Системы испытаний и диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления

Актуальность темы

.

Повышение эффективности функционирования радиолокационных станций, устанавливаемых на подвижных объектах, является непременным условием развития авиационной, ракетной, морской и подвижной наземной техники. Радиолокационные станции имеют в своем составе приемные и приемо-передающие антенны, защищенные от внешних воздействующих факторов радиопрозрачными антенными обтекателями (АО). Электромагнитные волны, несущие полезную информацию, принимаемую и передаваемую радиолокационной станцией, непременно должны пройти через АО. Любой реальный АО вызывает потерю мощности проходящей через него электромагнитной волны и изменение формы ее фазового фронта, что приводит к уменьшению дальности действия и точности пеленгования РЛС. Влияние АО на работу радиолокационной станции количественно оценивается радиотехническими характеристиками АО. Основными из них являются интегральный коэффициент прохождения (вносимое затухание) АО и пеленгационные (угловые) ошибки АО. Совокупность радиотехнических характеристик АО определяет его радиотехническое качество.1 Очевидно, что эффективность функционирования радиолокационных станций, устанавливаемых на подвижных объектах, непосредственно связана с уровнем радиотехнического качества АО.

Повышение радиотехнического качества АО является проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение. Эта проблема многогранна и включает в себя разработку новых материалов для АО, разработку новых конструкций АО, совершенствование теории АО и совершенствование методов и средств объективной оценки радиотехнического качества АО на всех этапах его жизненного цикла.

1 Радиотехническое качество АО отражает его способность удовлетворять потребность в пропускании электромагнитных волн с минимальными (в идеале — с нулевыми) искажениями. Чем выше радиотехническое качество АО, тем меньше разница между фактическими и идеальными значениями его радиотехнических характеристик. Утверждение о том, что АО имеет более высокое, чем аналог, радиотехническое качество означает, что-либо все, либо хотя бы одна из его радиотехнических характеристик улучшена по сравнению с аналогом. Единичными показателями радиотехнического качества АО являются численные значения радиотехнических характеристик антенного обтекателя. 9.

Современное состояние теории антенных обтекателей таково, что при проектировании АО с заданными радиотехническими характеристиками встречается ряд задач, которые не могут быть решены с необходимой точностью расчетным путем. К ним относятся — определение радиотехнических характеристик АО, стенка которого имеет сложную структуру (например, сотовую или армированную), определение изменений радиотехнических характеристик АО под влиянием внешних воздействий в процессе эксплуатации (например, аэродинамического нагрева) и некоторые другие.

Заключение

о правильности решения таких задач должно приниматься по результатам экспериментальных исследований.

Традиционный подход к экспериментальной оценке радиотехнического качества АО заключается в прямых измерениях интегрального коэффициента прохождения и угловых ошибок АО [49] [66]. Такой подход, наряду с очевидными достоинствами, имеет существенный недостаток, вызванный тем, что вышеупомянутые параметры, называясь радиотехническими характеристиками АО, фактически являются параметрами системы антенна-АО и могут быть измерены только при наличии уже изготовленного АО и штатной антенны, с которой ему предстоит работать [66]. В результате, путь от принятия решения на этапе проектирования АО до экспериментальной проверки правильности этого решения оказывается очень долгим и дорогостоящим, так как связан с изготовлением опытных образцов обтекателя и штатной антенны.

Что касается контроля радиотехнического качества АО на этапе его изготовления, то на промежуточных стадиях технологического цикла прямые измерения вышеупомянутых параметров в принципе не могут быть проведены, так как АО еще не существует в виде готового изделия. Прямые измерения радиотехнических характеристик АО, осуществляемые по завершению его изготовления, могут лишь констатировать наличие или отсутствие брака, но не дают информации, достаточной для принятия мер по его устранению или недопущению.

Антенные обтекатели, устанавливаемые на подвижных объектах, должны удовлетворять сложному комплексу противоречивых требований: аэродинамических, термических, радиотехнических, механических. Окончательный вариант конструкции АО является компромиссом, который может оказаться далеко не лучшим с точки зрения его радиотехнических свойств. Тем важнее на этапе проектирования АО иметь возможность оперативно сравнивать различные варианты его конструкции по уровню обеспечиваемого ими радиотехнического качества, а на этапе изготовления АО.

10 осуществлять контроль радиотехнического качества АО, результаты которого могли бы быть использованы для предотвращения или устранения брака.

Налицо конфликтная ситуация, заключающаяся в том, что несовершенство традиционных методов экспериментальной оценки радиотехнического качества АО на этапах их проектирования и изготовления препятствует разработке обтекателей, обладающих высоким радиотехническим качеством в заданных условиях эксплуатации, и является сдерживающим фактором на пути повышения эффективности функционирования радиолокационных станций, устанавливаемых на подвижных объектах.

Разработка новых методов и средств экспериментальной оценки радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления, свободных от недостатков традиционных методов, позволит разрешить вышеупомянутую конфликтную ситуацию и внесет существенный вклад в решение проблемы повышения радиотехнического качества АО.

Известно, что помимо непосредственных измерений выходных характеристик объекта экспериментальная оценка его технического состояния может быть получена методами испытаний и технической диагностики. Эти методы являются опытно-теоретическими и допускают получение конечного результата комплексным путемизмерением специально определенных параметров объекта и расчетом количественных характеристик его свойств по результатам этих измерений с помощью математической модели объекта [7] [77].

В диссертации обосновывается возможность использования данного подхода для экспериментальной оценки радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления и ставится цель разработать необходимое для его реализации информационное, математическое, техническое и программное обеспечение.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать теоретические основы экспериментально-расчетных методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления;

• разработать математические модели трехмерных систем антенна-АО различных модификаций, позволяющие рассчитывать радиотехнические характеристики АО по результатам измерений, выполняемых при исследовательских испытаниях радиотехнического качества бортовых антенных обтекателей, и определять пределы допустимых изменении диагностических параметров при проведении тестового диагностирования радиотехнического качества АО ;

• разработать принципы и исходные положения проектирования специальных радиотехнических систем, позволяющих проводить необходимые измерения при исследовательских испытаниях и тестовом диагностирования радиотехнического качества бортовых антенных обтекателей;

• разработать прикладные программы, созданные на основе математических моделей трехмерных систем антенна-обтекатель, реализующие расчетную часть методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• разработать специальные радиотехнические системы, реализующие экспериментальную часть методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• разработать методики исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и трех приложений.

Выводы.

1. Специальные радиотехнические системы, реализующие экспериментальные части разработанных в диссертации методов и средств исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей, изготовлены и внедрены в практику проектирования и производства бортовых АО.

2. Специальные прикладные программы, реализующие расчетные части разработанных в диссертации методов и средств исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей, отлажены и внедрены в практику проектирования и изготовления бортовых АО.

3. Практическое использование разработанных в диссертации методов и средств исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества АО обеспечивает возможность оперативного получения объективной информации о радиотехническом качестве антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления, что способствует уменьшению затрат времени и средств для завершения этих процессов и обеспечивает возможность создания антенных обтекателей, обладающих более высоким, чем у соответствующих аналогов, радиотехническим качеством.

4. Массивы экспериментально определяемых при исследовательских испытаниях и тестовом диагностировании параметров имеют большую информационную емкость и могут быть использованы не только для оценки уровня радиотехнического качества обтекателя, но и для разработки различных вариантов корректировки его радиотехнического качества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Подведем итог проделанной работы.

Напомним, что целью диссертации являлось решение проблемы повышения радиотехнического качества бортовых АО за счет разработки специальных радиотехнических систем, математических моделей и прикладных программ, позволяющих осуществлять исследовательские испытания и тестовое диагностирование радиотехнического качества АО на этапах их проектирования и изготовления.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи :

• разработано информационное обеспечение методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей, включающее в себя теоретические основы предлагаемых методов, выбор параметров, которые следует определять экспериментально при их реализации, анализ особенностей измерения этих параметров и определение способов осуществления необходимых измерений;

• разработаны математические модели трехмерных систем антенна-АО различных модификаций, базирующиеся на лучевой трактовке, которые являются математическим обеспечением экспериментально-расчетных методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• разработаны и отлажены прикладные программы, основанные на математических моделях трехмерных систем антенна-АО, которые реализуют расчетные части методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• разработаны принципы и исходные положения проектирования специальных радиотехнических систем, которые являются основой технического обеспечения экспериментально-расчетных методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• спроектированы и изготовлены специальные радиотехнические системы, которые реализуют экспериментальные части методов исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей;

• разработаны методики проведения исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества антенных обтекателей на этапах их проектирования и изготовления.

Специальные радиотехнические системы, прикладные программы и методики проведения исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества АО внедрены в практику проектирования и изготовления антенных обтекателей, устанавливаемых на подвижных объектах, что подтверждено Актами о внедрении и использовании результатов НИР и ОКР, выполненных по тематике диссертационной работы.

Использование разработанных методов и средств испытаний и диагностирования радиотехнического качества АО позволило в 2.3 раза (в зависимости от типа обтекателя) уменьшить время экспериментальной доводки АО (по сравнению с затратами времени, необходимыми для получения аналогичного результата традиционными методами).

Использование методов и средств исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества АО позволило создать обтекатели, обладающие более высоким, чем у соответствующих аналогов, уровнем радиотехнического качества (максимальные угловые ошибки уменьшены на (15.20) %, а максимальное вносимое затухание уменьшено на (10. 15) %).

Вышеизложенное позволяет утверждать, что цель диссертационной работы достигнута и ее теоретические и практические результаты вносят существенный вклад в решение проблемы повышения радиотехнического качества обтекателей СВЧ антенн радиолокационных станций, устанавливаемых на подвижных объектах.

Дальнейшие научные исследования в области повышения радиотехнического качества бортовых АО с использованием разработанных в диссертации методов и средств могут развиваться по двум основным направлениям.

1. Совершенствование математического, технического и программного обеспечения исследовательских испытаний и тестового диагностирования радиотехнического качества АО.

2. Разработка новых вариантов использования получаемой с помощью испытаний и диагностирования информации для повышения радиотехнического качества АО.

Приведем краткий перечень возможных вариантов работы по этим направлениям.

Совершенствование математического обеспечения может быть достигнуто :

• за счет разработки математических моделей радиотехнических свойств трехмерных систем антенна-АО новых модификаций (например, систем антенна-антенное укрытие наземных посадочных комплексов, метеорологических комплексов и т. д.);

• за счет разработки новых алгоритмов расчета статистических параметров радиотехнических характеристик системы антенна-АО с учетом корреляционных связей первичных параметров.

Совершенствование технического обеспечения может быть достигнуто :

• за счет уменьшения методических и аппаратурных погрешностей измерений;

• за счет разработки новых алгоритмов управления работой автоматизированных измерительных стендов;

• за счет разработки специальных радиотехнических систем для новых диапазонов микроволн.

Совершенствование программного обеспечения может быть достигнуто :

• за счет перевода прикладных программ из операционной системы MS DOS в операционную систему с большим объемом оперативной памяти;

• за счет создания прикладных программ для расчета радиотехйических характеристик систем антенна-АО новых модификаций.

Возможные новые варианты использования получаемой с помощью специальных радиотехнических систем информации :

• разработка на базе информации, получаемой при исследовательских испытаниях, методик изготовления АО, радиотехническое качество которых достигает наивысшего уровня именно при наличии внешних воздействий в процессе эксплуатации;

• разработка методик использования результатов тестового диагностирования для коррекции угловых ошибок системы антенна-АО с помощью бортового компьютера;

• разработка методик и аппаратуры для автоматической коррекции электрической толщины стенки АО (активный контроль радиотехнического качества АО);

• разработка методик статистического контроля радиотехнического качества АО и совершенствования на его основе процесса изготовления АО.