Введение к работе
Актуальность темы Современный этап развития источников генерирования сигналов характеризуется появлением источников энергии на новых физических принципах, способных генерировать мощные импульсы сверхвысокой частоты (СВЧ) Эти импульсы, по существу, являются мощной помехой, проникновение которой в различные цепи комплексов технического контроля (КТК) неизбежно вызывает определенные нарушения их работы, вплоть до повреждения и полного отказа отдельных элементов Данное обстоятельство обусловлено тем, что значительная часть электронной аппаратуры изготовляется на базе микроэлектроники и поэтому подвержена воздействию мощного электромагнитного излучения Исходя из этого, в современных условиях к КТК, помимо соответствия основному набору технических характеристик, предъявляется ряд жёстких требований, направленных на повышение помехоустойчивости, сокращения длительности и стоимости цикла проектирования Все эти задачи невозможно решить без специальных систем автоматизированного проектирования
Задача проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов требует решения широкого круга вопросов, связанных с исследованием типовых подсистем и элементов КТК с учетом требований комплекса государственных стандартов (КГС) «Климат-7», разработки математических моделей прогнозирования воздействия мощных СВЧ импульсов на КТК и алгоритмов для обеспечения непрерывного процесса проектирования Ее решение позволит на самых ранних этапах проектирования учитывать воздействие мощных СВЧ импульсов и вносить изменения в схему и конструкцию разрабатываемого комплекса
Таким образом, усовершенствование способов автоматизации проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов является актуальным и своевременным
Научная задача заключается в разработке эффективных способов проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов для обоснования использования комплектующих изделий и материалов с требуемыми характеристиками, а также наличия ресурсов для выполнения поисковых исследований по выбору оптимальных вариантов схемотехнического и конструктивно-технологического исполнения данных комплексов Практическая часть решаемой задачи включает в себя разработку системной модели оценки помехоустойчивости КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов, позволяющей применительно к типовым задачам проектирования наиболее полно реализовать архитектуру интегрированной информационной среды проектирования и структуру проблемно-ориентированного программного обеспечения для автоматизации проектирования помехоустойчивых КТК
Целью работы является создание комплекса моделей, алгоритмов, программных средств и методического обеспечения автоматизации проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов
Поставленная цель определила следующие основные задачи исследования
Провести анализ современного состояния средств автоматизации проектирования, учитывающих воздействие мощных СВЧ импульсов на КТК, определить проблемы и направления их развития
Сформулировать требования, определить целевые задачи и методику проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов
Обосновать выбор архитектуры интегрированной информационной среды и структуры проблемно-ориентированного программного обеспечения автоматизации проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов
Разработать математические модели воздействия мощного СВЧ излучения на КТК, учитывающие нелинейные эффекты и позволяющие определить реакцию критичных элементов
Разработать алгоритмическое обеспечение оценки помехоустойчивости КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов, провести программную реализацию разработанных средств и их интеграцию в САПР сквозного проектирования данных комплексов
Осуществить опытную эксплуатацию предложенных средств и оценить их эффективность
Методика исследования базируется на использовании математического аппарата теорий графов, множеств, конфликта, дифференциального исчисления, вероятностей, математической статистики и дискретизации, методов оптимизации и проектирования
В результате проведенных исследований получены следующие основные научные результаты.
методика автоматизации проектирования КТК, отличающаяся возможностью комплексной оценки помехоустойчивости их подсистем и элементов в условиях воздействия мощных СВЧ импульсов и учитывающая требования КГС «Климат-7»,
математические модели аппроксимации мощных СВЧ импульсов и каналов проникновения наведенных помеховых сигналов, учитывающие нелинейные эффекты и позволяющие определить реакцию критических элементов и оценить на воздействие мощного СВЧ импульса,
модель прогнозирования влияния дестабилизирующих факторов СВЧ импульсов на помехозащищенность подсистем КТК, отличающаяся возможностью моделирования эффектов в критичных элементах при воздействии СВЧ импульсов с учетом современных конструктивных решений, универсальностью и адекватностью описания их характеристик при проектировании помехоустойчивых КТК,
алгоритмы проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов и программное обеспечение автоматизированного определения показателей помехоустойчивости, а также их зависимости от уровней воздействующих факторов СВЧ излучения, учитывающие математические модели нелинейных эффектов от наведенных помеховых сигналов
Научная новизна полученных результатов и работы состоит в следующем
в методике автоматизации проектирования КТК учитываются помеховые воздействия, вызванные мощным СВЧ излучением,
в модели каналов проникновения наведенных помеховых сигналов упрощен порядок и повышена точность аппроксимации проходных характеристик нелинейных элементов
определены количественные зависимости влияния отклонения от номинала основных контролируемых параметров при воздействии мощных СВЧ импульсов, которые позволили уточнить требования к допускам этих параметров,
на основе оценки реакций критичных элементов, за счет сведения вычислительного процесса к совокупности однотипных арифметических операций, разработаны синтезированные алгоритмы проектирования помехоустойчивых КТК, которые в отличие от известных, обладают более высоким уровнем параллелизма, регулярности и однородности, что, в свою очередь, обеспечивает повышение быстродействия аппаратных средств САПР
Теоретическая значимость полученных результатов состоит в развитии теории проектирования сложных радиоэлектронных систем (РЭС) в направлении разработки моделей, алгоритмов автоматизации проектирования, способов повышения помехоустойчивости РЭС к воздействию мощных СВЧ импульсов, отличающихся учетом нелинейных эффектов и высоким уровнем параллелизма, регулярности и однородности при реализации процесса проектирования
Практическая значимость и результаты внедрения Полученные теоретические и методические результаты являются основой проектирования КТК, имеющих более высокие показатели помехоустойчивости к воздействию мощных СВЧ импульсов за счет применения моделирования На основе предложенных решений созданы и внедрены программные средства комплексной автоматизации проектирования помехоустойчивых КТК к воздействию мощных СВЧ импульсов в ООО «Спецтехника» и ФГУП «Воронежский механический завод»
Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют существенно расширить класс решаемых прикладных задач по проектированию помехоустойчивых РЭС к воздействию мощных СВЧ импульсов Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании специализированного программного обеспечения для проектирования помехоустойчивых КТК, учитывающего различные виды СВЧ импульсов и реализованного на единой методологической платформе, что позволяет распространить полученные результаты на предприятиях аналогичного профиля
Достоверность научных положений, выводов н практически* рекомендаций Диссертации обеспечивается обоснованным выбором допущении и ограничений, принятых и качестве исходны* данных при формулировании постановки научной задачи и частных задач исследования, использованием современного и апробированного математического аппарата, корректным выбором используемых общих и частных показателей о критериев в применяемых и разработанных математических моделях, а также тем, что полученные результаты имеют ясную физическую трактовку и не противореча: известным данным, апробацией и обсуждением результатов работы на научных конференциях, экспертизой а Федеральном институте промышленной собственности.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Международной конференции «Образование XXI века» (г. Воронеж, 2004 г,), на ХШ Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2007 г.). на ПІ и IV Всероссийских научно-технических конференциях «Теория конфликта и ее приложения» (г. Воронеж, 2004 г, и 2006 г.), на В се российской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2004 и ИТТМ-2005 (г. Москва, 2004 г. и 2005 г.), конференции молодых ученых ФГНИИ11 РЭЕ и ОЗСЗ (г. Воронеж, 2006 г) и двух межвузовских научно-технических конференциях в Военном институте радиоэлекгроники (2002 и 2005 г.г.),
Публикации результатов работы. По теме дн ссе рта ни и опубликовано 17 печатных работ, включая четыре райоты. опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК Три работы написаны без соавторов. Подана заявка на изобретение. В работах выполненных в соавторстве, аьтору принадлежит более 50 процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 139 страницах.
