечности (технического ресурса).
Регламентные работы являются составной частью комплекса мероприятий, проводимых ИАС в целях поддержания эксплуатационной надежности авиационной техники.
Рисунок 1 - Сравнительная эффективность регламентных работ (Си и Со — количество исправных и первоначальное количество летательных аппаратов)
Регламентные работы — комплекс профилактических работ и проверок, выполняемых на устрой-
ствах авиационной техники в определенные (регламентированные) моменты времени периода эксплуатации и направленных на поддержание ее надежности в течение межрегламентного срока. При выполнении регламентных работ осуществляется всесторонний контроль технического состояния летательного аппарата, выявляются и устраняются неисправности его элементов и систем, регулируются и настраиваются регулируемые узлы, заменяются изношенные, отказавшие или выработавшие ресурс элементы и агрегаты, очищаются от загрязнений и смазываются требующие этого узлы и агрегаты.
Регламентные работы — эффективное средство сохранения в течение всего ресурса летно-техни-ческих характеристик в пределах установленных допусков и обеспечения безотказной работы авиационной техники в полете.
На рис. 1 показана сравнительная эффективность регламентных работ и предварительной подготовки, Изменение соотношения исправных и неисправных летательных аппаратов в части по мере увеличения их налета различно для случаев, когда оба вида работ не проводятся — линия 1, когда выполняется только предварительная подготовка— линия 2, когда выполняются и регламентные работы — линия 3.
Существующая система профилактики основывается на рациональном сочетании более частых кратковременных мероприятий (осмотров) с более редкими длительными работами (регламентными работами), позволяющими восстанавливать уровень надежности авиационной техники.
Эффективность профилактики может быть оценена следующими показателями:
Кпп — "
(1)
где Кпр — коэффициент, показывающий, какая доля общего количества отказов, проявившихся за определенный цикл работы, была обнаружена на земле во время проведения различного вида осмотров; пз — количество отказов и неисправностей, обнаруживаемых на земле; Пв — количество отказов, происходящих в полете;
К'пп — ;
(2)
где К'пр—коэффициент, показывающий, какая доля от общего количества неисправностей выявляется при данном виде осмотра (работы); и± — количество неисправностей, выявленных при 1-м виде осмотра;
(3)
К' = К" = К пп ' К пп Т.
где К''пр, К'''пр —коэффициенты, показывающие количество неисправностей, выявляемых за один час простоя на осмотре или на 1 чел. Ч. трудозатрат при проведении данного вида осмотра.
Для установления сроков и объема профилактических работ необходимо учитывать влияние ряда противоречивых обстоятельств. Так, с одной стороны, работы на авиационной технике как будто следует проводить возможно чаще, но, с другой стороны, частое и продолжительное их выполнение требует больших трудозатрат и отрицательно сказывается на боеготовности. Кроме того, практикой установлено, что при выполнении любой работы возможно внесение неисправностей в результате ошибок личного состава, механических повреждений, разрегулирования и др.
При наличии данных о величине параметра потока отказов, принимая и)=сопэ1, периодичность определенных работ можно установить, если задаться допустимой величиной вероятности безотказной работы а, т. е. если считать, что, например, полет возможен при условии Р (1) ^ а. Тогда, предполагая, что рассматриваемая работа восстанавливает надежность до первоначального уровня, можно определить ее сроки регламентных работ на основании зависимости.
Схема определения Ьр.р в соответствии с формулами (4) показана на рис. 2. Но формулами (4), составленными на основе идеализированной модели, можно пользоваться, только если известна величина параметра потока отказов, т. е. после накопления значительного опыта эксплуатации.
п
Пз+Пв
II
Рисунок 2 - Схема определения сроков регламентных работ при известных значениях а и
co=const
P(t) — е~
При P(t) = a t = tnp.; P(tp.p) — е~мпр — а;
Ina
Для проверки правильности назначения регламентных работ можно использовать Х-характери-стики. Регламентные работы следует производить тогда, когда величина интенсивности отказов начинает возрастать (рис. 3).
Содержание и объем отдельных работ на новой авиационной технике сначала устанавливаются на основе анализа изменения технического состояния предшествующих подобных объектов с учетом особенностей конструкции и эксплуатации изделия данного типа. В дальнейшем, но мере накопления опыта производятся уточнения и корректировка первоначальных вариантов регламента.
Степень выполнения другого важнейшего требования — обеспечения боевой готовности может быть частично оценена коэффициентом технического использования Кт изделия:
К^ — ■
tn
tn+tr.O+tec
(5)
где tn —налет (наработка за рассматриваемый период); tT.o, tBCT — соответственно общее время, затраченное на техническое обслуживание (без восстановления) и на восстановление (устранение неисправностей, ремонт) авиационной техники.
чистое оценки
где К'т — коэффициент возможного технического использования; tп — время пребывания летательного аппарата в исправном состоянии, независимо от того, находился он в полете или на земле.
Оценив и сопоставив коэффициенты Кт и К'т, можно судить об использовании и эксплуатационном совершенстве летательного аппарата, относительных затратах времени на все виды работ на авиационной технике и об организации ее эксплуатации.
В определенных случаях для оценки работоспособности изделия в промежутках между плановыми работами по техническому обслуживанию можно использовать коэффициент готовности Кг
t0 . > _ ^уп
> — -
Кг— -
tB.
(7)
Рисунок 3 - Определение периодичности регламентных работ с помощью Х-характеристик
Коэффициент технического использования показывает, какая доля от всего времени эксплуатации авиационной техники приходится на время полета. Чем больше значение Кт, тем меньше относительные затраты времени на техническое обслуживание и восстановление, тем, следовательно, выше эксплуатационные характеристики и лучше организована работа.
Однако коэффициент учитывает только время работы без простоев, поэтому для общего времени пребывания на техническом обслуживании и восстановлении применяется его другая форма:
К т — ■
Г <-,<-' Св.ср ■
'0+'в.ср "
где t0 — наработка на один отказ, ч; t в.ср — среднее время, затрачиваемое на устранение одного отказа, ч;
п — число отказов за рассматриваемое время.
Надежность ряда изделий может в первую очередь определяться величиной и скоростью изменения одного или нескольких параметров, называемых определяющими. Если существует такой параметр, который в основном характеризует работоспособность данного изделия, то, контролируя его величину в различные моменты времени, можно получить информацию, позволяющую прогнозировать постепенные отказы изделия и устанавливать сроки проведения регламентных работ. В качестве, каких определяющих параметров можно использовать величину зазора или люфта в сочленениях, время падения давления в герметической кабине, состав и количество осадков в масляном фильтре, толщину или зазор колодок колесных тормозов и т. п.
Поскольку обычно известна предельно допустимая величина определяющего параметра, после превышения, которой наступает отказ изделия, то, исследуя и анализируя его изменение по времени, можно оценивать и состояние изделия на данный момент, и предполагаемое время его отказа.
Рассмотрим группу, состоящую из СО новых изделий. Так как все они прошли технический контроль на заводе, можно считать, что вначале у них одинаковое значение определяющего параметра W0. Хотя обычно изменение параметра W по времени у каждого изделия происходит нелинейно, оно, как правило, монотонно и может быть аппроксимировано прямой, имеющей определенный угловой коэффициент В (рис. 4, а). Следовательно, любое изделие имеет одинаковое по виду уравнение изменения величины определяющего параметра по времени
W(t) = W0 + B(t) (8)
где В—угловой коэффициент, характеризующий скорость изменения параметра изделия (различный для разных изделий).
По своей природе величина В изменяется по нормальному закону. Согласно техническим условиям для всех изделий существует общее критическое значение параметра W(t), достижение которого означает отказ изделия. Ввиду случайного характера скорости изменения параметра W(t) время t(WKp) возникновения отказа, т. е. достижения Икр, является тоже величиной случайной и подчиняется, как правило, закону распределения.
Если имеются данные замеров по одному конкретному изделию, то, построив аппроксимирующую прямую по формуле (8) и определив скорость изменения параметра, т. е. В, легко найти и прогнозируемое время его отказа
_ Wkp-WQ
в
(9)
Для определения времени начала массовых отказов изделий ^.о поступают следующим образом. Зная закон изменения плотности распределения случайной величины — времени возникновения от-
t —
Жф - Wo В
Сп+Сг.0+Свс
находят точку пересечения касательной к кривой f(t) а-распределения с осью абсцисс. Эта точка и будет соответствовать искомому времени tH.о.
ш
Рисунок 4 - Расчет периодичности регламентных работ по определяющему параметру: а — схема изменения величины параметра; б — график функции
В результате аналитического решения данной задачи определяется общая зависимость Ьн.о от величин а и в:
¿н.о = Рд&у;
р =
_ ^кр-^0 _
(10)
образцов с учетом ее специфики и особенностей, а также с использованием рассмотренных и других возможных расчетных методов. По мере накопления опыта эксплуатации производится корректировка первоначально установленного регламента технической эксплуатации.
где д(а) — функция от а, общая для любых случаев, раз и навсегда построенная (рис. 4, б). вд(а)— математическое ожидание величины В, приближенно равное среднеарифметическому этой величины; ав— среднеквадратичное отклонение.
_ (Вь-Вср)2
^В - -¡¿1=1 "
(11)
Для предотвращения массовых отказов необходимо проводить работы в начале их появления или несколько раньше. Следовательно, найдя величину Ьн.о определяют и срок проведения регламентных работ. В заключение следует еще раз сказать, что в практике для новой авиационной техники содержание, объем, сроки профилактических работ вначале устанавливаются на основе данных испытаний, опыта эксплуатации, статистики отказов подобных
Рисунок 5 - Определение периодичности регламентных работ системы с общим резервированием
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров В. Г. Техническая эксплуатация авиационной техники. М.: Военное издательство, 1967. 416 с.
2. Анцелиович Л. Л. Надежность, безопасность и живучесть самолета. М.: Машиностроение, 1985.
296 с.
3. Аралов Г. Д. Состояние и перспективы решения задач повышения надежности, долговечности и ресурсов конструкции самолетов гражданской авиации. М.: Воздушный транспорт, 1984. 47 с.
4. Герцбах И. Б. Модели отказов. М.: Советское радио, 1966. 168 с.
5. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Стандар-тиздат, 1989. 32 с.
6. Деркач О. Я. Формирование систем технического обслуживания самолётов при их создании. М.: Машиностроение, 1993. 224 с.
7. Ицкович А. А. Надежность летательных аппаратов и двигателей. М.: МГТУ ГА, 1990. 104 с.
8. Гришко А.К. Структурные компоненты геоинформационных систем и их основные области применения / А.К. Гришко, А.С. Зорькин, В.Я. Баннов, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 287-288.
9. Юрков Н.К. К проблеме моделирования риска отказа электронной аппаратуры длительного функционирования / Н.К. Юрков, И.И. Кочегаров, Д.Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2015. № 4 (32). С. 220-231.
10. Пархоменко П.П., Согомонян Б.С. Анализ отказов и повреждений авиационной техники, влияющих на безопасность полетов. Тамбов: Грамота, 2013. № 10 (77). С. 177-180.
в
а —
УДК 629.075.8
Куатов Б.Ж., Кусаинов А.Б. , Сулейменов Е.А., Нуржанов Д.Х.
Военный институт Сил воздушной обороны, Казахстан
КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Актуальность прогнозирования технического состояния объектов военной авиационной техники обусловлена, зачастую, непомерно высокой стоимостью результата отказа отдельного элемента сложной технической системы, какой является современный летательный аппарат (ЛА). Эта цена становится крайне высокой в случаях, когда речь идет о жизни летного или технического состава. Затраты на мероприятия по повышению надежности могут быть соизмеримы с ценой отказа исследуе-
мого объекта, но не должны её превышать. В противном случае теряется целесообразность дальнейшей эксплуатации технической системы. В этой связи комплекс мероприятий по повышению надежности авиационной техники является достаточно дорогостоящим. Правильное прогнозирование технического состояния системы даёт возможность рационально выработать перечень и период проводимых работ - эксплуатационных мероприятий по управлению надежностью. Другими словами, делает
