Распределенная система приема телеметрической информации при испытаниях и эксплуатации летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.07, кандидат технических наук Большаков, Дмитрий Андреевич

• Большаков, Дмитрий Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Большаков, Дмитрий Андреевич

Введение.

1. Особенности приема телеметрической информации при испытаниях и эксплуатации летательных аппаратов.

1.1 Работа системы приема в различных режимах проведения испытаний.

1.1.1 Работа в штатных ситуациях.

1.1.2 Работа при тестовых проверках.

1.1.3 Режим приема телеметрической информации.

1.2 Особенности приема и обработки данных телеметрической информации!

1.2.1 Структура информации в выделенном канале телеметрической информации.

1.2.2 Структура сигнала телеметрической информации.

1.2.3 Физический интерфейс сигнала телеметрической информации.

1.3 Анализ используемых систем приема телеметрической информации.

1.3.1 Прием телеметрической информации с понижением частоты сигнала путем выделения модулирующего напряжения.

1.3.2 Прием телеметрической информации путем прямого детектирования.

Выводы.

2. Подсистемы системы приема телеметрической информации.

2.1 Архитектура системы приема телеметрической информации.

2.2 Подсистема промежуточной обработки сигнала в составе системы приема телеметрической информации.

2.3 Программно-аппаратные комплексы подсистемы сбора данных.

2.4. Подсистема понижения частоты в составе системы приема телеметрической информации.

2.5 Преобразование частоты сигнала телеметрической информации без выделения модулирующего напряжения.

Выводы.

3. Распределенная система приема телеметрической информации при испытании и эксплуатации летательных аппаратов.

3.1 Аппаратная реализация подсистемы понижения частоты в составе системы приема телеметрической информации.

3.1.1 Блок-схема разработанного устройства преобразования частоты в составе подсистемы понижения частоты.

3.1.2 Принципиальная схема разработанного устройства преобразования частоты в составе подсистемы понижения частоты.

3.1.3 Данные моточных узлов.

3.1.4. Конструкция источника питания.

3.1.5. Конструктивное исполнение конвертера.

3.2. Интегральные микросхемы преобразования частоты для работы с сигналами с дискретной частотно-фазовой модуляцией.

3.3 Расчет системы автоподстройки частоты гетеродина.

3.3.1 Функциональная схема.

3.3.2 Элементы системы и их математическое описание. Структурная схема

3.4 Имитационная модель системы приема телеметрической информации. 98 3.4.1 Описание имитационной модели системы приема телеметрической информации.

3.4.2 Эксперимент по оценке вероятности появления ошибок при приеме разработанной системы прием телеметрической информации на имитационной модели.

3.4.3 Эксперимент по оценке вероятности появления ошибок при приеме традиционной системы приема телеметрической информации.

3.4.4 Обработка результатов экспериментов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Распределенная система приема телеметрической информации при испытаниях и эксплуатации летательных аппаратов»

Актуальность темы. Работа посвящена решению технической задачи по разработке системы приема телеметрической информации с применением быстродействующей платы сбора данных, позволяющей повысить качество и надежность приема в процессе проведения летных испытаний и эксплуатации летательных аппаратов.

Совершенствование контрольно - приемного оборудования является важным направлением в области проведения испытаний. Это обстоятельство определяется усложнением оборудования полезной нагрузки, а так же служебных систем летательных аппаратов и, следовательно, формированием более высоких требований к качеству и надежности приема телеметрической информации.

В силу необходимости обрабатывать растущие потоки данных телеметрической информации с оборудования полезной нагрузки (датчики, научно-исследовательские измерительные приборы), а так же служебных систем космических и летательных аппаратов, регистрация данных при помощи приемного оборудования с единичным доступом становится затруднительной. Так же серьезную проблему представляют сбои в приеме телеметрии, так как при увеличении плотности потока данных повышается вероятность возникновения неоднозначных событий (когда сбой приема может быть интерпретирован как отказ бортового оборудования). Для исключения неоднозначностей (снижения вероятности их возникновения) качество приема и обработки телеметрической информации должно повышаться в соответствии с возрастанием плотности потока данных и увеличением количества потоков.

Таким образом, возникает потребность в создании системы приема, позволяющей осуществлять сбор данных в автоматическом режиме с возможностью организации множественного доступа с автоматизированных рабочих мест операторов. При этом необходимо обеспечить прием и обработку сигнала с минимальными вероятностью появления ошибок и временем восстановления после сбоя.

Поэтому возникает задача разработки системы приема телеметрической информации, основанной на ПК-интегрированной плате сбора данных, позволяющей с достаточной достоверностью обрабатывать и записывать телеметрическую информацию в режиме реального времени.

Целью работы является обеспечение множественного доступа и повышение надежности приема телеметрической информации при испытаниях и эксплуатации летательных аппаратов.

Задачи исследования.

1. Выявление особенностей приема телеметрической информации при испытаниях летательных аппаратов.

2. Анализ традиционных способов приема и обработки телеметрической информации летательных аппаратов.

3. Определение архитектуры предлагаемой системы приема телеметрической информации.

4. Разработка способа преобразования частоты сигнала телеметрической информации, от подсистемы промежуточной обработки сигнала до подсистемы сбора данных.

5. Аппаратная реализация системы приема телеметрической информации.

6. Разработка имитационной модели предлагаемой системы приема телеметрической информации, позволяющей производить сравнительный анализ различных схем приемного оборудования.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

1. Сформирована архитектура системы приема телеметрической информации, позволяющая осуществлять сбор и хранение данных в автоматическом режиме, в реальном времени, с поддержкой множественного доступа с автоматизированных рабочих мест операторов.

2. Предложен способ преобразования частоты сигналов телеметрической информации без выделения модулирующего напряжения с возможностью автоподстройки частоты гетеродина, позволяющий снизить вероятность появления ошибок и время восстановления после сбоя.

3. На основе предложенной архитектуры и способа преобразования частоты сигнала телеметрической информации разработана система приема телеметрической информации, позволяющая повысить надежность приема и обеспечить множественный доступ с автоматизированных рабочих мест операторов.

4. С использованием построенной имитационной модели системы показано, что предложенная система приема телеметрической информации позволяет снизить вероятность появления ошибок при приеме по сравнению с традиционно используемыми системами.

Практическая значимость работы:

1. Разработанная схема системы приема телеметрической информации позволяет упростить аппаратную обработку сигнала при испытаниях наряду с повышением надежности и расширением возможностей за счет организации множественного доступа и распределения потоков информации программными средствами.

2. Предложенный способ преобразования частоты сигналов с дискретной частотно-фазовой модуляцией позволяет создавать преобразователи, работающие без перехода на модулирующее напряжение, допускающие резервирование и обеспечивающий возможность автоподстройки частоты.

3. Разработан прибор для преобразования частоты сигналов телеметрической информации в составе системы приема.

5. Проведена аппаратная реализация подсистемы понижения частоты телеметрической информации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались автором на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «современный университет: наука, образование, культура», Иркутск, 2005 г.; Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука — третье тысячелетие», Красноярск, 2005 г., 2006 г.; XI Международная научная конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетных систем М.Ф. Решетнева, Красноярск, 2007 г., 2009 г.Итоговая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых — лауреатов конкурса «Ползуновские гранты» «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу», Барнаул, 2007 г.; Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием «X Королевские чтения», Самара, 2009 г.; II Международная научно-практическая конференция «Наука и современность - 2010» г. Новосибирск, 2010 г.

Результаты работы опубликованы в 11 статьях из них 2 по перечню ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 34 наименований. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок и 14 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем», Большаков, Дмитрий Андреевич

Основные результаты и выводы данной работы заключаются в следующем.

1. Определены особенности сигнала телеметрической информации, имеющие значения при ее приеме, в условиях проведения испытаний и эксплуатации летательных аппаратов:

- дискретная частотно-фазовая модуляция;

- малая длительность фазовой манипуляции;

- потенциальный код Манчастер-2;

- наличие синхропосылки.

2. Проведен анализ традиционных способов приема и обработки телеметрической информации при испытаниях и эксплуатации летательных аппаратов. Выявлены основные недостатки: значительная вероятность появления ошибок, значительное время восстановления после сбоя, затруднения при организации множественного доступа.

3. Предложена архитектура системы приема телеметрической информации, позволяющая обеспечить множественный доступ к потоку телеметрической информации с автоматизированных рабочих мест операторов.

4. Предложен способ преобразования частоты сигнала телеметрической информации, позволяющий снизить вероятность появления ошибок при приеме. Снижение вероятности появления ошибок достигается за счет преобразования частоты без перехода на модулирующее напряжение.

5. Проведена аппаратная реализация предложенного способа преобразования частоты сигналов в составе системы приема телеметрической информации, с использованием супергетеродинных преобразователей с непосредственными связями.

6. Разработана имитационная модель системы приема телеметрической информации, позволяющая производить сравнительный анализ различных схем приемного оборудования. В результате сравнения предложенной системы приема с традиционно-используемыми, показано снижение вероятности появления ошибок при приеме на 12%.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Большаков, Дмитрий Андреевич, 2011 год

1. Регламент радиосвязи / М.: Радио и связь, 1985 509 с.

2. Спутниковая связь и вещание: Справочник / под ред. Л.Я.Кантора. —- М.: Радио и связь, 1997. — 528 с.

3. Ушаков И.А. Надежность технических систем / Ушаков И.А —М.: Радио и связь, 1985. -606 с.

4. Знаменская А.М., Шведов В.П., Лимар П.С. Информационные измерительные системы для летных испытаний самолета и его оборудования / Знаменская А.М. М.: Машиностроение, 1984. - 286 с.

5. Intelsat Earth Station Standards (IESS). Doc. IESS-207 (Rev3) Standards, F and H. Antenna and wideband RF performance characteristics.

6. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы / Цапенко М.П. М.: Энергия, 1974.-203 с.

7. Махонькин Г.Е,. Павлова З.А,. Фальков А.И. и др. Автоматизированная обработка результатов измерения при летных испытаниях / Махонькин Г.Е- М.: Машиностроение, 1983. 214 с.

8. Автоматизированные испытательные системы основа эффективных методов контроля космических и летательных аппаратов метеорологического и природно-ресурсного назначения / Адасько В.И., Долкарт В.М., Лукьянов Л.М., Телепин А.П. // Электротехника. 1991. № 9.

9. Задачи и структура летных испытаний самолетов и вертолетов / А.Д. Миронов, А.А. Лапин, Г.Ш. Меерович, Ю.И. Зайцев. М.: Машиностроение, 1982. 244 с.

10. Архитектура универсальной автоматизированной испытательной системы космических аппаратов на основе современных компьютерных средств / Лукьянов Л.М., Подлесный Э.С., Телепин А.П.//Труды ВНИИЭМ. М.: 1999. Т.99.

11. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента (планирование регрессионных экспериментов) / Федоров В.В. М.: Наука, 1971. - 413 с.

12. Кривошеев М.И., Бэрон С.Н. Цифровая передача изображения и звука / Кривошеев М.И. М.: Радио и связь, 1998. - 400 с.

13. Организация приема телеметрической информации при наземных испытаниях летательных аппаратов /Водар Д.М. и др.//Международная конференция "Глобальная радионавигация", М., 2000. -С. 51-54.

14. Летные испытания ракет и космических аппаратов / Под ред. Кринецкого. Е.И. М.: Машиностроение, 1979. — 310 с.

15. Postel J. et al. Transmission control protocol — protocol specification. RFC 793, September 1981.

16. Jacobson V, Braden R., Borman D. TCP extensions for high performance. RFC 1323, May 1992.

17. Техническая диагностика. ГОСТ 20911-75. M.: 1976.

18. Волков Л.Н., Шишкевич A.M. Надежность летательных аппаратов. / Волков Л.Н. М.: Высш. школа, 1975. —400 с.

19. Надежность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. Т. 6. Экспериментальная отработка и испытания / Под ред. P.C. Судакова и О.И. Тескина. М.: Машиностроение, 1989. -413 с.

20. ГОСТ 8.011-72. Показатели точности измерений и формы представления измерений. М.: Изд-во стандартов, 1972.

21. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах / Гуткин Л.С. — М.: Советское радио, 1972. — 448 с.

22. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки / Питерсон У. — М.: Мир, 1976. 280 с.

23. Боднер В.А. Приборы первичной информации / Боднер В.А. -М. Машиностроение, 1981.

24. В.В. Глухов, И.М. Синдеев, М.М. Шемаханов. Авиационное и радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов / В.В. Глухов -М.:Транспорт, 1983.-313 с:

25. International Journal of Satellite Communications — Spécial Issue on ACTS, vol. 14, №3, May/June 1996.

26. Global Satellite Communications Technology and Systems. WTEC Panel Report. International Technology Research Institute/WTEC Division, 1995.

27. Большаков, Д.А. Обработка сигналов с фазовой манипуляцией способом прямого преобразования / Д.А. Большаков // Молодой учёный: науч. журн. — 2010. № 7 (18). - С. 12-16.

28. Пат. 82396 Российская Федерация, МПК, H04L 27/14. Устройство для преобразования частоты сигналов с частотно-фазовой модуляцией / Д.А. Большаков. № 2008147578; заявл. 02.12.2008; опубл. 20.04.2009, Бюл. № 11. - 2 с.

29. Пат. 96703 Российская Федерация. Генератор переменного электрического поля / Д.А. Большаков, А.В. Синица, А.Ю. Власов. № 2010109717; заявл. 15.03.2010; опубл. 10.08.2010, Бюл. № 51. - 1 с.

30. Большаков, Д.А. Конвертер для работы с сигналами с частотно-фазовой модуляцией / Д.А. Большаков // Наука. Технологии. Инновации : материалы Всерос. науч. конф. молодых ученых: в 7 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. Ч. 2. - С. 24-26.