Автоматизация трассировки волноводов фазированных антенных решеток тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат наук Анамова, Рушана Ришатовна

• Анамова, Рушана Ришатовна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Анамова, Рушана Ришатовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ..........................................................................................................................................5

ИНДЕКСЫ..........................................................................................................................................................6

ОБОЗНАЧЕНИЯ........................................................................................................................................7

ГЛОССАРИЙ..................................................................................................................................................9

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................10

■ Предпосылки для автоматизации трассировки волноводных

трактое фазированных антенны, решеток............................................................10

12

■ Обзор существующих решений.................................................

■ Актуальность предметной области........................................

■ Методологические и теоретические основы исследования......................15

■ Основные научные положения, выносимые на защиту................................17

■ Практическая ценность диссертационной работы......................................17

■ Внедрение результатов работы..............................................................................................18

■ Апробация результатов......................................................................................................................18

■ Структура и объем работы........................................................................................................^ £

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОЙ

ТРАССИРОВКИ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ........................................................22

1.1. Постановка задачи.......................... ........................................................................22

1. 2. Характеристика критериев и ограничений............. ....................................23

1.3. Математическая постановка задачи................. ..............................................30

1. 4. Место трассировки волноводных трактов на этапах

проектирования фазированных антенных решеток......................................31

1.5. Выявление особенностей геометрии волноводных трактов на

основе анализа конструкций трактов крупноапертурных ФАР....

1. 6. Выводы по главе 1..............................................................................................................................44

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ .... 45

2.1. Анализ существующих методов трассировки.......................... 45

2. 2. Анализ моделей рабочего поля, применяемых для решения задачи

48

трассировки объектов......................................................

2. 3. Построение математических моделей для решения задачи

50

трассировки волноводных трактов......................................

50

2. 3. 1 Разработка модели сегментного рабочего поля.................

54

2. 3. 2 Построение структурной математической модели..............

2. 3. 3 Оценка разработанной математической модели..................

2. 4. Разработка методического обеспечения автоматизированной

59

трассировки волноводных трактов.......................................

2. 4. 1 Адаптация тополого-геометрического метода к задаче

59

трассировки волноводных трактов.................................

2. 4. 2 Разработка методики обеспечения равнодлинности ветвей

61

тракта.....................................................................

69

2. 4. 3 Реализация многослойной трассировки...........................

71

2. 5. Выводы по главе 2.............................................................

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ................. 72

3.1. Анализ методов математического программирования и основные

принципы программной реализации..................................... 72

3. 2. Анализ существующих алгоритмов трассировки объектов........... 77

3. 3. Разработка алгоритма трассировки волноводных трактов............ 81

3. 4. Проектирование программного модуля трассировки волноводных

трактов Waveguide Design Solution....................................... 89

3.4. 1. Требования, предъявляемые к программному модулю........ 89

3. 4. 2. Интеграция программного модуля с системой

геометрического моделирования................................... 90

3.4.2.1. Сравнительный анализ современных САПР и выбор СГМ для интеграции..........................................................90

3.4.2.2. Основные принципы интеграции программного модуля с СГМ Solid Works............................................................ЮЗ

3. 4. 3. Архитектура программного модуля WDS......................................Ю4

3. 4. 4. Назначение, принцип работы и возможности модуля..................Ю6

3. 4. 5. Интерфейс пользователя..........................................................................................107

3. 4. 6. Исходные данные и настройки программы............................................i ¡q

3. 4. 7. Представление результатов....................................................................................Ш

3.5. Результаты тестирования программного модуля WDS..............................ц2

3.6. Верификация результатов исследования.................................

3. 7. Выводы по главе 3.............................................................

ГЛАВА 4. ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ WDS И ПРОЕКТНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ................................................................. 119

4.1. Преимущества программного модуля WDS по сравнению с существующими решениями................................................ П9

4.2. Проектные рекомендации по применению разработанного программного модуля трассировки волноводных трактов............ 9

4.3. Выводы по главе 4.............................................................

ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................................133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................................................135

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................................137

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................................148

Приложение 1. Материалы о внедрении............................... 148

Приложение 2. Дистрибутив и демонстрационная презентация

программного модуля WDS.....hif^:.. ..... 151

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация трассировки волноводов фазированных антенных решеток»

ВВЕДЕНИЕ

Предпосылки для автоматизации трассировки волноводных трактов фазированных антенных решеток

Фазированные антенные решетки (ФАР) относятся к наиболее

эффективным и перспективным антенным системам, поскольку позволяют:

^ одновременно обнаруживать и сопровождать большое

количество воздушных целей (в том числе низколетящих и малоразмерных);

^ осуществлять быстрый обзор пространства;

^ адаптироваться к конкретной радиообстановке;

^ осуществлять предварительную обработку

сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов и т.д.

Перечисленные преимущества ФАР обусловили их широкое

применение в составе наземных систем связи для управления воздушным

движением, радиолокационных станций (РЛС) авиационных комплексов

радиолокационного дозора и наблюдения, радиолокационных комплексов

противоракетной и противовоздушной обороны.

Совершенствование антенной техники, повышение тактико-

технических требований по дальности действия, по точности и качеству

распознавания целей влечет за собой значительное увеличение мощности

излучаемого сигнала, повышение рабочей частоты станций и расширение

полосы излучаемого и принимаемого сигнала. Зачастую это приводит к

увеличению количества излучающих элементов ФАР и, как следствие,

усложнению конструкции.

Неотъемлемой частью ФАР являются линии передачи

электромагнитной энергии (тракты). Антенно-фидерный тракт несет

множество функций: осуществляет канализацию электромагнитной энергии,

обеспечивает правильный режим входных и выходных цепей передатчика и

приемника, выполняет предварительную частотную фильтрацию сигналов,

может содержать коммутирующие цепи и поворотные соединения, а также

устройства электрического управления режимом работы антенны по высокой

№

частоте, управления положением луча в пространстве и т.д. [58]. Тракты могут быть выполнены на основе волноводов, коаксиальных и оптических кабелей. В полу активных и пассивных ФАР, как правило, применяются тракты на основе волноводов, т.к. затухание в волноводе в области высоких частот значительно меньше, чем в оптическом кабеле. Кроме того, максимальная мощность, которую можно передать по оптическим кабелям меньше, чем максимальное значение мощности, передаваемой по волноводам. В активных ФАР (АФАР) передающее устройство соединяется с делителями мощности с помощью оптических кабелей, при этом в АФАР имеются активные элементы (усилители), увеличивающие мощность выходного сигнала.

Особую важность представляет задача проектирования трактов ФАР на основе волноводов (рис. 1.0), поскольку к конструкции таких трактов предъявляются жесткие радиотехнические требования (равнодлинность волноводных ветвей, соединяющих выходы делителя мощности с излучателями, минимальная длина тракта, минимальное количество изгибов волноводов), при реализации которых проектировщик сталкивается с массой

Рис. 1.0. Размещение волноводных трактов внутри конструкции апертуры: а) ФАР; б) подрешетка ФАР (вид со стороны монтажа трактов).

ограничений: конструкторских (ограниченное пространство для размещения), технологических (стандартные радиусы изгиба волноводов, унификация длин и конфигураций волноводов), эксплуатационных (удобство сборки и ремонта конструкции).

Определение конкретного исполнения тракта является сложной задачей и выполняется инженером высокой квалификации. Поиск оптимальной по заданным критериям конструкции волноводного тракта значительно увеличивает трудоемкость проектирования антенной системы, что создает предпосылки для автоматизации процесса конструирования тракта. Такая задача актуальна для крупноапертурных ФАР, у которых размер антенного полотна достигает нескольких сотен и даже тысяч длин волн.

Обзор существующих решений

Вопросы применения ЭВМ в процессе проектирования различных устройств СВЧ рассматривались, начиная с 1980-х гг. [2],[21],[24],[58], [76], [90]. Создание систем автоматизированного проектирования (САПР) было призвано обеспечить выполнение возрастающего объема проектно-конструкторских работ в приемлемые сроки, используя ограниченные людские и материальные ресурсы [58]. В 1990-х гг. на предприятии ОАО «Радиофизика» (г. Москва). З.А. Янукъян и Ю.Б. Иншаковой был разработан модуль «ТРАКТ» в среде графического пакета AutoCAD, который позволял получить плоскую трассировку волноводов с применением углов изгиба 90° и 45°, а также содержал библиотеку 20-изображений наиболее часто применяемых волноводных элементов. Графические аспекты трассировки реализованы в программном модуле с применением функций, предоставляемых AutoCAD, а сам алгоритм трассировки заложен в дополнительный программный модуль «Трасса» (Trassa), написанный на языке AutoLisp в среде AutoCAD. Программа «Трасса» позволяла производить расчет длины основного тракта, выдавала информацию о длинах сегмента и тракта в процессе редактирования, выполняла расчет

участков под основной волновод и постоянные элементы при операции разбивки тракта на участки. В основу программы заложена методика корректировки длин ветвей тракта, которая заключается в добавлении «петли» (своего рода «геометрического шаблона») в волноводные линии, подлежащие удлинению. Длина «петли» и ее конфигурация рассчитывались программой по формулам тригонометрии. При этом применены такие возможные варианты корректировки длины трасс, как: добавление в прямолинейную трассу «петли» с поворотом на 180°, удлинение прямых участков при изгибе на 45° и 90°. Модуль «ТРАКТ» не получил распространения из-за своей ограниченной функциональности: фиксированные углы изгиба трасс, однослойная 20-трассировка.

С развитием САПР для конструирования антенных систем стали применяться системы твердотельного моделирования: SolidWorks, ProEngineer, CATIA и др. Однако удобство трехмерного представления конструкции сопряжено с необходимостью построения ЗО-модели каждой детали. Подобная рутинная работа отнимает большое количество времени. При этом такие задачи, как расчет суммарной длины, а также длины каждой волноводной линии тракта, оптимизация конструкции, зачастую, по-прежнему должны решаться проектировщиком.

В последнее время наблюдается тенденция к универсализации представленных на рынке САПР программных продуктов: разработчики стремятся включить в состав своих программных пакетов как можно больше модулей, предназначенных для решения узкоспециализированных задач различных отраслей промышленности. В статье [55] описаны широкие возможности модулей программы CATIA V5 «Схемы волноводов» (Waveguide Diagram) и «Проектирование волноводов» (Waveguide Design) для разработки волноводных линий коммуникационных систем в судостроении. Модули позволяют осуществлять трассировку волноводных систем по палубе корабля, а также проектировать узлы их крепления. Необходимо отметить, что зарубежные САПР представляют собой своего

13

рода «черный ящик», поскольку заложенные в их основу методы и алгоритмы скрыты от пользователя. В связи с этим внести коррективы в работу программы и адаптировать ее под решение конкретной задачи не представляется возможным. Кроме того, зарубежные САПР ориентированы на свои системы стандартов при конструировании и не всегда поддерживают российские стандарты радиопромышленности. Упомянутый выше модуль «Проектирование волноводов» поставляется со стартовым каталогом трасс и соединительных деталей в соответствии со стандартом American National Standard Institute (ANSI).

Отечественные САПР трехмерного моделирования (КОМПАС,Т-Flex), к сожалению, не имеют в составе программных модулей, позволяющих производить трассировку волноводных трактов с учетом требования равнодлинности и произвольной конфигурации трасс. Кроме того, САПР, применяемые для решения узкоспециализированных задач на предприятиях радиотехнической промышленности, как правило, на них же и разработаны, потому являются «закрытыми».

Проведенный обзор САПР, применяемых для проектирования радиолокационных комплексов, показал, что задача автоматизированной трассировки волноводных трактов ФАР, соединяющих выходы делителя мощности с излучателями, не решена в полном объеме и является актуальной как с точки зрения выбора метода трассировки, так и с позиции разработки методики автоматизации проектирования. Это обусловлено, прежде всего, тем, что часть существующих программ трассировки волноводов не предназначена для трассировки с обеспечением условия равнодлинности волноводных ветвей тракта, а часть программ для трассировки волноводов внутри конструкции апертуры ФАР не обладает интеграцией с системами твердотельного моделирования и не позволяет выполнять многослойную пространственную трассировку с произвольными углами изгиба. Трассировка волноводов с произвольными углами изгиба позволила бы

эффективнее использовать монтажное пространство и сократить суммарную длину тракта за счет более компактного исполнения.

Необходимо отметить, что произвольные углы изгиба возможно реализовать не для всех волноводных трактов. Часто многомодовые волноводы, имеющие круглое сечение, целесообразно изгибать только под углом 90°.

Актуальность предметной области

В связи с тем, что системы 20-проектирования в настоящее время почти полностью вытеснены системами ЗО-проектирования, актуальной является разработка методов пространственной трассировки, а также процедур перехода к твердотельной модели после получения эскиза пространственной трассировки. Твердотельная модель открывает возможности обмена данными с САПР для радиотехнических и инженерных расчетов (в виде файлов нейтрального формата) и позволяет решать задачу проектирования тракта комплексно: построение модели - предварительный радиорасчет - проработка конструкции - окончательный радиорасчет -расчет на резонансные воздействия - корректировка конструкции. В настоящее время построение твердотельной модели трактов, расположенных внутри апертуры, как правило, осуществляется вручную и занимает длительное время.

Методологические и теоретические основы исследования включают фундаментальные труды, посвященные:

S методам и алгоритмам трассировки объектов (Абрайтис Л.Б. [1], Базилевич Р.П. [15,16], Забалуев H.H., Петренко А.И., Тетельбаум А.Я. [67], Широ Г.Э. [96], Lee C.I. [108], Gomoiy R.E. [100,101] и др.),

S разработке математических моделей объектов проектирования (Курейчик В.М. [41], Деньдобренько Б.Н.[27] и др.),

•S автоматизированному проектированию антенн и устройств СВЧ [14], [21], [76] (Воскресенский Д.И., Гринев А.Ю., Кременецкий С.Д. и др.).

В работах Гумербаева Р.Р. [25], Курейчика В.М. [40], Лебедева Б.К.

15

[44] рассмотрены особенности применения генетических алгоритмов для решения задач трассировки.

Работы Базилевича Р.П. [15,16], Дмитриева П.И. [28], Петросяна Г.С. [69,70], Полубасова О.Б. [73] посвящены методу гибкой трассировки на модели крупнодискретного топологического рабочего поля с триангуляцией Делоне. Топологические алгоритмы трассировки многослойных печатных плат рассмотрены в работах Забалуева H.H., Петренко А.И. и Тетельбаума А.Я.[67] Некоторые положения вышеперечисленных авторов легли в основу разработанной соискателем методики обеспечения равнодлинности с применением топологических приемов на квазисегментном рабочем поле.

Изученные источники содержат работы по трассировке печатных плат и больших интегральных схем (Горбачев A.A. [23], Дмитриев П.И. [28], Лузин М.С. [46-52], Петросян Г.С. [69,70], Полубасов О.Б. [53,54,73], Попов Ю.И.[74], Селютин В.А. [83] и др.), по трассировке трубопроводов (Егоров С.Я. [30], Малыгин E.H. [57], Немтинов В.А.[29] и др.). Анализ работ показал, что задача трассировки волноводов в случае многослойной разводки более близка к задаче трассировки многослойных печатных плат по характеру накладываемых ограничений к геометрии трасс и по принципу трассировки. Выявленная аналогия между трассировкой дифференциальных пар в печатном монтаже и трассировкой волноводных трактов внутри апертуры ФАР по накладываемым условиям равнодлинности трасс позволила рассмотреть возможность применения решений по трассировке проводников печатных плат для трассировки волноводов.

В качестве методов исследования работе применены методы теории графов, теории множеств, методы линейного программирования, технологии баз данных. Выявление особенностей геометрии тракта осуществлено на основе анализа конструкций крупноапертурных ФАР наземного базирования. Математическая задача трассировки волноводных трактов внутри конструкции апертуры ФАР представлена как задача многокритериальной дискретной оптимизации.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика трассировки волноводных трактов внутри апертуры ФАР с возможностью пространственной реализации (однослойной и многослойной трассировки) и произвольными углами изгиба трасс.

2. Методика обеспечения равнодлинности трасс, основанная на переходе к квазисегментному рабочему полю.

3. Модель сегментного рабочего поля на основе адаптивной радиальной сетки.

4. Алгоритм корректировки длин трасс.

5. Архитектура программного модуля пространственной трассировки волноводных трактов WDS, интегрированного с СГМ SolidWorks.

Практическая ценность диссертационной работы

1. На основе разработанного методического и алгоритмического обеспечения создан программный модуль пространственной трассировки волноводных трактов Waveguide Design Solution (WDS), поддерживающий интеграцию с системой геометрического моделирования (СГМ) SolidWorks. Разработанный программный модуль позволяет:

• производить однослойную и многослойную трассировку волноводов внутри апертуры ФАР с заданными ограничениями;

• реализовывать трассы произвольной конфигурации с обеспечением условия их равнодлинности;

•экспортировать рассчитанные трассы в SolidWorks в виде ЗО-модели.

2. Использование разработанного программного модуля WDS при проектировании реальных конструкций ФАР позволило:

•сократить сроки на проектирование волноводных трактов в 3 раза по сравнению с ручным проектированием, •сократить суммарную длину тракта на 4%,

•сократить стоимость изготовления тракта на 34% за счет уменьшения количества изгибов волноводных ветвей тракта

Внедрение результатов работы

Разработанные методика пространственной разводки волноводных трактов, методика обеспечения равнодлинности трасс и программный модуль внедрены на предприятии ОАО «Радиофизика», а также в учебный процесс на кафедре 904 «Инженерная графика» МАИ в качестве составляющей практических работ, что подтверждается соответствующими актами внедрения (приложение 1).

Апробация результатов

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических (НТК) и научно-практических (НПК) конференциях: IX Молодежная НТК «Радиолокация и связь - перспективные технологии» (ОАО «Радиофизика», 2011 г.), Московская молодёжная НПК «Инновации в авиации и космонавтике -2013» (Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2013 г.), Международная НПК «Наука и образование XXI века», г. Уфа (Научный центр «Аэтерна», 2013 г.), 23-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» КрыМиКо'2013, г. Севастополь, Украина (Севастопольский национальный технический университет (СевНТУ), 2013 г.), IX Международная конференция по теории и технике антенн, г. Одесса, Украина (Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, 2013), IV НТК молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО» (ОАО «ГСКБ «Алмаз-Антей», 2013 г.).

Содержание диссертационной работы отражено в 11 печатных работах [4-13,97], в том числе в 4 периодических изданиях, рекомендованных ВАК [5,6,10,11].

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов,

18

заключения, библиографического списка (112 работ отечественных и зарубежных авторов) и приложения. Общий объем диссертации - 136 страниц, включая 13 таблиц и 34 рисунка.

Во введении дан обзор существующих решений автоматизированной трассировки волноводных трактов, обоснована актуальность предметной области, описаны методологические и теоретические основы исследования, приведены полученные научные результаты, сформулирована практическая ценность диссертационной работы, а также дана общая характеристика диссертации.

Первая глава состоит из пяти частей и посвящена постановке задачи. Сформулированы цель, объект и предмет исследования. Обозначены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели. Формализованы конструкторские и технологические ограничения на трассировку волноводных трактов. Дана математическая постановка задачи трассировки волноводных трактов внутри конструкции апертуры ФАР как задачи многокритериальной дискретной оптимизации. Определено место трассировки волноводного тракта на этапе проектирования антенных устройств. Проведен обзор конструкций волноводных трактов крупногабаритных ФАР и выявлены основные конструктивные особенности трактов, расположенных внутри апертуры.

Вторая глава состоит из четырех частей и посвящена разработке

научно-методического обеспечения САПР для трассировки волноводов.

Оценена применимость существующих методов трассировки объектов к

задаче трассировки волноводных трактов, указаны их достоинства и

недостатки. Для решения задачи выбран тополого-геометрический метод.

Проанализированы модели рабочего поля, используемые для трассировки

объектов, выявлены их недостатки и показана неэффективность применения

существующих моделей рабочего поля для решения задачи трассировки

волноводных трактов. Предложена и описана модель сегментного рабочего

поля в виде адаптивной радиальной сетки. Разработана структурная

19

(геометрическая) математическая модель элементов конструкции подрешетки ФАР. Произведена оценка адекватности математической модели. Предложена методика трассировки волноводного тракта внутри конструкции апертуры ФАР. Проведен анализ существующих методик, позволяющих получать трассы заданной длины. Предложена методика обеспечения равнодлинности трасс на основе топологических приемов и показаны ее преимущества по сравнению с существующими методиками корректировки длин трасс.

Третья глава состоит из шести частей и посвящена вопросам разработки алгоритмического обеспечения САПР для трассировки волноводных трактов и его программной реализации. Проведен анализ существующих алгоритмов трассировки объектов, отмечены их достоинства и недостатки. Выбран параллельный подход к проведению трасс. Задача нахождения трасс минимальной длины сведена к задаче линейного целочисленного программирования (ЗЦП). На основе проведенного анализа методов математического программирования для решения ЗЦП выбран третий алгоритм Гомори. Для решения второго этапа задачи предложен алгоритм корректировки длин трасс. Описана программная реализация алгоритма в разработанном модуле для трассировки волноводных трактов \VSD- На основе анализа САПР, применяемых для проектирования антенных систем, для интеграции с программным модулем трассировки волноводов выбрана СГМ 8оНсГ\\^огкБ. Описаны основные принципы интеграции программного модуля с ВоПёХУогкБ. Приведены результаты тестирования программного модуля для расчета реальных конструкций трактов подрешеток ФАР. Произведена верификация разработанных методик и алгоритма на предмет корректности получаемых результатов.

Четвертая глава состоит из двух частей. В первой части определены преимущества программного модуля по сравнению с существующими

решениями для трассировки волноводных трактов. Во второй части главы даны проектные рекомендации по применению программного модуля.

В приложении представлены материалы о внедрении результатов диссертационного исследования, дистрибутив и демонстрационная презентация разработанного программного модуля

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Анамова, Рушана Ришатовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совершенствование антенной техники, расширение и усложнение круга решаемых ею задач требует совершенствования конструкций фазированных антенных решеток. Увеличение числа излучающих элементов влечет за собой усложнение трассировки волноводных трактов, соединяющих делитель мощности с излучателями и расположенных внутри конструкции апертуры. В процессе проектирования таких трактов инженер сталкивается с массой ограничений, как радиотехнических, так и конструкторско-технологических.

Решение задачи трассировки волноводных трактов внутри конструкции апертуры требует разработки программного модуля САПР, интегрированного с СГМ, который позволил бы инженеру-проектировщику в минимальные сроки рассчитать пространственный вариант трассировки тракта с учетом заданных ограничений, рассмотреть несколько альтернативных вариантов трассировки тракта и оценить их применимость для конкретной ФАР, а также экспортировать полученный вариант трассировки в СГМ для последующей проработки ЗО-модели.

Для обеспечения заданных требований программный модуль должен обладать следующими качествами:

• высокой скоростью расчета и точностью результатов;

• иметь интеграцию с современной системой объемного геометрического моделирования, в которой работают проектировщики;

• обладать удобным интерфейсом пользователя;

• предъявлять невысокие требования к квалификации пользователя.

Проведенный анализ САПР для трассировки волноводов показал практическую неприменимость существующих программных продуктов для решения задач трассировки трактов, соединяющих делитель мощности с излучателями и расположенных внутри конструкции апертуры, что

обусловило выбор направления диссертационного исследования.

135

Методологической и теоретической основой исследования стали труды ведущих специалистов в области трассировки объектов и в области автоматизированного проектирования антенных устройств.

Научная новизна диссертации заключается в разработке научно-методического обеспечения САПР, включающего методики, алгоритмы и программные средства проектирования волноводных трактов ФАР, которые позволяют решать задачу трассировки с учетом радиотехнических и конструкторско-технологических ограничений.

В ходе работы предложены и апробированы:

1) методика пространственной трассировки волноводных трактов ФАР на основе тополого-геометрического метода;

2) методика обеспечения равнодлинности трасс на квазисегментном рабочем поле;

3) модель сегментного рабочего поля на основе адаптивной радиальной сетки;

4) алгоритм корректировки длин трасс, реализующий разработанную методику обеспечения равнодлинности.

Разработан программный модуль \\nDS для автоматизированной пространственной трассировки волноводных трактов внутри конструкции апертуры ФАР, работающий в интегрированном режиме с СГМ ЗоПсГ^/Уогкз и обеспечивающий точное и оперативное решение конструкторских задач.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Анамова, Рушана Ришатовна, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1 Абрайтис Л.Б. Автоматизация проектирования топологии цифровых интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1985. 197 с.

2 Автоматизированное проектирование устройств СВЧ / Под ред. В.В. Никольского. М.: Радио и связь, 1982. 232 с.

3 Алиев Т.И. Основы моделирования дискретных систем. СПб.:СПбГУ ИТМО, 2009. 363 с.

4 Анамова P.P. Автоматизация трассировки волноводов в комплексах авиационной радиолокации // Сб. докл. Московской молодежной научно-практической конференции «Инновации в авиации и космонавтике - 2013». Москва. 2013. С.201-202.

5 Анамова P.P. Трассировка волноводных трактов наземных фазированных антенных решеток // Журнал «Нелинейный мир», 2013. №11, с.806-811.

6 Анамова P.P. Проблемы трассировки волноводов в антенных устройствах авиационной спутниковой связи // Труды МАИ: электронный журн. 2013. №66. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php

7 Анамова P.P. Разработка автоматизированной системы трассировки волноводных трактов // Сб. докл. IV НТК молодых ученых и специалистов «Антенная техника и СВЧ-электроника». Москва. 2013. С.108-113.

8 Анамова P.P. Разработка алгоритмического обеспечения автоматизированной трассировки волноводных трактов фазированных антенных решеток // Сб. докл. Международной научно-практической конференции «Наука и образование XXI века». Уфа. 2013. С. 16-23.

9 Анамова P.P., Рипецкий A.B. Волноводные тракты: некоторые аспекты автоматизации проектирования // Сб. докл. 23-ей Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2013). Севастополь.

2013. Т.2. С. 626-628.

10 Анамова P.P., Рипецкий A.B. Вопросы автоматизации конструкторских работ при проектировании комплексов авиационной радиолокации // Труды МАИ: электронный журн. 2013. №70.

URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php

11 Анамова P.P., Рипецкий A.B. Методика автоматизации пространственной трассировки волноводных трактов // Известия Тульского государственного университета. 2013. №11, с.327-335.

12 Анамова P.P., Рипецкий A.B. Обзор современных САПР антенных систем // Сб. докл. IX Молодежной научно-технической конференции «Радиолокация и связь - перспективные технологии». Москва. 2011. С.19-22.

13 Анамова P.P., Рипецкий A.B., Зеленов C.B. Анализ методов трассировки применительно к задаче разводки волноводных трактов фазированных антенных решеток // Молодой ученый: ежемесячный научный журнал, 2013. №9 (56). С.62. URL: http ://www.moluch.ru/ archive/5 6/

14 Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: Учеб. пособие для вузов / B.C. Филиппов, Л.И. Пономарев, А.Ю. Гринев и др.; Под. ред. Д.И. Воскресенского. — 2-е изд., доп. и перераб. М.: Радио и связь, 1994. 592 с.

15 Базилевич Р.П. Декомпозиционные и топологические методы автоматизированного конструирования электронных устройств. -Львов: Вища школа, 1981. - 168 с.

16 Базилевич Р.П. Основные принципы и обобщения алгоритмических методов гибкой трассировки межсоединений. Управляющие системы и машины, 1977. №6.

17 Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. - М.: Сов.радио, 1975. - 216 с.

18 Берж К. Теория графов и ее применения. М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. 319 с.

19 Богатырев P.C. Численные методы и основы моделирования. Волгоград, 2003. 48 с.

20 Бондарик В.М. Системы автоматизированного проектирования. Минск. БГУИР, 2006. 272 с.

21 Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ М.: Радио и связь, 1988. 240 с.

22 Вулихман В.Е., Эльберт JI.M. Методы линейного программирования в задаче трассировки многослойного электрического монтажа. - М.: ИТМ и ВТ АН СССР. Препринт № 21 за 1983 г. 37 с.

23 Горбачев A.A. Методы и алгоритмы пространственной трассировки печатных плат. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Калининградский государственный технический университет, 1999 г.

24 Гостюхин B.JI., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ. М.: Радио и связь, 1983. 248 с.

25 Гумербаев P.P. Трассировка на коммутационном пространстве генетическим алгоритмом URL: http ://nit.miem. edu.ru/sbornik/2009/sec 1 /007.html (дата обращения: 20.08.2013).

26 Давыдов П.С., Сосновский A.A., Хаймович И.А. Авиационная радиолокация: справочник. М.: Транспорт, 1984. 223 с.

27 Деньдобренько Б.Н. Автоматизация конструирования РЭА. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1980. 384с.

28 Дмитриев П.И. Математическое и программное обеспечение автоматизированого проектирования тонкопленочных микросборок. — Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 2003г.

139

29 Егоров С.Я. и др. Разработка алгоритмов трассировки технологических соединений с использованием многопроцессорной техники // Вестник ТГТУ, 2012. Том 18, №3. С. 583-587.

30 Егоров С.Я. Методология построения автоматизированной информационной системы принятия проектных решений по компоновке промышленных объектов. - Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Тамбовский государственный технический университет, 2008 г.

31 Зайцева Е.Н, Станкевич Ю.А. Некоторые современные методы решения оптимизационных задач. URL: http://www.masters.donntu. edu.ua/2006/kita/solovyova/library/method/met hod.htm (дата обращения: 22.08.2013)

32 Зыков A.A. Основы теории графов. М.: Наука, 1987. 384 с.

33 Зыков A.A. Теория конечных графов. Новосибирск: Наука, 1969. 544 с.

34 Карапетян A.M. Автоматизация оптимального конструирования ЭВМ. М.: Сов. радио, 1973. 150 с.

35 Колдоркина В.А. Некоторые алгоритмы теории графов. - Самара: Изд-во "Дискретная математика", 2002. - 36 с.

36 Конструкция дифференциальной пары - часть_L

URL: http://el-dvizhok.ru/konstrukciya-differencialnoi-pary-chast-1/(дата обращения: 25.08.2013).

37 Корбут A.A., Финкельштейн Ю.Ю. Дискретное программирование. М.: Наука, 1969. 368 с.

38 Коростылев A. Model Studio CS Трубопроводы. Трехмерный проект резервуарного парка нефтетерминала // CADmaster, 2011. №4. С.64-66.

39 Кофанов Ю.Н. Автоматизация проектирования РЭС. Топологическое проектирование печатных плат: электрон, учеб. пособие. Красноярск: ИПК СФУ, 2008. 225 с.

40 Курейчик В.М. Генетические алгоритмы и их применение. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002, 242 с.

41 Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР. - М.: Радио и связь. 1990. 352 с.

42 Лавров С.С. Программирование. Математические основы, средства, теория.

43 Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++: Пер. с англ. М.: «Издательство БИНОМ», 1997. 304 е.: ил.

44 Лебедев Б.К. Канальная трассировка на основе генетических процедур // Материалы всероссийской конференции «Интеллектуальные САПР-96». Известия ТРТУ, 1996. С.53-60.

45 Левитан Б.А., Толкачев A.A. Перспективы создания мощных радиолокационных станций миллиметрового диапазона длин волн // Радиотехника, 2009. №10 (с.63-68).

46 Лузин С., Полубасов О. О трудностях сравнения систем трассировки URL: http://catalog.gaw.ru/index.php?page=document&id=1411 (дата обращения: 15.05.2013).

47 Лузин С., Полу басов О. Топологическая трассировка: реальность или миф? URL:http://catalog.gaw.ru/index.php?page=document&id=1414fflaTa обращения: 20.06.2013).

48 Лузин С.Ю., Лячек Ю.Т., Полубасов О.Б. Автоматизация проектирования печатных плат. Система топологической трассировки TopoR.// СПб, СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2005. - 163С.

49 Лузин С.Ю., Полубасов О. Б. Топологическая трассировка: реальность или миф?/ЛЮА Expert. 2002. № 5, с. 42-46.

50 Лузин С.Ю., Полубасов О.Б. Возможности трассировщика TopoR. // CHIP NEWS, 2006. № 3.

51 Лузин С.Ю., Полубасов О.Б. О достоинствах изотропной трассировки // Электронные компоненты, 2006. №4.

52 Лузин С.Ю., Полубасов О.Б. Трассировка печатных плат.Новые методы решения старых проблем // САПР и графика, 1997. № 11.

141

С.58-59.

53 Лысенко A.A., Полубасов О.Б. Обеспечение заданной длины проводников в САПР TopoR. Современные электронные технологии, 2009. №4. С. 3-21.

54 Лысенко A.A., Полубасов О.Б. Проектирование высокоскоростных плат в САПР TopoR. Электроника: НТБ, 2010. №2. URL: http://www.electronics.ru/journal/articie/37 (дата обращения: 17.08.2013).

55 Лях С. Проектирование промышленных объектов, оборудования и систем с помощью CATIAV5. Рациональное управление предприятием, 2009. №9. С.60-62.

56 Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир, 1981.-324 с.

57 Малыгин E.H., Егоров С.Я., Немтинов В.А., Громов М.С. Информационный анализ и автоматизированное проектирование трехмерных компоновок оборудования химико-технологических схем. - Табов: Изд-во ТГТУ, 2006. - 128 с.

58 Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975. - 528 с.

59 Махлин Е. Трассировка печатной платы. Часть 2. Задание исходных данных. Технологии в электронной промышленности, 2009. №8. URL: http://www.tech-e.ru/2009 8 18.php (дата обращения: 25.06.2013).

60 Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Курейчик В.М. Применение графов для проектирования дискретных устройств. М.: Наука, 1974. 304 с.

61 Мельников О.И. Занимательные задачи по теории трафов. Мн.: ТетраСистемс, 2001. 144 с.

62 Морозов К.К., Мелихов А.Н., Одиноков В.Г. и др. Проектирование монтажных плат на ЭВМ. М.: Советское радио, 1979. 222 с.

63 Ope О. Теория графов. М.: Наука, 1980. 336 с.

64 Орлов А.И. Организационно-экономическое моделирование. 4.2: Экспертные оценки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 486 с.

65 Основы математического моделирования радиотехнических систем: учеб. пособие / A.A. Монаков; ГУАП. СПб., 2005. 100 е.: ил.

66 Петренко А.И., Семенков О.Н. Основы построения систем автоматизированного проектирования. Киев: Вища школа, 1984. 296 с.

67 Петренко А.П., Тетельбаум А.Я., Забалуев H.H. Топологические алгоритмы трассировки многослойных печатных плат. М.: Радио и связь, 1983. 152 с.

68 Петров А.Г. Модели данных в задачах трассировки // Материалы всероссийской конференции «Интеллектуальные САПР-96». Известия ТРТУ.С.206-207.

69 Петросян Г.С. Математическое обеспечение интеграции процессов оптимизации и редактирования топологии печатного монтажа в системе гибкой топологической трассировки. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПбГУТим.проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2005 г.

70 Петросян Г.С., Полубасов О.Б., Попов Ю.И., Попов С.И. Вычисление пути проводника в топологической трассировке печатного монтажа. URL: http://labl8.ipu.ru/proiects/conf2011/2/31 .htm (дата обращения: 10.10.2013).

71 Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М. : Сов.радио, 1975. 192 с.

72 Подиновский В.В., Ногин В. Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. - М.: Главная редакция физико-математической литературы. 1982. 256 с.

73 Полубасов О.Б. Математические модели и алгоритмы автоматизированной разводки соединений печатных плат и БИС. -Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 2001г.

74 Попов Ю.И., Попов С. И. Вычисление минимального по длине пути

проводника в топологической трассировке печатного монтажа. //

143

Вестник ИТМО, 2013. №5(87). URL:

http :// ntv. ifmo .ru/ru/article/3 839/article_3 839.htm (дата обращения: 10.09.2013).

75 Потапов Ю. Поговорим о трассировщиках. // Электронные компоненты, 2002. №3. С. 1-3.

76 Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д. Бахрара, Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1989. 368 с.

77 Прокушев Л.А. Дискретная математика (основы теории графов и алгоритмизации задач): Учеб. пособие / СПбГУАП. СПб., 2000. 82 е.: ил.

78 Рейнгольд Э., Нивергельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы: теория и практика. М.: Мир, 1980. 476 с.

79 Решетько А.И. Трассировка печатных плат с использованием модели монтажно-коммутационного пространства с пониженной дискретностью // Управляющие системы и машины, 1977. №2. С. 103107.

80 Романовский И.В. Алгоритмы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1977. 352 с.

81 Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.

82 Седжвик Р. Фундаментальные алгоритмы на С++. Алгоритмы на графах. СПб.: ООО "ДиаСофтЮП", 2002. 496 с.

83 Селютин В.А. Автоматизированное проектирование БИС. М.: Радио и связь, 1982. 113 с.

84 Скворцов A.B. Триангуляция Делоне и ее применение. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. 128 с.

85 Солтан П.С., Замбицкий Д.К., Присакару К.Ф. Экстремальные задачи на графах и алгоритмы их решения. Кишинев: Изд-во "ШТИИНЦА", 1973. 90 с.

86 Старостин Н.В., Балашов B.B. Использование гиперграфовой модели для гибкой трассировки соединений специализированных БИС // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2007. №6. С. 134-139.

87 Степанов В. Целочисленные задачи линейного программирования. Метод Гомори. URL: http://www.mathelp.spb.ru/bookl/lprog8.htm (дата обращения: 21.09.2013).

88 Стешенко В.Б. Англо-русский словарь терминов в области САПР печатных плат. URL: http://www.dsol.ru/stud/book 1 /appendix/p 10.htm (дата обращения: 10.10.2013).

89 Стоян Ю.Г., Яковлев C.B. Математические модели и оптимизационные методы геометрического проектирования. Киев: Наукова думка, 1986. 268 с.

90 Теория и методы автоматизации проектирования вычислительных систем // Под. ред. Бреуера M. М.: Мир, 1977. 284 с.

91 Технологии радиолокации. К 50-летию ОАО «Радиофизика». - М.: Вече, 2010. - 480 с. ISBN 978-5-9533-5137-9.

92 Толкачев A.A. и др. Большая радиолокационная ФАР миллиметрового диапазона волн // Антенны, 1999. №1(42). С.4-10.

93 Уилсон Р. Введение в теорию графов. М.: Мир, 1977. 207 с.

94 Фейнберг В.З. Геометрические задачи машинной графики больших интегральных схем. М.: Радио и связь, 1987. 176 с.

95 Финкелыптейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. М.: Наука, 1976. - 264 с.

96 Широ Г.Э. Метод проектирования печатного монтажа, основанный на эвристических принципах. — В кн.: Методы разработки схем и конструкций цифровых систем. 4.2. - Л.: ЛДНТП, 1967.

97 Anamova R.R. Antenna arrays: waveguide layout designing automation // IX International Conference on Antenna Theory and Techniques. Odessa. 2013. pp.258-260.

98 Cong J., Kahng A., Robins G., Sarrafzadeh M., Wong C.K. Provably good perfomance-driven global routing // IEEE Trans. Computer-Aided Des., Vol. 11, No. 6, June 1992.

99 Duggar R., Holland T., Messinger H.P. A comparison of new and existing placement algorithms for auto-print circuit board layout // Proc. Nat. Electr. Conf., 1968. Vol. 29, pp.694-700.

100 Gomory R.E. Outline of an algorithm for integer solution to linear programs. Bull. Amer. Math. Soc., 1958, 64, №5. pp.275-278.

101 Gomory R.E., An all-integer integer programming algorithm. In "Industrial scheduling", Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice Hall, 0963, ch.13.

102 Hambrusch S.E. Channel Routing Algorithm for Overlap Models. // IEEE Trans. Computer-Aided Des., Vol. CAD-4, No.l, January 1985, p. 23-40.

103 Heisterman J. and Lengauer T. The efficient solution of integer programs fr hierarchical global routing. // IEEE Trans. CAD, Vol. 10, No.6, 1991, pp. 748-753.

104 Huang J. An efficient timing-driven global routing algorithm // Proc. Of 30th DAC, 1993. pp. 596-600.

105 Jiang Hu, Sachin S. Sapatnekar 'A Timing-constrained Algorithm for Simultaneous Global Routing of Multiple Nets' // Proc. of ICCAD 2001, pp.99-103.

106 Kastner R., Bozorgzadeh E., Sarafzadeh M. Predictable Routing // Proc. of ICCAD 2001, pp. 99-103.

107 Khellah M., Brown S., Vraneaic Z. Modelling Routing Delays in SRAM-based FPGAs. Canadian Conf. on VLSI, 1993.

108 Lee C.E. An algorithm for path connections and its applications, IRE Trans. Electron. Comp., 1961, EC-10, 3.

109 Preparata F.P., Lipski W. Optimal three-layer channel routing // IEEE Trans. Computers, Vol. C-33, pp. 427-437, 1984.

110 Swartz W. and Sechen S. A new generalized row-based global router // Proc. of ICCAD 93, pp.491-498.

111 Tolkachev A.A., Makota V.A., Pavlova M.P. et al. A Large-Apertured Radar Phased Array Antenna of Ka Band. // The 28 Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. 1998.

112 Toshiyuki Наша and Hiroaki Etoh "Single-layer automatic router" URL: http://www.trl.ibm.com/projects/optsim/opt/SLR/index_e.htm (дата обращения: 05.05.2013).