Введение к работе
Актуальность темы
Обострение борьбы за овладение ресурсами арктического и
дальневосточного регионов ведет к необходимости создания единого
информационного поля, обеспечиваемого распределенными
радиотехническими системами наблюдения. В этих системах, для обеспечения их работы в различных условиях обстановки, в том числе и в угрожаемый период, будут широко использоваться пассивные, не излучающие, а значит практически не обнаруживаемые пеленгаторные позиции и комплексы. Элементы подобной системы будут располагаться в малонаселенных районах, являются необслуживаемыми, либо периодически обслуживаемыми. Вместе с тем, при работе радиопеленгационных систем наблюдения необходимо обеспечить время восстановления работоспособности аппаратуры не превышающее 30 минут. Требования ко времени восстановления работоспособности аппаратуры обусловлены безопасностью и экономическими соображениями.
Распределенная радиопеленгационная система наблюдения (РСН) состоит из аппаратуры местного диспетчерского пункта (МДП), каналов связи (КС) и необслуживаемых радиотехнических терминалов (НРТ), которые в зависимости от условий размещения могут быть удалены от МДП на расстояния до 200 километров.
Обеспечение функционирования подобных технически сложных систем достигается посредством автоматизированного контроля и вызывает необходимость совершенствования методов диагностики.
Степень проработанности проблемы
Теоретические аспекты радиопеленгации рассмотрены в работах отечественных ученых Денисова В.П., Караваева В.В., Кукеса И.С., Рогаткина М.И. и др. и зарубежных Ханоха Й. и др. Проблемам диагностирования распределенных радиотехнических систем и радиоэлектронной аппаратуры посвящены работы отечественных ученых Пархоменко П. П., Увайсова СУ., Долматова А.В., Клюева В.В., зарубежных Препарата Ф., Метца Г., Барси Ф. и др. Методам определения надёжности технических систем посвящены работы Кофанова Ю.Н., Жаднова В.В, Полесского С.Н. и зарубежных Герцбаха П., Вайсмана Р. и др.
Несмотря на большой вклад этих ученых, ряд проблем не достаточно разработан. Основная проблема заключается в противоречии между постоянным увеличением сложности радиопеленгационных систем наблюдения и отсутствием методов и средств их диагностирования при наличии ограничений на время восстановления их работоспособности в случае неисправности.
Поэтому актуальной является задача поиска и исследования существующих и разработки новых концепций, методов, моделей, алгоритмов и методик построения средств диагностирования радиопеленгационных систем наблюдения.
Объектом исследования является процесс определения технического состояния распределенной радиопеленгационной системы наблюдения с глубиной поиска отказов до съемного печатного узла.
Предметом исследования являются метод, модель, алгоритмы, программно-аппаратный комплекс и методическое обеспечение для диагностирования распределенной радиопеленгационной системы наблюдения.
Цель работы: обеспечение требований по времени восстановления работоспособности радиопеленгационной системы наблюдения.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены
задачи:
-
Анализ существующих методов и средств неразрушающего контроля и диагностирования радиоэлектронных средств.
-
Анализ особенностей радиопеленгационных систем наблюдения как объектов контроля.
-
Анализ состояния проблемы диагностирования сложных распределенных радиотехнических систем и постановка задачи исследования.
-
Разработка метода автоматизированного контроля распределенной радиопеленгационной системы наблюдения.
-
Разработка диагностической модели радиопеленгационной системы.
-
Разработка алгоритмов автоматизированного контроля аппаратуры РСН.
-
Разработка протокола информационного обмена между удаленными терминалами распределенной радиопеленгационной системы и её диспетчерским пунктом.
-
Разработка программно-аппаратного комплекса пеленгационной системы наблюдения.
-
Разработка методического обеспечения для диагностирования радиопеленгационной системы в процессе её эксплуатации.
-
Экспериментальная проверка и внедрение результатов исследования.
Методы исследования. Методы системного анализа и математического моделирования, методы проектирования радиоэлектронных средств, методы теории надёжности, технической диагностики и неразрушающего контроля, а также методы теории алгоритмов и обработки информации.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту
При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:
-
Разработан метод автоматизированного контроля РСН, отличающийся от известных распределением диагностических функций между диспетчерским пунктом и сетью необслуживаемых радиотехнических терминалов, что позволяет обеспечить оценку технического состояния системы с заданной глубиной и полнотой и требования по времени восстановления работоспособности.
-
Разработана диагностическая модель РСН, которая в отличие от модели Препарата-Метца-Чена, позволяет учесть топологическую особенность системы, как распределенной мультирадиальной сети.
-
Предложен комплекс алгоритмов автоматизированного контроля, который в отличие от известных позволяет определять техническое состояние как РСН в целом, так и её составных частей по отдельности.
-
Предложен протокол информационного обмена между удаленными терминалами РСН и её диспетчерским пунктом, отличающийся возможностью передачи наряду с данными о пеленге данных о техническом состоянии аппаратуры по критерию "норма"-"ухудшение"-"авария".
-
Разработан программно-аппаратный комплекс и методическое обеспечение для оперативной оценки и принятия решения о техническом состоянии РСН в процессе эксплуатации.
Соответствие паспорту специальности. Результаты исследования соответствуют пп. 9, 10 паспорта специальности 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.
Теоретическая значимость состоит в развитии теории технической диагностики и методов неразрушающего контроля распределенных радиотехнических систем.
Практическая значимость состоит в том, что разработанные метод, модель, алгоритмы, программно-аппаратный комплекс и методическое обеспечение позволяют автоматизировать процесс контроля технического состояния распределенной РСН до съемного печатного узла и выполнить требования по времени восстановления работоспособности аппаратуры.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работы использованы при выполнении НИР и ОКР в ОАО «МКБ «КОМПАС», а также внедрены в учебный процесс в МИЭМ НИУ ВШЭ при проведении занятий по дисциплинам «Конструирование и технология электронных средств», «Неразрушающий контроль и диагностирование радиоэлектронных средств космических аппаратов» и др.
Использование перечисленных результатов в процессе разработки и испытаний изделий позволило реализовать технические решения, обеспечившие как обработку радиопеленгационной информации, так и диагностический контроль системы в целом.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и вузовских научных конференциях:
-
4-я Всероссийская НТК «Радиовысотометрия - 2013», г. Каменск -Уральский, 22-24 октября 2013 г., тема доклада: «Рекомендации по построению системы контроля и диагностики узлов аппаратуры обработки радиопеленгационной информации».
-
Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий», г. Сочи, 1-Ю октября 2013 г., тема доклада: «Классификация объектов, алгоритмов и средств контроля и диагностики электронных узлов аппаратуры обработки радиопеленгационной информации».
-
Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Армейского. МИЭМ НИУ ВШЭ. г. Москва,
17-28 февраля 2014 г., тема доклада: «Интегрированный автоматизированный контроль для систем радиопеленгации»
-
7-я Международная научно-практическая конференция учащихся и студентов, г. Протвино, 7-8 февраля 2014 г., тема доклада: «Программное обеспечение для системы автоматизированного контроля аппаратуры пеленгаторной позиции».
-
3rd International Scientific - Practical Conference «Innovative Information Technologies», Praha, 21-25 апреля 2014, тема доклада: «Ensure maintainability direction finder positions».
-
Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий», г. Сочи, 1-Ю октября
2014 г., тема доклада: «Radio direction finding system "NIVA" and requirements to
ensure its diagnostic control».
-
Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Армейского, г. Москва, 3-13 февраля 2015 г., тема доклада: «Обзор российских патентов по радиопеленгации»
-
Международный симпозиум «Надежность и качество», г. Пенза, 25-31 мая
2015 г.
-
Восьмая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Союз машиностроителей России, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, г. Москва, 23-26 сентября 2015 г., тема доклада: «Адаптер для передачи адреса и данных из "Общей шины" в “Q-шину” аппаратуры радиопеленгационной системы».
-
Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е.В. Армейского. МИЭМ НИУ ВШЭ. г. Москва, 17-29 февраля 2016 г., тема доклада: «Построение диагностических графов для распределенной радиотехнической системы наблюдения минимальной конфигурации»
-
Международный симпозиум «Надежность и качество», г. Пенза, 23-31 мая
2016 г., тема доклада: «Модель надежности распределенной радиотехнической
системы наблюдения минимальной конфигурации».
12. XVIII Международная молодежная научно-техническая конференция
учащихся, студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии и
интеллектуальные системы - 2016», г. Москва, 20 апреля 2016 г., тема доклада:
«Преобразователь аналог-фаза для радиопеленгатора распределенной системы
наблюдения».
Публикации. По основным результатам исследования опубликована 21 печатная работа (включая материалы конференций), в том числе 5 - в журналах из Перечня рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК, одна статья в издании, индексируемом Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Диссертация содержит 136 страниц текста, 32 иллюстрации, 23 таблицы и приложения на 7 страницах. Список литературы и ссылок на ресурсы Internet насчитывает 81 наименование.