Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор существующих приемных устройств станций РТР и технологий для их реализации. постановка задач исследования 15
1.1 Анализ процесса ведения РТР в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 15
1.2 Обзор базовых схем приемных устройств и технологий обработки сигналов 17
1.3 Сравнительный анализ базовых схем приемных устройств РТР 30
1.4 Постановка научной задачи исследования 37
ГЛАВА 2. Исследование неоднозначности определения частоты в матричном приемнике общей и исполнительной РТР 39
2.1 Классификация неоднозначности определения частоты в матричном приемнике 39
2.1.1 Неоднозначность определения частоты первого рода 39
2.1.2 Неоднозначность определения частоты второго рода 40
2.1.3 Неоднозначность определения частоты третьего рода 41
2.1.4 Неоднозначность определения частоты четвертого рода 41
2.2 Математическое описание неоднозначности определения частоты второго рода 42
2.2.1 Оценка НОЧ-2 методами теории вероятностей и математической статистики 42
2.2.2 Оценка величины НОЧ-2 по ширине полосы неоднозначности
2.3 Имитационное моделирование вероятностных характеристик матричного приемника с учетом неоднозначности определения частоты второго рода 52
2.4 Сравнительный анализ показателей эффективности способов снижения неоднозначности определения частоты 57
2.4.1 Неоднозначность определения частоты первого рода 57
2.4.2 Неоднозначность определения частоты второго рода 59
2.4.3 Неоднозначность определения частоты третьего рода 67
2.4.4 Неоднозначность определения частоты четвертого рода 68
2.5 Выводы 69
ГЛАВА 3. Принципы построения и проектирования широкополосного приемника матрично-параллельного типа 71
3.1 Обоснование технических решений, улучшающих показатели качества ШПрУ ОИРТР 71
3.2 Разработка обобщенной структурной схемы ШПрУ ОИРТР
3.2.1 Описание функционирования матрично-параллельного приемника 75
3.2.2 Оценка показателей качества матрично-параллельного приемника
3.3 Описание закономерностей на частотном плане 85
3.4 Методика проектирования матрично-параллельного приемника 89
3.5 Выводы 95
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования, рекомендации по проектированию и практической реализации, оценка показателей качества матрично-параллельного приемника 96
4.1 Экспериментальное исследование неоднозначности определения частоты в матричном приемнике 96
4.1.1 Описание схемы исследуемого матричного приемника 96
4.1.2 Описание методики эксперимента по исследованию НОЧ в матричном приемнике 99
4.1.3 Результаты эксперимента по исследованию НОЧ в матричном приемнике 101
4.1.4 Анализ результатов эксперимента по исследованию НОЧ в матричном приемнике 103
4.2 Совершенствование технологии настройки и проверки полосковых СВЧ-узлов приемника 105
4.2.1 Обоснование требований к технологии 105
4.2.2 Разработка технических решений, повышающих технологичность
проектирования и производства полосковых СВЧ-узлов 107
4.2.4 Методика измерений. Экранирование СВЧ-узлов 110
4.2.5 Исследование погрешности измерений 110
4.2.6 Оценка эффекта от внедрения технологии настройки и проверки полосковых СВЧ-узлов 1 4.3 Пример расчета унифицированного приемного модуля ОИРТР 117
4.4 Исследование показателей качества УПМ
4.4.1 Оценка надежности 122
4.4.2 Оценка показателей технико-экономической эффективности 126
4.5 Выводы 128
Заключение 129
Список сокращений 129
Список литературы
- Сравнительный анализ базовых схем приемных устройств РТР
- Сравнительный анализ показателей эффективности способов снижения неоднозначности определения частоты
- Описание функционирования матрично-параллельного приемника
- Результаты эксперимента по исследованию НОЧ в матричном приемнике
Введение к работе
Актуальность темы. Средства радиотехнической разведки (РТР) используются в целях информационно-технического обеспечения войск радиоэлектронной борьбы (РЭБ) для выявления объектов противника и их технических характеристик. Основные тактико-технические характеристики (ТТХ) средств РТР определяются приемными устройствами.
С учетом непрерывности развития радиолокационных средств необходимо определение основных тенденций развития и создание опережающего технического и технологического задела в построении средств РТР. Поэтому при создании приемника РТР необходимо учитывать приведенные ниже особенности.
Современные РЛС работают в широком диапазоне частот – от сотен мегагерц до десятков гигагерц. Потенциально широкий диапазон рабочих частот (ДРЧ) РЛС обусловливает необходимость использования в средствах РТР приемных устройств с широкой мгновенной полосой обзора.
Применение современными РЛС широкополосных сигналов (ШПС) требует использования соответствующей полосы пропускания аналоговой части приемника. При создании приемника РТР необходимо учитывать, что РЛС могут использовать короткие импульсы, вызывающие трудности при обнаружении и обработке.
В условиях сложной радиоэлектронной обстановки (РЭО) (например, при массированном применении РЛС) потоки импульсных сигналов на входе приемника РТР совпадают по времени прихода, вызывая неоднозначность определения частоты (НОЧ). Для идентификации и разделения источников радиоизлучения (ИРИ), определения типа, экземпляра и режима работы ИРИ необходимо достоверное обнаружение совмещенных по времени сигналов и их частотная селекция.
Важным вопросом при конструировании широкополосных приемных устройств (ШПрУ) РТР является унификация. ШПрУ должны быть универсальными для применения в существующих и перспективных средствах общей и исполнительной РТР (ОИРТР).
Принимая во внимание, что средства РТР должны работать преимущественно в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), а СВЧ-устройства, как правило, требуют макетирования и трудоемкой настройки, необходимо создание подхода, оптимизирующего процесс создания СВЧ-узлов приемника РТР.
Для удовлетворения всех требований в работе предложено использовать приемник, названный матрично-параллельным с пониженной НОЧ.
Таким образом, объектом исследования является ШПрУ ОИРТР радиолокационных сигналов. Предметом исследования является построение, технико-экономические показатели и технологические аспекты создания широкополосного матрично-параллельного приемника ОИРТР с пониженной НОЧ радиолокационных сигналов.
Научной задачей является поиск способов количественной оценки и снижения НОЧ, принципов построения и проектирования рационального по надежности, стоимости, технологичности проектирования и производства
ШПрУ, обеспечивающего прием ШПС и коротких импульсов, обладающего пониженной НОЧ и повышенной эффективностью в сложной РЭО, универсального для средств общей и исполнительной РТР.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности функционирования средств ОИРТР в сложной РЭО, улучшение их технико-экономических характеристик на основе разработки ШПрУ с повышенной пропускной способностью и пониженной НОЧ, рационального по надежности, стоимости, технологичности разработки и производства, отвечающего требованиям унификации в средствах ОИРТР.
Для достижения цели решались следующие задачи исследования:
-
Исследовать и систематизировать причины возникновения неоднозначности определения частоты (НОЧ) в приемнике матричного типа. Разработать и исследовать способы количественной оценки НОЧ.
-
Разработать способы снижения НОЧ. Исследовать и сравнить показатели эффективности известных и предложенных способов снижения НОЧ.
-
Разработать принципы построения и проектирования ШПрУ РТР, рационального по надежности и стоимости, обеспечивающего прием ШПС и коротких импульсов, обладающего пониженной НОЧ и повышенной эффективностью в сложной РЭО, универсального для средств ОИРТР.
-
Выявить и проанализировать новые закономерности, обусловленные структурой ШПрУ РТР. Выработать рекомендации по выбору рабочих, промежуточных и гетеродинных частот.
-
Разработать технические решения, повышающие технологичность проектирования и производства ШПрУ РТР.
Методы исследований. В работе использованы методы системного анализа и обобщения известных данных, математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, вычислительной математики и программирования, элементы комбинаторики. Теоретические результаты проверены имитационным моделированием на ЭВМ и натурными экспериментами.
В работе получены следующие научные результаты:
-
Исследованы вопросы количественной оценки НОЧ, возникающей в матричном приемнике.
-
Впервые получены характеристики обнаружения ШПрУ РТР с учетом НОЧ, возникающей при попадании сигнала в смежную область соседних частотных каналов.
-
Впервые выполнен сравнительный анализ показателей эффективности способов снижения НОЧ матричного приемника, возникающей при попадании сигнала в смежную область соседних частотных каналов.
-
Предложен защищенный патентом РФ № 2587645 способ снижения НОЧ, возникающей при приеме совмещенных по времени и различных по частоте сигналов, снижающий вероятность пропуска сигнала и минимизирующий его задержку перед обработкой.
-
Исследованы принципы построения ШПрУ ОИРТР. Показано, что ШПрУ может быть выполнено на основе предложенной матрично-параллельной схемы с пониженной НОЧ, защищенной патентом РФ № 155553.
6. Предложено введение в состав обнаружителя линии задержки, исклю
чающей потерю короткого импульса для обработки (патент РФ № 159589).
7. Разработаны принципы проектирования ШПрУ матрично-
параллельного типа с пониженной НОЧ.
8. На основе защищенных патентом РФ № 2577805 технических решений
улучшена технология настройки и проверки полосковых СВЧ-узлов ШПрУ.
Теоретическую ценность представляют: классификация НОЧ в матричном приемнике по причинам возникновения; принципы построения ШПрУ РТР; методика проектирования ШПрУ матрично-параллельного типа; методика оценки НОЧ, возникающей при попадании сигнала в смежную область соседних каналов.
Практическая ценность работы:
разработанные предложения по построению и реализации ШПрУ РТР повышают эффективность средств РТР в сложной РЭО за счет уменьшения количества ложных тревог и увеличения пропускной способности;
полученные в результате имитационного моделирования характеристики обнаружения матричного приемника РТР с учетом экспериментально полученных характеристик СВЧ-тракта позволяют уточнить вероятность правильного обнаружения сигнала при поддержании заданного уровня ложных тревог при попадании сигнала в смежную область соседних частотных каналов, что повышает достоверность анализа дальности РТР;
предложения по построению и реализации средств снижения НОЧ, возникающей при приеме нескольких совмещенных по времени и разнесенных по частоте сигналов, попадающих в разные частотные каналы приемника, уменьшают вероятность пропуска радиолокационных сигналов и обеспечивают минимальное время анализа их параметров, что позволяет минимизировать время формирования ответной помехи в средствах исполнительной РТР и уменьшить вынос станций помех относительно объекта прикрытия;
- принципы реализации приспособления для снятия характеристик полосковых СВЧ-устройств, универсального для устройств с различными габаритными, присоединительными размерами и количеством выводов, повышающего оперативность настройки и проверки СВЧ-узлов ШПрУ РТР и обеспечивающего таким образом сокращение сроков создания опытного образца станции помех на 22…25 % и станции РТР на 19…22 %.
Достоверность результатов расчетов и моделирования подтверждается обоснованностью принятых моделей, методик, допущений и ограничений, адекватностью полученных результатов и их близостью к реальным величинам.
Внедрение результатов диссертации
Полученные в работе научные результаты внедрены в производственный процесс и разработки АО «БЭМЗ» (г. Брянск), ПАО «БСКБ» (г. Брянск), ОАО «НВП «ПРОТЕК» (г. Воронеж), АО «КЗРТА» (г. Калуга), учебный процесс БГТУ (г. Брянск), ЧВВИУРЭ (г. Череповец).
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Классификация НОЧ в матричном приемнике по причинам возникновения.
-
Методика расчета вероятности ложной тревоги в матричном приемнике с учетом обнаружения сигнала за пределами частотных каналов, позволяющая количественно оценить НОЧ, возникающую при попадании сигнала в смежную область соседних частотных каналов.
-
Принципы построения ШПрУ матрично-параллельного типа, универсального для средств общей и исполнительной РТР.
-
Технология настройки и проверки СВЧ-узлов, повышающая оперативность проектирования и производства ШПрУ и сокращающая таким образом сроки создания опытного образца станции помех на 22…25 % и станции РТР на 19…22 %.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы рассматривались и обсуждались на 11 конференциях: Региональной молодежной научно-технической конференции «Электроника в XXI веке», г. Брянск (2012 г.), МНТК «Наука, Техника, Инновации 2014», г. Брянск (2014 г.), II международной научной конференции «Технические науки: проблемы и перспективы», г. Санкт-Петербург (2014 г.), Международной конференции-конкурсе «Новые горизонты», г. Брянск (2014 г.), третьей всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ», г. Санкт-Петербург (2014 г.), 18-м и 19-м Международных молодежных форумах «Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке», г. Харьков, Украина (2014, 2015 гг.), X Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», г. Томск (2014 г.), 24-й и 25-й Международных Крымских конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо), г. Севастополь (2014, 2015 гг.), II Всероссийской научно-практической конференции «Академические Жуковские чтения», г. Воронеж (2014 г.)
За результаты исследований и разработки по теме диссертации получены дипломы победителя областных конкурсов: «Инженер года Брянской области-2013», «На лучшее изобретение и рационализаторское предложение в 2015 году», «Инновационных товаров, созданных на предприятиях и в организациях Брянской области в 2015 году».
Личный вклад. Автор диссертации является соавтором лежащих в основе диссертации патентов на изобретения и полезные модели, программы для ЭВМ, а также научных статей, в которых отражены основные результаты работы. Экспериментальные данные по характеристикам приемного устройства и приспособления для настройки СВЧ-устройств получены автором лично.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 23 научные работы: 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; 2 патента на изобретение; 2 патента на полезную модель; 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ; 1 учебное издание; 12 работ в сборниках материалов конференций и 1 статья в издании, не входящем в Перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и трех приложений. Основная часть работы изложена на 149 страницах, содержит 26 рисунков и 3 таблицы. Список используемой литературы включает 147 наименований.
Сравнительный анализ базовых схем приемных устройств РТР
Средства РТР должны разрабатываться на основе анализа современных и перспективных радиоэлектронных средств (РЭС). Анализ ведения боевых действий на современном этапе показывает широкое применение авиации (самолетов, вертолетов, крылатых ракет, беспилотных летательных аппаратов), как главной разведывательно-ударной силы. Указанные воздушные объекты (ВО) в совокупности используют различные излучающие РЭС, основными из которых являются: многофункциональные и обзорные РЛС, радиовысотомеры, доплеровские измерители скорости и угла сноса, РЛС обеспечения полетов на малых высотах, РЛС дальнего радиолокационного обнаружения, РЛС бокового обзора, бортовые запросчики и ответчики систем радиолокационного опознавания и системы ближней навигации «Такан», станции радиоэлектронных помех.
Наибольшее количество ВО и, соответственно, ИРИ, задействуется перед началом и непосредственно при массированном ракетно-авиационном ударе (МРАУ) с предшествующим масштабным применением разведывательных РЭС различного базирования [112]. При этом, если рассматривать вооруженные силы европейских стран, наиболее мощная группировка находится на Западном стратегическом направлении (ЗСН). Данная группировка состоит из ВВС США, ФРГ, Великобритании и является наиболее значимой по составу и количеству ВО, поэтому далее рассматривается в качестве типовой.
МРАУ может быть реализован в составе двух эшелонов [120]: эшелона прорыва ПВО и ударного эшелона. Анализ конфликтов в Югославии (1999 г.) и Ираке (2003 г.) говорит о том, что возможно привлечение более 700 воздушных объектов, оснащенных более, чем 3000 ИРИ [51, 36, 67, 2]. В зависимости от решаемой задачи максимальное количество одновременно участвующих в боевых операциях ВО составит при этом не более 500. Соответственно, РЭО в условиях МРАУ будет определяться не менее, чем 2000 ИРИ ВО атакующей стороны, а также ИРИ обороняющихся сил.
ИРИ группировки ЗСН имеют диапазон рабочих частот от 390 до 35000 МГц. А бортовые средства РЭБ перекрывают более широкий частотный диапазон – от 30 до 40000 МГц. Длительность импульсов изменяется также в широких пределах – от 0,04 до 100 мкс. Период следования импульсов варьируется от 3 до 10000 мкс [88]. При таких условиях на вход приемника РТР поступает смешанный поток сигналов с высокой плотностью следования импульсов.
Поэтому в условиях сложной РЭО возникает задача обнаружения и селекции сигналов различных ИРИ с перекрывающимися частотно-временными параметрами. Измерение параметров принятого сигнала (частоты, длительности импульса, времени прихода, направления прихода в азимутальной плоскости, амплитуды и т.д.) выполняется в ходе первичной обработки. Определение принадлежности к конкретному типу, экземпляру и режиму работы ИРИ – при вторичной. И именно при вторичной обработке необходимо выявить и разделить импульсные последовательности. В условиях сложной РЭО эти процедуры затрудняются, что в свою очередь препятствует классификации принятого сигнала.
Ложные обнаружения сигнала наряду с неверно измеренными при первичной обработке параметрами сигнала не позволяют выполнить задачи вторичной обработки. В связи с этим в условиях сложной РЭО важно обеспечить первичную обработку сигнала, исключить ложные обнаружения, неверное измерение количества одновременно принятых сигналов и их несущих. Указанные задачи в стоящих на вооружении средствах РТР решаются лишь частично [5], что приводит к необходимости создания новых средств РТР, выполняющих прием и обработку сигналов в условиях сложной РЭО. 1.2 Обзор базовых схем приемных устройств и технологий обработки сигналов Сканирующий приемник (рис. 1.1) выполняет поиск сигнала и определение его частоты путем перестройки частоты гетеродина и детектирования принятого сигнала на промежуточной частоте (ПЧ) [53]. Совместно с гетеродином могут перестраиваться и частотно-зависимые цепи (фильтры и усилители высокой частоты (ВЧ)) [19, 135]. В общем случае сканирующий приемник может работать в различных диапазонах частот, в том числе и с пропуском отдельных участков. Частным случаем сканирующего приемника является панорамный приемник, выполняющий обзор во всем рабочем диапазоне без пропусков.
Сравнительный анализ показателей эффективности способов снижения неоднозначности определения частоты
Как показал эксперимент, НОЧ-1, обусловленная паразитными полосами пропускания канальных фильтров, исключается при подключении детекторных обнаружителей к цепям ПЧ. Если бы детекторы стояли по ВЧ, то они бы срабатывали при попадании сигнала в паразитную полосу пропускания нижнего по частоте канала и в основную полосу верхнего канала. При этом сигнал в верхнем канале переносился бы в полосу ПЧ, и было бы непонятно, к какому из каналов принадлежит сигнал.
Если детекторы установлены в тракте ПЧ, ложных срабатываний не происходит: сигнал, попавший в паразитную полосу нижнего по частоте канала, переносится за пределы ДПЧ, и срабатывание в канале отсутствует. В схеме с обнаружителем, установленным по ПЧ, возникновение НОЧ-1 возможно из-за наличия паразитных ПП других фильтров. Так, при 58 чиной возникновения НОЧ-1 может стать преобразование сигнала, попавшего в паразитную полосу канала, в диапазон, соответствующий одной из паразитных полос фильтра ПЧ. Произойдет обнаружение сигнала на выходе детектора канального обнаружителя, сигнал оцифруется устройством обработки, и на основе этого будет принято решение о наличии сигнала в диапазоне ПЧ. Исключение НОЧ-1 в этом случае возможно за счет подавления или сдвига паразитных ПП фильтров ПЧ, а также канальных фильтров.
Также возникновение НОЧ-1 возможно, если сигнал гетеродина имеет в своем спектре мощные гармоники. Тогда при переносе частоты сигнала, попавшего в паразитную полосу пропускания канального фильтра, возможно появление комбинационных составляющих, попадающих в диапазон ПЧ. Для исключения этой причины возникновения НОЧ-1 необходимо использовать генераторы с высокой чистотой спектра.
После анализа возможных причин возникновения НОЧ-1 очевидно, что для ее исключения на этапе разработки структурной схемы приемника необходимо установить обнаружители сигнала в тракте ПЧ, выбрать гетеродины с чистым выходным спектром и подавить паразитные полосы пропускания фильтров ПЧ. При этом дополнительное подавление паразитных ПП канальных фильтров не требуется. Причем подавление паразитных полос в диапазоне ПЧ более эффективно по сравнению с подавлением в диапазоне ВЧ, т.к. одновременно исключает просачивание гетеродинных сигналов в тракт ПЧ через паразитные полосы, а кроме того, не требуется доработка полосового фильтра в каждом канале, фильтры ПЧ идентичны во всех каналах.
Паразитные ПП фильтра ПЧ можно устранить путем подавления либо сдвига. Однако при этом размеры топологии фильтра увеличиваются, а также изменяется АЧХ. Во многих случаях эффективными могут оказаться разработанные И. В. Колмаковой и И. Б. Вендик методы [45, 46], которые практически не увеличивают размеров топологии.
Для подавления паразитных ПП фильтра возможно последовательное включение дополнительного ФНЧ [39]. Также используются резонаторы со скачком волнового сопротивления. За счет комбинации отрезков линий передачи с разными волновыми сопротивлениями и электрическими длинами можно получить значительное подавление паразитных полос. Так согласно экспериментальным данным [45] для фильтра 5-го порядка с центральной частотой 3 ГГц и относительной полосой пропускания 17 % величина подавления второй полосы пропускания составила 65 дБ. Полученной величины достаточно для обработки сигнала в широком ДД.
В некоторых случаях возможно устранение неоднозначности путем небольшого сдвига паразитной полосы пропускания. Тогда можно использовать метод частичного удаления слоя экрана. Суть метода заключается в том, что за счет создания «окон» в слое экрана под расположенными с другой стороны платы микрополосковыми резонаторами уменьшается емкость резонаторов на землю, и, соответственно, увеличивается коэффициент связи между резонаторами. А это, в свою очередь, сдвигает полосу пропускания вниз по частоте. Согласно экспериментальным данным [46] для фильтра 4-го порядка с центральной частотой 8 ГГц и полосой пропускания 520 МГц середина второй полосы пропускания была сдвинута с 16 ГГц до 19 ГГц, т.е. приблизительно на 18 %. В общем случае сдвиг частоты является более эффективным, т.к. по сравнению с подавлением он полностью исключает наличие паразитной полосы с центральной частотой Nf0 . Однако сдвиг возможен только на небольшую величину.
Описание функционирования матрично-параллельного приемника
В традиционной матричной схеме (см. рис. 1.3) точность определения частоты составляет половину полосы пропускания канала последней ступени. В предлагаемой схеме точность аналоговой части определяется половиной полосы на выходе сумматора (или четвертью полосы ПЧ AПЧ/4), т.е. сравнима с матричной схемой. Для повышения точности к выходам ПЧ приемника может подключаться модуль цифровой обработки. Имеются данные о том, что при воспроизведении сигнала в составе устройства DRFM в диапазоне частот 7… 18 ГГц достигается точность не хуже 50 Гц при приеме сигнала длительностью 1 мс [33]. Сведения о точности определения частоты не приводятся, поскольку являются менее информативными для устройств DRFM, поэтому можно ориентироваться примерно на те же показатели.
Точность определения частоты при приеме двух и более совмещенных по времени и различных по частоте сигналов благодаря использованию УИЧ соответствует точности в одно сигнальном режиме при разрешающей способности не более одного сигнала в полосе Д/ПЧ/4. Максимальное количество одновременно различаемых сигналов при указанном условии равно 2N.
Различение большего количества сигналов предпочтительно, но не всегда обязательно. При приеме близких по частоте сигналов, попадающих в один частотный канал ШПрУ и, соответственно, не различаемых по частоте, может быть поставлена заградительная шумовая помех в полосе канала.
ДД снизу ограничен чувствительностью. Верхняя граница ДД определяется максимально допустимой мощностью, при которой происходит пробой полупроводниковых компонентов. Согласно схеме наиболее вероятен выход из строя УРЧ и смесителей. Однако для типовых широкополосных ма-лошумящих УРЧ значение максимально допустимой мощности составляет до 17 дБм в малогабаритных корпусах и значительно выше в корпусах с тепло-отводом [41], для смесительных диодов диапазона СВЧ (2А131А-3, 2А118АР-6 и др.) - до 20 дБм [86]. Поэтому при использовании аналогичной ЭКБ можно считать, что ШПрУ обладает широким ДД по входу. Также верхняя граница ДД определяется уровнями гармоник, возникающих в нелинейных устройствах в режиме большого сигнала. Однако их величины необходимо исследовать для каждого устройства отдельно. Для значительного расширения ДД приемника с целью общего снижения уровня гармоник может быть предложено использование усилителей в узком ДД и подключение более мощных усилителей при необходимости либо использование входного аттенюатора.
Высокая стабильность гетеродинных узлов может быть обеспечена использованием системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) [110]. При этом отклонение частоты зависит от применяемого ОГ. При использовании кварцевого ОГ, долговременная относительная нестабильность частоты которого составляет 10 10...10 4 [47, 121], а температурная нестабильность составляет 10 6 [121], отклонение частоты при /г=10 ГГц составит всего 10 кГц. Фазовые шумы в типовых схемах, стабилизированных ФАПЧ, не превышают минус 80 дБн при отстройке от несущей на 102 Гц. При отстройке на 103...104 Гц и более шумы снижаются до минус 120 дБн и ниже [34].
Согласно данным о структуре имеющихся аналогов, а также принимая во внимание упрощенное и более компактное построение предлагаемого ШПрУ, его габариты не превысят габаритов типовых модулей 23028539,5 мм. По тем же причинам масса также не превышает или сравнима с массой аналогов. Это также отвечает требованиям унификации и подтверждает универсальность разработанного приемника. Повышенная надежность обеспечивается уменьшением количества СВЧ-узлов, имеющих низкую надежность (смесителей, гетеродинов). Сложность настройки СВЧ-узлов предлагаемого приемника не превышает сложность настройки аналогичных узлов существующих приемных устройств, однако количество этих узлов уменьшено приблизительно в два раза, что ускоряет изготовление.
Ввиду положенного в основу разработанного ШПрУ требования к унификации стоимость ШПрУ при серийном изготовлении будет низкой, а эксплуатация упростится.
В результате комбинирования рассмотренных технических решений при сохранении точности определения частоты количество трудоемких в изготовлении и малонадежных СВЧ-узлов уменьшается. Если сравнивать предлагаемую структуру с традиционным матричным приемником (см. рис. 1.3), количество высокочастотных каналов (фильтры, смесители, делители, усилители СВЧ) уменьшается в два раза, количество гетеродинов уменьшается в четыре раза. При этом количество обнаружителей сохраняется. Одновременно с этим структура приемника усложняется введением многоканального УИЧ, представляющего собой, по сути, еще один более простой, надежный и компактный приемник. В целом надежность приемника повышается, что будет показано далее в главе 4.
Результаты эксперимента по исследованию НОЧ в матричном приемнике
Эффект от внедрения технологии настройки и проверки полосковых СВЧ-устройств может быть приблизительно оценен по снижению сроков изготовления станций помех и станций РТР.
Значительную часть производственного цикла изготовления станции помех (например, построенной по принципам, представленным в работах [72, 75]) даже с учетом распараллеливания процессов изготовления, регулировки и сборки узлов и блоков затрачивается на настройку, поскольку многие операции выполняются строго последовательно. Около 70 % настраиваемых устройств - сверхвысокочастотные.
Длительность изготовления СВЧ-узла (например, типового узла средней сложности - преобразователя частоты) в общем случае можно определить по выражению [131, 50]: N изг — 2 і, ;=1 где 7V = 8 - количество операций при изготовлении, t1...t8 - соответственно длительности приобретения стандартных деталей и сборочных единиц, изготовления нестандартных деталей и сборочных единиц, монтажа элементов, регулировки, сборки, проверки, вакуумирования и сдачи ОТК.
Дополнительные затраты времени обусловлены необходимостью повторной установки элементов вследствие ошибок монтажа, которые обнаруживаются на этапе регулировки. При изготовлении отдельных узлов, имеющих сложные для сборки корпуса, устранение ошибок занимает длительное время. Технологический отход покупных комплектующих изделий (ПКИ) при изготовлении СВЧ-узлов техники РЭБ на АО «БЭМЗ» составляет до 5 %, для отдельных комплектующих (СВЧ-диоды 2А553Б-3, 2А131А-3) - до 15 %. Повышенный процент обусловлен статистикой частого выхода из строя диодов, причем наибольший процент брака связан именно с установкой СВЧ
диодов. Согласно приложению Б первая ступень приемника, описанного в п. 2.2, содержит 44 СВЧ-диода. При этом каждая сборка преобразователя частоты содержит по 2 диода. Таким образом, при изготовлении согласно статистике в наихудшем случае только по причине выхода из строя диодов могут быть забракованы до 6 сборок из 33, что составляет 18 % узлов блока первой ступени. Также возможен брак по причине выхода из строя других ПКИ. Таким образом, можно ориентироваться на величину брака при производстве СВЧ-узлов в среднем 20 %. На поиск неисправного элемента, отключение от рабочего места, демонтаж, разборку, установку исправного элемента, повторную сборку, подключение к рабочему месту и быструю проверку преобразователя частоты (как типового узла средней сложности) затрачивается около 90 мин (в соответствии с РД 107.15.0005-88 и действующими в организации нормативами трудоемкости). Таким образом, при изготовлении СВЧ-узлов станции помех по причине ошибки монтажа в среднем в 20 % случаев дополнительно затрачивается 90 мин рабочего времени. Оперативный контроль, выполняемый непосредственно после монтажа, позволит исключить сборку неисправных узлов. Операция контроля потребует не более 3 мин. При этом, считая, что указанные отказы исключены, потеря времени в среднем сократится на 15 мин. Учитывая, что время изготовления преобразователя частоты (без учета изготовления и приобретения ПКИ) при отработанном технологическом процессе составляет не более 8 часов, в среднем экономия времени составляет не менее 3,1 % от общего времени изготовления.
Если на этапе монтажа установлен неисправный элемент, он обнаруживается на этапе регулировки. При этом затрачивается время на устранение неисправности. Оперативный входной контроль элементов, поставляемых в виде модулей (например, СВЧ-модулей усиления, аттенюации, преобразования частоты и др.), позволяет исключить затраты этого времени. В среднем количество бракованных покупных модулей (в том числе с превышением допустимых отклонений характеристик в СВЧ-диапазоне) составляет около 15 %. Аналогично, считая, что на устранение неисправности требуется около мин, экономия времени составляет в среднем 2,2 % от общего времени изготовления.
Настройка и приемка СВЧ-узлов требуют соответствующего рабочего места, в состав которого входит технологическая оснастка, которая, как правило, индивидуальна для каждого узла. Время сборки-разборки рабочего места для работы с различными СВЧ-узлами в среднем составляет 10 мин (в соответствии с РД 107.15.0005-88, действующими в организации нормативами трудоемкости и технологическими процессами). При изготовлении и проверке в среднем четырех различных устройств в течение рабочего дня необходимо 4 раза подготовить рабочее место. Таким образом, на это затрачивается около 40 мин при 8-часовом рабочем дне, что составляет 8,3 %. На ту же величину сокращается общее время регулировки при использовании универсальной оснастки.
Значительное время затрачивается на создание именно опытного образца. Поскольку у разных разработчиков даже при создании одного и того же изделия, в зависимости от имеющегося опыта, технологической базы, организации опытного производства, условий труда, внешних и др. факторов, оно существенно отличается, однозначно оценить это время невозможно [50]. Однако можно заметить, что значительные затраты времени связаны с необходимостью изготовления большой номенклатуры оснастки и переоборудованием рабочего места под работу с различными узлами.
Указанные затраты времени существенно снижаются при использовании описанной технологии настройки и проверки СВЧ-устройств. Исходя из структуры станции помех, ориентировочное количество СВЧ-узлов в ней составляет 420 штук. Для определенности считаем, что 30 % из них унифицированы и не требуют настройки, а для остальных необходимо изготовление технологического приспособления. Учитывая, что на разработку и изготовление одного приспособления в условиях опытного производства требуется около 4…5 дней (в соответствии с РД 107.15.0005-88, РД 107.14.103-90, ОСТ 4Г 0.050.008-81 и ОСТ 4Г 0.050.222-83) и одновременно могут изготавливаться около десяти приспособлений, использование единой технологической оснастки позволит сэкономить приблизительно 117…147 дней. Тогда считая, что на изготовление одного узла средней сложности при создании опытного образца уходит 24 ч (в три раза больше, чем при отработанном техпроцессе) и в среднем половина процессов происходит одновременно, создание СВЧ-части станции помех займет 630 дней (что приблизительно соответствует реальным значениям), а экономия времени составляет 18,5… 23 %.
Таким образом, считая, что около 70 % настраиваемых устройств станции помех - сверхвысокочастотные, суммарное сокращение времени на изготовление СВЧ-узлов при создании станции составит ориентировочно 32,1… 36,6 %.