Комаров Ю.Ю. Проектирование и изготовление аэрокосмических аппаратов

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 3. Зависимость величины возмущающего ускорения, обусловленного влиянием

морского волнения, от глубины погружения МПА

МПА с точностью порядка 2 угл. сек (см. рис. 4).

Рис. 4. Графики зависимостей от времени: а – ошибок — — оценивания величин ,

; б – ошибок — — оценивания величин , при коррекции БИНС от

случая стационарной ГМС, АПВ и МКС при одновременном влиянии нерегулярного и

регулярного морского волнения

Проведенный анализ и имитационное моделирование работы гравимет-

рического канала ГНК на борту МПА показали, что для данной структуры

и состава ГНК, а также условий его работы присутствует погрешность

определения УСТ, эквивалентная погрешности Гаррисона для статических

морских гравиметров. Она обусловлена: а) ошибками определения верти-

кали места и б) наличием проекций горизонтальных составляющих возму-

щающих ускорений на неверно определенную вертикаль места (рис. 5).

С достаточной степенью точности эту погрешность можно представить

в виде

Результат имитационного моделирования работы гравиметрического ка-

нала ГНК на борту МПА в условиях морского волнения представлен на

рис. 6.

Как показал анализ и подтвердило имитационное моделирование рабо-

ты гравиметрического канала ГНК на борту МПА, в условиях морского

131

Рис. 5. Ошибки работы гравиметрического канала ГНК, обусловленные ошибками

определения уклонений отвесных линий

Рис. 6. График зависимости погрешности гравиметрического канала ГНК от времени,

обусловленной ошибками оценок параметров ориентации (

, )вГНК

132

волнения на уровне 1-2 баллов, даже на нулевой глубине погружения,

при СКО неравномерности хода порядка 0,1 м/c

, погрешности в оцен-

ке уклонений отвесных линий составят единицы угловых секунд, а СКО

погрешности величины УСТ – 0,1 мГал.

Таким образом, была показана принципиальная возможность прове-

дения высокоточных морских гравиметрических измерений с помощью

предложенного варианта ГНК на борту МПА в условиях регулярного и

нерегулярного морского волнения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ по про-

екту 2.1.2.9248 аналитической ведомственной целевой программы “Разви-

тие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)” и РФФИ по

гранту 05-05-65365.

Библиографический список

1. Афонин А. А., Черноморский А.И. Исследование возможности построения моду-

ляционного динамического гравиметра // Авиакосмическое приборостроение. 2002.

№1.

2. Афонин А. А., Черноморский А.И. Об одном подходе к компенсации погрешностей

трехкомпонентного модуляционного динамического гравиметра // Авиакосмическое

приборостроение. 2004. №11.

3. Тювин А. В., Афонин А. А., Черноморский А.И. Об одной концепции векторных

гравиметрических измерений // Авиакосмическое приборостроение. 2005. №3.

4. Черноморский А. И., Афонин А. А. Иcследование возможности использования глу-

биномерной системы для коррекции параметров ориентации в бесплатформенном

гравиинерциальном навигационном комплексе // Авиакосмическое приборострое-

ние. 2006. №1.

А. А. Егоров, К. Ю. Кирпичёв

Московский авиационный институт (государственный технический университет)

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

В наши дни прогресс в различных областях науки и техники немыслим

без приборов оптической электроники. С каждым годом ее внедрение во

все сферы человеческой деятельности становится все интенсивнее. Опто-

электроника как самостоятельное научно-техническое направление воз-

никла сравнительно недавно, а ее достижения неразрывно связаны с раз-

витием современной микроэлектроники. Первоначально оптоэлектроника

133

считалась сравнительно узкой отраслью электроники, изучающей лишь

полупроводниковые светоизлучатели и фотоприемники. Однако в послед-

нее время понятие “Оптоэлектроника” значительно расширилось. Теперь

в него включают и такие недавно возникшие направления, как лазерная

техника, волоконная оптика, голография и др. В соответствии с реко-

мендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) опто-

электронный прибор определяется как прибор, чувствительный к электро-

магнитному излучению в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой

областях; или прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или

когерентное излучение в этих же спектральных областях; или же прибор,

использующий такое электромагнитное излучение для своей работы.

С помощью оптоэлектронных компонентов решается широкий круг

задач, одной из которых является выполнение матричных арифметиче-

ских операций с применением оптоэлектронных процессоров, обладающих

большим быстродействием за счёт выполнения операций параллельными

оптическими методами.

В связи с широким распространением оптоэлектронных компонентов

необходимо контролировать, подтверждать и изучать характеристики су-

ществующих и создаваемых компонентов. “Инструментом” для исследо-

вания характеристик некоторых элементов может послужить автоматизи-

рованный стенд для тестирования оптоэлектронных компонентов.

Стенд представляет собой набор взаимосвязанных модулей, служащих

для гибкой автоматизации процесса тестирования оптоэлектронных ком-

понентов на частотах от 10 кГц до 250 МГц.

На автоматизированном стенде испытываются параметры таких опто-

электронных компонентов, как: лазерные диоды или лазерные модули, фо-

топриёмники и матричные оптоэлектронные модуляторы (далее МО-

ЭМ).

МОЭМ представляет собой матричный набор ячеек в интегральном ис-

полнении, способных в зависимости от управляющих сигналов менять

свои свойства (поглощать/отражать оптический сигнал). МОЭМ является

основным компонентом оптоэлектронного процессора, предназначенного

для выполнения матричных арифметических операций, например умно-

жения матрицы на вектор. Особенностью такого процессора является его

высокое быстродействие по сравнению с обычными электронными про-

цессорами.

Процесс тестирования производится и управляется с помощью персо-

нального компьютера и разработанного пакета специализированных про-

грамм. Основной программой пакета является программа верхнего уров-

134

ня “ВЕГА ТЕСТ”, спроектированная на объектно-ориентированном языке

С++. Она обладает интуитивно понятным человеко-машинным интерфей-

сом, с помощью которого экспериментатор имеет возможность легко из-

менять широкий набор параметров и режимов проводимых эксперимен-

тов, исполнять их, наблюдать результаты, производить первичный анализ,

экспортировать полученные данные для последующего более детально-

го математического анализа специализированными пакетами прикладных

программ (например MathLab) и возможности создания отчётов.

Для обеспечения наибольшей гибкости при проектировании стенда ис-

пользуются современные электронные компоненты (ПЛИС, микроконтрол-

леры и т.п.), что позволяет переконфигурировать и перепрограммировать

составные модули в зависимости от выбранного режима проведения экс-

перимента. Такая гибкость позволяет легко корректировать алгоритм про-

ведения эксперимента без аппаратного вмешательства.

В состав технических средств входят: контроллер сбора и обработки

данных (КСОД), блок управления лазерным диодом (БУЛД), блок управ-

ления матричным оптоэлектронным модулятором (БУМ), измерительный

блок МС23.01, персональный компьютер, оптическая скамья с подвижным

столом и пересчётное устройство. Принципиальная схема стенда представ-

лена на рис. 1.

Суть тестирования заключается в следующем.

Подача на лазерный диод управляющего сигнала задаваемой формы

(частота, скважность, токи модуляции и смещения).

Попадание оптического сигнала на определённую ячейку МОЭМ (зна-

чения ячеек устанавливаются заранее или изменяется в процессе).

Улавливание фотоприёмником частично-отраженного оптического

сигнала от ячейки.

Измерение и оцифровка полученного электрического сигнала в модуле

МС23.01.

Извлечение данных из памяти модуля МС23.01 в память ПК.

Анализ результатов программными средствами с возможностью архи-

вирования и протоколирования.

Результатом тестирования является заключение о качестве работы

МОЭМ: взаимное влияние соседних ячеек, частотные характеристики,

максимальная пропускная способность, качество измеряемого сигнала в

зависимости от: состояния МОЭМ, токов смещения и модуляции лазерно-

го диода, напряжений питания подложки МОЭМ и управляющей ПЛИС и

т.п.

135

Также возможен метод прямого испытания, при котором из схемы ис-

ключается МОЭМ и исследуются характеристики лазерных диодов и фо-

топриемников при непосредственном попадании оптического сигнала ла-

зерного диода на фотоприёмник.

При проведении многократных экспериментов программным обеспе-

чением накапливается база экспериментальных измерений. Общая схема

стенда представлена на рис. 2.

Краткое описание основных модулей стенда

Блок управления лазерным диодом предназначен для формирования

токов смещения и модуляции полупроводникового лазерного диода или

лазерного модуля с целью обеспечения требуемого режима его функцио-

нирования. Блок управления лазерным диодом построен на основе специа-

лизированной микросхемы для управления лазерными диодами (драйверов

ЛД) типа AD9660 производства фирмы ANALOG DEVICES и RISC мик-

роконтроллере Cygnal C8051F017. Для управления лазером используют-

ся стартовый и калибровочные импульсы, формируемые БУМ. Установка

токов модуляции и смещения производится по интерфейсу RS-232 при

обмене с КСОД.

Блок управления матричным оптоэлектронным модулятором слу-

жит для формирования и выдачи сигнала управления матричным оптоэлек-

тронным модуляторам света, синхронизации старта эксперимента, форми-

ровании стартового и калибровочных импульсов подаваемых на БУЛД, а

также для регулирования питания подложки матричного оптоэлектронного

модулятора.

Основными элементами БУМ является управляющая ПЛИС

EPF10K100 и МОЭМ, имеющая размерность 16х16 ячеек. Каждая

ячейка управляется соответствующим выводом управляющей ПЛИС.

Конфигурация ПЛИС осуществляется КСОД‘ом, тактирование ПЛИС —

модулем МС23.01.

Плата фотоприёмника предназначена для усиления сигнала от фото-

приёмника и согласования его с диапазоном измерений модуля МС23.01.

Пересчётное устройство – блок УЦП-1М предназначен для опреде-

ления текущих координат подвижного стола оптической скамьи и выдачи

цифрового значения координат в параллельном двоично-десятичном коде.

Контроллер сбора и обработки данных организует обмен данными

ПК с пересчётным устройством, блоком управления модулятором и бло-

ком управления лазерным диодом, измеряет напряжения подложки МО-

ЭМ и управляющей ПЛИС EPF10К100, а также осуществляет началь-

ное конфигурирование ПЛИС EPF10К100, находящейся на плате БУМ.

136

Рис. 1. Принципиальная схема стенда: ЛД – лазерный диод или лазерный модуль; ФП –

плата фотоприёмника; БУЛД – блок управления лазерным диодом; БУМ – блок

управления матричным оптоэлектронным модулятором; КСОД – контроллер сбора и

обработки данных; МС23.01 – быстродействующий модуль МС23.01; PCI – шина обмена

МС23.01 с персональным компьютером; PAR – параллельная шина обмена

137

Рис. 2. Общая схема стенда ЛД: – лазерный диод или лазерный модуль; ФП – плата

фотоприёмника; БУЛД – блок управления лазерным диодом; БУМ – блок управления

матричным оптоэлектронным модулятором; КСОД – контроллер сбора и обработки

данных; МС23.01 – быстродействующий модуль МС23.01; PCI – шина обмена МС23.01

с персональным компьютером; PAR – параллельная шина обмена; RS-232

последовательный интерфейс

138

Основными элементами КСОД являются: 8-битный AVR RISC микрокон-

троллер ATmega128 и ПЛИС фирмы Altera серии MAX 3000A EPM3032.

Конфигурационная программа для ПЛИС хранится в энергонезависимой

FLASH памяти AT45DB041B. ATmega128 осуществляет побитное пассив-

ное последовательное конфигурирование ПЛИС EPF10К100(БУМ) конфи-

гурационной программой. ПЛИС EPM3032 используется для преобразова-

ния цифрового параллельного двоично-десятичного кода от пересчётного

устройства в последовательный. Обмен с ПК и с БУЛД осуществляется по

интерфейсу RS-232.

Быстродействующий измерительный модуль МС23.01 представляет

собой плату на базе СБИС 1879ВМ3 (DSM) и предназначен для органи-

зации двухканальных измерений (от лазерного диода и фотоприемника) с

частотой дискретизации до 600 МГц, выдачи высокочастотных тактирую-

щих импульсов с изменяемой частотой (10кГц – 250 МГц) и скважностью.

Модуль МС23.01 использует интерфейс PCI, через который обеспечивает-

ся начальная конфигурация и доступ как к одной области памяти размером

128 Мбайт. Ядром модуля является цифро-аналоговый процессор DSM с

блоком памяти SDRAM размером 64 Мбайт. Программирование и управле-

ние модулем МС23.01 осуществляется программой верхнего уровня “ВЕГА

ТЕСТ”.

Персональный компьютер предназначен для задания и управления

процессом тестирования, получения результатов, их анализа и последу-

ющего архивирования и протоколирования.

Таким образом, использование автоматизированного стенда позволя-

ет получить, проанализировать и сделать выводы о качестве работы та-

ких оптоэлектронных компонентов, как лазерные диоды, фотоприёмники

и матричные оптоэлектронные модуляторы (МОЭМ). Инструментальные

средства макетов проверены стандартными промышленными измеритель-

ными приборами для подтверждения их работоспособности и высоких

измерительных характеристик.

Библиографический список

1. Егоров А.А., Осипов В.Г., Соловьев С.Ю. Программирование микроконтроллеров

семейства AVR: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2005.

2. Мокеев О.К. Полупроводниковые приборы и микросхемы: Учебное пособие. – М.:

Высшая школа, 1987.

139

Л. Г. Кирпичникова, Д. В. Санин

Московский авиационный институт (государственный технический университет)

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СДВИГА ВЕТРА

Проблема идентификации сдвига ветра является одной из первостепен-

ных задач обеспечения безопасности полетов. Как показывает практика,

существующие отдельно бортовые и наземные системы предупреждения

о сдвиге ветра (СВ) не удовлетворяют современным требованиям по без-

опасности полетов. В связи с этим ставится задача создания комплексной

системы оповещения, позволяющей объединить достоинства уже имею-

щихся систем и повысить качество управления самолетом.

Базисной в такой системе является информация, получаемая на земле с

помощью аэропортных систем идентификации сдвига ветра. Информация

от бортовых датчиков является контрольно-сигнальной. Важно отметить,

что на сегодняшний день в открытых источниках нет информации о су-

ществовании работающей комплексной системы идентификации сдвига

ветра.

Расчеты указывают, что для передачи на борт информации о полной кар-

тине ветра в районе аэропорта требуется организовать канал связи “земля”

— “борт”, работающий с пропускной способностью 500 – 600 Мбит/с, что

недостижимо при современном развитии радиосвязи. Требуемые скоро-

сти связаны с необходимостью передачи координат каждой сканируемой

наземными средствами “ячейки” пространства вокруг аэропорта, составля-

ющих вектора ветровых возмущений в данной точке и требуемой частоты

передачи порядка 3 Гц.

Работа комплексной системы предполагает организацию базы данных

и карт для каждого из аэропортов, посадка в которых будет производится

самолетами, оборудованными такой комплексной системой. Стоит отме-

тить, что затраты непосредственно на физическую реализацию таких на-

копителей информации на борту и на земле не существенны. Их можно

реализовывать на современных средствах хранения информации, обеспе-

чивающих скорость считывания порядка 8 Мб/с (что вполне достаточно,

учитывая необходимость загрузки карты только при подлете к аэропорту

и отсутствием необходимости постоянно обращаться к памяти на борту).

Вес таких носителей информации сегодня составляет 5-10 г на 1 Гб памяти

(при реализации без встроенных контроллеров), что даже с учетом необхо-

димости установки блока считывания и согласования, вес которого можно

140