Ќавигационные комлексы "√ланасс" и "Ќовстар"

—одержание
¬¬≈ƒ≈Ќ»≈ 3
1. ќЅ«ќ– —”ў≈—“¬”ёў»’ ћ≈“ќƒќ¬ –≈Ў≈Ќ»я «јƒј„» —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»» Ў јЋ
¬–≈ћ≈Ќ» –ј«Ќ≈—®ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬ 7
1.1.  –ј“ »≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ќ —ѕ”“Ќ» ќ¬џ’ Ќј¬»√ј÷»ќЌЌџ’ —»—“≈ћј’ 7
1.2. ¬ќ«ћќ∆Ќќ—“№ –≈Ў≈Ќ»я «јƒј„» —ќ√Ћј—ќ¬јЌ»я Ў јЋ ¬–≈ћ≈Ќ» ѕќ —»√ЌјЋјћ
—»—“≈ћ Ђ√ЋќЌј——ї » ЂЌј¬—“ј–ї 8
1.3. ћ≈“ќƒџ —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»» Ў¬ ”ƒјЋ≈ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬ 9
1.3.1.  ратка€ характеристика хранителей времени 9
1.3.2. —пособы синхронизации удалЄнных пунктов 14
1.4. ћ≈“ќƒџ —¬≈– » ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ ѕ–»ћ≈Ќя≈ћџ≈ ¬ ——–Ќ— ƒЋя —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»» Ѕ’¬
»—« — Ќ’¬. 15
1.5. ћ≈“ќƒџ  ќ––≈ ÷»» ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ Ќј ѕ–»ћ≈–≈ Ќ»—«. 17
1.5.1. Ќеобходимость коррекции 17
1.5.2.  оррекци€ методом фазировани€ 18
1.5.3.  оррекци€ кода ЅЎ¬ 19
1.6. ќ÷≈Ќ ј “ќ„Ќќ—“» —¬≈– » Ў¬ ”ƒјЋ≈ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬ ѕќ ¬џЅќ– ≈ ќƒЌќ¬–≈ћ≈ЌЌџ’
ѕ—≈¬ƒќƒјЋ№Ќќћ≈–Ќџ’ »«ћ≈–≈Ќ»…. 19
1.7. ѕќ“≈Ќ÷»јЋ№Ќјя “ќ„Ќќ—“№ —¬≈– » Ў¬ ѕ”Ќ “ј — »«¬≈—“Ќџћ»  ќќ–ƒ»Ќј“јћ» ѕќ
ƒјЌЌџћ ѕ—≈¬ƒќƒјЋ№Ќќћ≈–Ќџ’ » –јƒ»јЋ№Ќџ’ ѕ—≈¬ƒќ— ќ–ќ—“Ќџ’ »«ћ≈–≈Ќ»… 24
1.8. —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»я ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ —≈“» Ќ»—« Ќј ќ—Ќќ¬≈ ¬«ј»ћЌџ’ ¬–≈ћ≈ЌЌџ’
»«ћ≈–≈Ќ»… 26
1.9. —ѕќ—ќЅџ ”„®“ј ¬ Ќј¬»√ј÷»ќЌЌќћ —≈јЌ—≈ —ћ≈ў≈Ќ»… ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ Ќ»—« 29
1.10. —“–” “”–Ќјя —’≈ћј “»ѕќ¬ќ… јѕ ——–Ќ— 31
1.10.1. —остав јѕ потребител€ 31
1.10.2. «адачи решаемые блоками јѕ 33
2. ¬џЅќ– » ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ ѕ–»Ќя“ќ√ќ ¬ј–»јЌ“ј ”—“–ќ…—“¬ј  ќ––≈ ÷»» Ў јЋ
¬–≈ћ≈Ќ» ”ƒјЋ®ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬ 36
2.1. ¬џЅќ– » ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ ћ≈“ќƒј —¬≈– » »  ќ––≈ ÷»» Ў јЋ ¬–≈ћ≈Ќ» 36
2.2. ¬џЅќ– » ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ јѕѕј–ј“”–џ ѕ–»®ћј Ў јЋџ ¬–≈ћ≈Ќ» 37
2.2.1ќдноканальна€ јѕ 37
2.2.2ћногоканальна€ јѕ 40
2.3.¬џЅќ– » ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ —“–” “”–Ќќ… —’≈ћџ јѕѕј–ј“”–џ —¬≈– » »  ќ––≈ ÷»» Ў¬ 42
2.4. ¬џЅќ– » ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ ‘”Ќ ÷»ќЌјЋ№Ќќ… —’≈ћџ ”—“–ќ…—“¬ј —¬≈– » »  ќ––≈ ÷»» Ў¬ 43
2.4.1. ¬ыбор микропроцессора 43
2.4.2. ¬ыбор ќ«” 45
2.4.3. ¬ыбор ѕ«” 46
2.4.5. ¬ыбор устройства ввода-вывода 46
2.5. јЋ√ќ–»“ћ –јЅќ“џ ”—“–ќ…—“¬ј — Ў¬ 47
2.6. —»Ќ“≈« ѕ–»Ќ÷»ѕ»јЋ№Ќќ… —’≈ћџ ”—“–ќ…—“¬ј — Ў¬ 47
3. ЁЋ≈ “–»„≈— »… –ј—„®“ 50
3.1.  –ј“ »≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ќ ¬“ќ–»„Ќџ’ »—“ќ„Ќ» ј’ ѕ»“јЌ»я 50
3.2. –ј—„®“ —»Ћќ¬ќ… „ј—“» »ћѕ”Ћ№—Ќќ√ќ ѕ–≈ќЅ–ј«ќ¬ј“≈Ћя 51
3.2.1. ѕринцип действи€ преобразовател€ 52
3.2.2. –асчЄт преобразовател€ 53
4.  ќЌ—“–” “»¬Ќџ… –ј—„®“ 58
4.1.  ќЌ—“–” ÷»я ѕ≈„ј“Ќќ… ѕЋј“џ 58
4.2.  ќЌ—“–” ÷»» ЅЋќ ќ¬ ћ» –ќЁЋ≈ “–ќЌЌќ… јѕѕј–ј“”–џ 60
5. “≈’Ќ» ќ-Ё ќЌќћ»„≈— ќ≈ ќЅќ—Ќќ¬јЌ»≈ ƒ»ѕЋќћЌќ√ќ ѕ–ќ≈ “ј 63
5.1. ћ≈“ќƒџ Ё ќЌќћ»„≈— ќ√ќ ќЅќ—Ќќ¬јЌ»я ƒ»ѕЋќћЌќ√ќ ѕ–ќ≈ “ј. 63
5.2. ’ј–ј “≈–»—“» ј ѕ–ќ≈ “ј. 64
5.3. ќѕ–≈ƒ≈Ћ≈Ќ»≈ —ћ®“Ќќ… —“ќ»ћќ—“» » ќ“ѕ”— Ќќ… ÷≈Ќџ Ќј Ќ»ќ –. 64
5.4. ѕќ—“–ќ≈Ќ»≈ —≈“≈¬ќ√ќ √–ј‘» ј 67
6. ќ’–јЌј “–”ƒј » Ё ќЋќ√»„≈— јя Ѕ≈«ќѕј—Ќќ—“№ 72
6.1. “–≈Ѕќ¬јЌ»я   ѕ≈–—ќЌјЋ” ѕ–» ќЅ—Ћ”∆»¬јЌ»» » –≈√Ћјћ≈Ќ“Ќџ’ –јЅќ“ј’ Ќј
ќЅќ–”ƒќ¬јЌ»» Ќј’ќƒяў»ћ—я ѕќƒ ¬џ—ќ »ћ Ќјѕ–я∆≈Ќ»≈ћ. 72
6.2. ќ’–јЌј “–”ƒј ¬ ѕќћ≈ў≈Ќ»я’ — “≈’Ќ»„≈— »ћ ћ» –ќ Ћ»ћј“ќћ. 74
6.2.1. ќбща€ характеристика технологического микроклимата в помещении и его вли€ние на организм
работающих. 74
6.2.2. Ќормативные санитарноЦгигиенические параметры среды, средства и методы их обеспечени€ при
организации технологического микроклимата 76
«ј Ћё„≈Ќ»≈ 81
Ћ»“≈–ј“”–ј 83
ѕ–»Ћќ∆≈Ќ»≈ 86
¬ведение
–азвитие радионавигационных средств на прот€жении всей истории их
существовани€ неизменно стимулировалось расширением области применени€ и
усложнением задач, возлагавшихс€ на них, и прежде всего ростом требований к их
дальности действи€ и точности. ≈сли в первые дес€тилети€ радионавигационные
системы обслуживали морские корабли и самолеты, то затем состав их потребителей
значительно расширилс€, и в насто€щее врем€ охватывает все категории подвижных
объектов, принадлежащих различным ведомствам. ≈сли дл€ первых –»— -
амплитудных радиома€ков и радиопеленгаторов - была достаточна дальность
действи€ в несколько сотен километров, то затем постепенно требовани€ к
дальности возросли до 1...2.5 тыс. км (дл€ внутриконтинентальной навигации), до
8...10 тыс. км (дл€ межконтинентальной навигации) и, наконец, превратились в
требовани€ глобального навигационного обеспечени€. „то касаетс€ точности, то
поначалу устраивала точность в несколько километров, затем оказалось возможным
реализовать точности в сотни метров и, наконец, с по€влением технических
возможностей дл€ создани€ сетевых —–Ќ— удалось удовлетворить требовани€м на
уровне дес€тка метров. Ќо требовани€ продолжают ужесточатьс€, возникает
необходимость в дециметровых и сантиметровых точност€х, которые можно
обеспечить, совершенству€ сетевые —–Ќ— и примен€€ в них дифференциальный
режим работы.
  насто€щему времени в арсенале радионавигационной техники скопилось
немало систем, отличающихс€ между собой дальностью действи€ и точностью, что
предопредел€ет различие их в принципах действи€. —редства ближней навигации
(–—ЅЌ) в диапазоне ” ¬ используют импульсные дальномеры и фазовые или
частотные угломерные устройства на примерах системы Ђ¬ќ–ї, Ђƒћ≈ї, Ђ–—ЅЌї.
»з средств дальней радионавигации (–—ƒЌ) можно отметить длинноволновые
Ђ„айкуї и ЂЋоран-—ї, работающие в импульсно-фазовом режиме, и
сверхдлинноволновые Ђќмегуї и Ђ–—ƒЌ-20ї с фазовыми измерени€ми. Ќаход€т
также применение амплитудные многолепестковые радиома€ки типа Ђ¬–ћ-5ї и
Ђ онсольї. Ќизкоорбитные спутниковые –Ќ— "÷икадаї и Ђ“ранзитї, основанные на
доплеровских (частотных) измерени€х, широко обеспечивают кораблевождение.
Ќаконец, наход€тс€ в стадии интенсивного развертывани€ среднеорбитные сетевые
—–Ќ— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї, обладающие самыми высокими показател€ми:
глобальностью, высокой точностью, непрерывным обслуживанием неограниченного
числа потребителей.
Ќаиболее высоким уровнем эффективности использовани€ различных –»—
представл€етс€ создание единого радионавигационного пол€, когда излучени€ всех
источников навигационных сигналов синхронизированы. ѕри этом информаци€,
выдел€ема€ при обработке сигналов любой из излучающих радиостанций, способна
в соответствующей степени повысить точность и надежность навигационно-
временных определений. —инхронизаци€ излучени€ всех радионавигационных
средств с помощью сигналов системы единого времени (—≈¬) будет способна
объединить частные радионавигационные пол€ в ≈диное радионавигационное поле,
что позволит более гибко предоставл€ть навигационно-временное обеспечение
различным потребител€м в необходимых районах.
¬ажно подчеркнуть, что основу ≈диного пол€ составит глобальное поле
сетевых —–Ќ—. Ёти системы 2-го поколени€ €вл€ютс€ сетевыми системами
непрерывного действи€, обеспечивающими глобальное высокоточное определение
полного вектора состо€ни€ ѕ. —еть Ќ»—« развертываетс€ из 18-24 спутников,
координировано обращающихс€ по круговым орбитам высотой около 20000 км
(период обращени€ 12 ч), лежащим в 3-6 пересекающихс€ плоскост€х с
наклонением 55...65? так, что на каждой из орбит равномерно размещаетс€ 3-8
Ќ»—«. —путники на таких орбитах имеют достаточно обширную зону видимости и
позвол€ют уверенно выполн€ть по ним радиальноЦскоростные измерени€. Ёто
позволило реализовать важную техническую идею Ц координацию
пространственного расположени€ Ќ»—« на орбитах и координацию по времени
излучаемых спутниками сигналов. »менно координаци€ движени€ всех Ќ»—«
придает системе сетевые свойства, которых она лишена при отсутствии коррекции
положени€ Ќ»—«.
¬ —Ќ√ —–Ќ— 2Цго поколени€ получила наименование "√лонасс" (√лобальна€
навигационна€ спутникова€ система), в —Ўј "Ќавстар" (NavstarЦNavigational
Satellite Time and Randin Ц навигационный спутник измерени€ времени и координат)
или по ее фактическому назначению GPS (Global Position Sistem Ц глобальна€
система местоопределени€). ќсновные свойства обеих —–Ќ— определ€ютс€
выбором системы Ќ»—« (баллистическим построением), высокой стабильностью
бортовых эталонов частоты, выбором сигнала и способов его обработки, а так же
действенными способами устранени€ и компенсации р€да погрешностей.
√ЋќЌј—— Ц глобальна€ навигационна€ спутникова€ система, предназначенна€
дл€ определени€ положени€, скорости и точного времени дл€ кораблей, самолетов,
наземных объектов и других типов пользователей. —истема "√лонасс состоит из
трех подсистем: подсистемы космических аппаратов, подсистемы контрол€ и
управлени€, оборудование пользователей.
ќрбитальна€ группировка »—« состоит из 24 спутников, по восемь в каждой из
трех орбитальных плоскост€х. ќрбитальные плоскости размещаютс€ через каждые
120 градусов по возрастанию абсолютного угла долготы.
ќпределение пространственных координат и составл€ющих скорости
основываетс€ на дальномерных и доплеровских измерени€х. —путниковые –»—
характеризуютс€ высокими требовани€ми к формированию системной шкалы
времени и ее поддержанию (хранению) в течение всего срока существовани€
системы. Ќеобходимость в высокой стабильности временной шкалы возрастает по
мере повышени€ требований к точности навигационных определений, в особенности
при использовании пассивного дальномерного метода. ѕараметры системы и ее
отдельных звеньев, а также математическое обеспечение (ћќ) выбираютс€ так,
чтобы точность навигационных определений оценивалась значени€ми по
координатам до 10 м, по скорости до 0,05 м/с.
√лобальное поле сетевых —–Ќ— при успешном развитии международного
сотрудничества будет образовано пол€ми обеих систем Ђ√лонассї и ЂЌавстарї, т.к.
близость этих систем как по баллистическому построению орбитальной
группировки  Ћј, так и по радиосигналам, излучаемым  Ћј, позвол€ет создать
јѕ, работающую по сигналам обеих систем. ѕри этом в качестве рабочих созвездий
будут одновременно использованы  ј, принадлежащие обеим системам.
¬ бортовой аппаратуре навигационно-временного обеспечени€ подвижных
объектов, создаваемой в виде комплексов соответствующих средства основным
радионавигационным каналом €витс€ канал сетевых —–Ќ—, позвол€ющий
определ€ть полный вектор состо€ни€ подвижного объекта - три его координаты, три
составл€ющие вектора скорости, поправки к бортовой Ў¬ и к частоте местного
эталонного генератора. ѕоскольку потребител€ми ——–Ќ— будут не только
подвижные объекты, но и стационарные, нуждающиес€ в высокоточном
определении их координат и поправок к местной Ў¬, речь может идти не только о
навигационно-временном обеспечении, но и о более широкой задаче - координатно-
временном обеспечении. ѕрименительно к такой постановке вопроса можно также
утверждать, что основу координатно-временного обеспечени€ составит именно
применение сетевых спутниковых –»—.
ћожно утверждать, что основой навигационно-временного обеспечени€
потребителей всех видов (исследовательских, народнохоз€йственных, оборонных)
на ближайшие дес€тилети€ €в€тс€ именно сетевые спутниковые системы Ђ√лонассї
и ЂЌавстарї.
÷елью дипломного проекта €вл€етс€ разработка устройства при помощи
которого можно осуществл€ть синхронизацию шкал времени (Ў¬) удалЄнных
пунктов. ¬ качестве эталона времени принимаетс€ Ў¬ системы Ђ√ЋќЌј——ї. ѕри
помощи этого устройства можно осуществл€ть прив€зку к другим системам точного
времени (—≈¬, UTC). Ётого можно достигнуть, учитыва€ известные расхождени€
между Ў¬ Ђ√ЋќЌј——ї и Ў¬ других систем. ≈щЄ более повысить точность
временного обеспечени€ можно путЄм использовани€ сигналов американской
спутниковой навигационной системы GPS (NAVSTAR), однако в данном проекте
така€ задача не ставитс€.
1. ќбзор существующих методов решени€ задачи синхронизации
шкал времени разнесЄнных пунктов
1.1.  –ј“ »≈ —¬≈ƒ≈Ќ»я ќ —ѕ”“Ќ» ќ¬џ’ Ќј¬»√ј÷»ќЌЌџ’ —»—“≈ћј’
—путниковой радионавигационной системой (—–Ќ—) прин€то называть такую –Ќ—,
в которой роль опорных радионавигационных точек (–Ќ“) выполн€ют »—«, несущие
навигационную аппаратуру. Ќавигационные »—« (Ќ»—«) €вл€ютс€ аналогом
неподвижных –Ќ“, представл€ющих собой опорные пункты наземных –Ќ—. ѕеренос
–Ќ“ из наземных точек с фиксированными географическими координатами в точки,
совершающие орбитальное движение, привел к существенным изменени€м в
построении этих –Ќ—. ≈сли наземные –Ќ— содержат в качестве основных своих
звеньев только аппаратуру –Ќ“ и потребителей (ѕ), то —–Ќ— включают в себ€ р€д
дополнительных звеньев. ”прощенна€ структурна€ схема —–Ќ— включает космодром,
систему Ќ»—«, аппаратуру ѕ, командно-измерительный комплекс ( » ) и центр
управлени€ (÷”).
 осмодром обеспечивает вывод Ќ»—« на требуемые орбиты при первоначальном
развертывании —–Ќ—, а также периодическое восполнение числа Ќ»—« по мере
выработки каждым из них ресурса. √лавными объектами космодрома €вл€ютс€
техническа€ позици€ и стартовый комплекс. “ехническа€ позици€ обеспечивает
прием, хранение и сборку ракетоносителей и Ќ»—«, их испытани€, заправку Ќ»—« и
их состыковку. ¬ число задач стартового комплекса вход€т: доставка носител€ с
Ќ»—« на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные
испытани€, заправка носител€, наведение и пуск. ѕриданные космодрому командно-
измерительные средства по телеметрическому и траекторному каналам контролируют
работу бортовых систем и траекторию полета на участке вывода на орбиту.
—истема Ќ»—« представл€ет собой совокупность источников навигационных
сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации.
Ќа Ќ»—«, как на  ј, размещаетс€ разнообразна€ аппаратура: средства
пространственной стабилизации, аппаратура траекторных измерений,
телеметрическа€ система, аппаратура командного и программного управлени€,
системы энергопитани€ и терморегулировани€. — навигационными блоками
взаимодействуют бортовой эталон времени и бортова€ Ё¬ћ.
јппаратура потребителей предназначаетс€ дл€ приема сигналов от Ќ»—«,
измерени€ навигационных параметров и обработки измерений. ƒл€ решени€
навигационных задач в аппаратуре ѕ предусматриваетс€ специализированна€ Ё¬ћ.
 омандно-измерительный комплекс (именуемый также подсистемой контрол€ и
управлени€) служит дл€ снабжени€ Ќ»—« служебной информацией, необходимой дл€
проведени€ навигационных сеансов, а также дл€ контрол€ за Ќ»—« и дл€ управлени€
ими как космическими аппаратами. ƒл€ этого с помощью наземных средств  » 
выполн€етс€ телеметрический контроль за состо€нием спутниковых систем и
управление их работой, осуществл€етс€ определение параметров ƒвижени€ Ќ»—« и
управление их движением, проводитс€ сверка и согласование бортовой и наземной
шкал времени, а также ведетс€ снабжение ѕ так называемой эфемеридной
информацией, т. е. сведени€ми о текущих координатах сети Ќ»—«, информацией о
состо€нии их бортовых шкал времени, а также р€дом поправок.
 оординирует функционирование всех элементов —–Ќ— центр управлени€,
который св€зан информационными и управл€ющими радиолини€ми с космодромом и
 » .
1.2. ¬ќ«ћќ∆Ќќ—“№ –≈Ў≈Ќ»я «јƒј„» —ќ√Ћј—ќ¬јЌ»я Ў јЋ ¬–≈ћ≈Ќ» ѕќ
—»√ЌјЋјћ —»—“≈ћ Ђ√ЋќЌј——ї » ЂЌј¬—“ј–ї
¬ ——–Ќ— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї в качестве хранителей Ў¬ используютс€
соответствующие высокостабильные Ќ’¬ и в каждой из систем наземный комплекс
управлени€ (Ќ ”) осуществл€ет синхронизацию шкал Ѕ’¬ Ќ»—« и Ќ’¬.
—истема ЂЌавстарї предназначена не только дл€ навигационных определений, но и
дл€ временных. ѕри этом под временным определением понимаетс€ оценка поправки
к шкале времени потребител€ относительно некой универсальной шкалы. ¬ качестве
последней в системе ЂЌавстарї прин€та шкала ћорской обсерватории —Ўј -
U“—USNO. ƒополнительно Ќ ” решает задачу синхронизации шкалы Ќ’¬ системы
ЂЌавстарї и шкалы U“—USNO.  ак будет отмечено далее, модель ухода Ќ»—« в
системе ЂЌавстарї с достаточной степенью точности на интервале времени до 1ч
описываетс€ полиномом 2-й степени, коэффициенты полинома a0, а1, а2
определ€емые средствами Ќ ”, передаютс€ в кадре сигнала в составе служебной
информации и позвол€ют обеспечить синхронизацию Ў¬ сети Ќ»—« системы.  роме
того, дл€ обеспечени€ временных определений в составе служебной информации (—»)
передаютс€ два коэффициента ј0, ј1, позвол€ющие потребител€м определ€ть врем€ в
шкале U“—USNO.
јналогичный способ синхронизации Ў¬ Ѕ’¬ используетс€ и в системе Ђ√лонассї.
ќтличие заключаетс€ в следующем: уход Ў¬ Ѕ’¬ на интервале времени 0,5 ч
описываетс€ полиномом первой степени (коэффициенты a0, а1), в качестве
универсальной Ў¬ используетс€ шкала —≈¬, поправка к системной Ў¬ относительно
шкалы —≈¬ передаетс€ в виде коэффициента ј0.
‘ормирование Ў¬ в системах Ђ√лонассї и ЂЌавстарї схематично показано на рис.
1.
–исунок 1 —хемы формировани€ шкал системного времени ——–Ќ— "√лонасс" и "Ќавстар"
ѕрин€та€ идеологи€ синхронизации Ў¬ Ѕ’¬ в системах Ђ√лонассї и ЂЌавстарї
позвол€ет достаточно просто обеспечить взаимную синхронизацию Ў¬ Ќ»—« этих
систем. ѕростейший вариант решени€ этой задачи заключаетс€ в следующем.   Ќ’¬
системы Ђ√лонассї подключаетс€ навигационно-временна€ аппаратура системы
ЂЌавстарї (или универсальна€ аппаратура), по сигналам Ќ»—« системы ЂЌавстарї
решаетс€ временна€ задача и определ€етс€ расхождение системных Ў¬. –асхождение
в виде соответствующих коэффициентов закладываетс€ на борт Ќ»—« и передаетс€ в
составе —». јналогичный способ можно использовать и в Ќ’¬ системы ЂЌавстарї,
где временна€ задача будет решатьс€ аппаратурой Ђ√лонассї по сигналам еЄ Ќ»—«.
Ѕолее высокую точность сведени€ Ў¬ систем можно обеспечить при синхронизации
Ќ’¬ в дифференциальном режиме.
1.3. ћ≈“ќƒџ —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»» Ў¬ ”ƒјЋ≈ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬
1.3.1.  ратка€ характеристика хранителей времени
Ќаиболее высоким уровнем эффективности использовани€ различных –»—
представл€етс€ создание единого радионавигационного пол€, когда излучени€ всех
источников навигационных сигналов синхронизированы. ѕри этом информаци€,
выдел€ема€ при обработке сигналов любой из излучающих радиостанций, способна в
соответствующей степени повысить точность и надежность навигационно-временных
определений.
«адачу синхронизации Ў¬ сети стационарных и подвижных пунктов можно
решить различными методами. ќднако в последнее врем€ в св€зи с созданием
глобальных сетевых спутниковых –»— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї вновь привлечено
внимание к способу синхронизации с использованием Ќ»—« , что св€зано с
ожидаемой высокой точностью при глобальной зоне обслуживани€.
ƒл€ обосновани€ использовани€ —–Ќ— дл€ этих целей приведем общую
характеристику хранителей временных шкал в этих системах.
—путниковые –»— характеризуютс€ высокими требовани€ми к формированию
системной шкалы времени и ее поддержанию (хранению) в течение всего срока
существовани€ системы. Ќеобходимость в высокой стабильности временной шкалы
возрастает по мере повышени€ требований к точности навигационных определений, в
особенности при использовании пассивного дальномерного метода.
—истемна€ шкала времени задаетс€ наземным хранителем времени (Ќ’¬).
Ќосител€ми системного времени на борту Ќ»—« €вл€ютс€ бортовые хранители
времени (Ѕ’¬). ѕри этом в системе непосредственно используютс€ бортовые шкалы
Ќ»—«, поскольку именно их состо€ние определ€ет точность измерений –Ќѕ, а шкала
наземного хранител€ выступает как эталонна€. ѕриведение в соответствие шкал Ѕ’¬
Ќ»—« со шкалой Ќ’¬, т. е. синхронизаци€ временных шкал, осуществл€етс€ путем
проведени€ операций сверки и коррекции времени с использованием радиоканалов
Ќ»—« - «емл€ и «емл€ - Ќ»—«.
¬рем€задающим элементом в ——–Ќ— €вл€етс€ Ќ’¬, который создает шкалу
времени (и необходимую сетку синхрочастот) путем делени€ частоты
высокостабильного опорного генератора.
¬ качестве опорного генератора используютс€ цезиевые или водородные атомные
стандарты. ќдной из основных характеристик стандартов частоты €вл€етс€
относительна€ нестабильность частоты на некотором определенном интервале
времени
?f/f0=(f1 -f0)/f0 , (1.1)
где: f1 и fо - соответственно действительное и номинальное значени€ частоты.
ƒл€ современных атомных стандартов суточна€ относительна€ нестабильность
частоты (1...5)x10-14 и выше.  онечно, дл€ поддержани€ столь высокой стабильности
необходимо создание сложного аппаратурного комплекса, обеспечивающего
функционирование сердцевины Ќ’¬ - атомного стандарта - в услови€х посто€нной
температуры, минимального вли€ни€ внешних и внутренних электромагнитных
полей, исключени€ вибраций и т. д.
¬ Ѕ’¬, как и в Ќ’¬, временна€ шкала формируетс€ высокостабильным опорным
генератором. ¬ Ѕ’¬ используютс€ кварцевые или атомные стандарты частоты.
 осмические кварцевые стандарты имеют относительную нестабильность (1...5)x10-10,
а атомные до 1 x 10-11...1 x 10-12. ¬озможности дальнейшего улучшени€ стабильности
кварцевых генераторов практически исчерпаны, а значени€ нестабильности частот
атомных стандартов могут быть доведены до 1 x 10-13 и единиц 10-14.
ѕредположим, что бортовые шкалы времени Ќ»—« приведены в строгое
соответствие со шкалой Ќ’¬. ƒалее, с течением времени начнетс€ неизбежное
расхождение этих шкал и прежде всего за счет ухода частоты Ѕ’¬, поскольку именно
они эксплуатируютс€ в наиболее сложных услови€х. Ќар€ду с этим при создании
космических Ѕ’¬ сталкиваютс€ с р€дом ограничений (весовых, габаритных и
энергетических), что не позвол€ет реализовать инженерно-технические решени€,
направленные на повышение стабильности.
—табильность частоты опорного генератора Ѕ’¬ зависит от многих факторов. ƒл€
кварцевых стандартов, например, это - геометрические размеры кварцевой линзы,
конструкци€ держател€ кристалла, совершенство электронной схемы, стабильность
поддержани€ теплового режима, параметры окружающего магнитного и
электрического полей и т. д. ќбычно принимаютс€ меры конструктивного, схемного и
технологического характера к тому, чтобы устранить или существенно ослабить
вли€ние дестабилизирующих факторов. “ак, в Ѕ’¬ примен€ют систему
термостатировани€, обеспечивающую поддержание рабочей температуры с точностью
до сотых долей градуса. ƒл€ защиты от воздействи€ внутренних и внешних
электромагнитных полон используетс€ система экранов, ослабл€ющих их до единиц и
долей эрстеда.
ѕри правильном учете особенностей функционировани€ Ѕ’¬ в составе аппаратуры
Ќ»—« можно добитьс€ некоторого ослаблени€ воздействи€ дестабилизирующих
факторов. ƒл€ прецизионной аппаратуры, к которой можно отнести и Ѕ’¬, требуетс€
создание более благопри€тных условий, например поддержание теплового режима в
окрестности установки в пределах tp± 10?—, где tp - оптимальна€ температура дл€ работы
Ѕ’¬. —оответственно налагаетс€ ограничение и на градиент температурного пол€ в
месте установки Ѕ’¬ при изменении внешнего и внутреннего тепловых потоков,
действующих на Ќ»—«.
ѕодбором взаимного расположени€ блоков аппаратуры, а при необходимости и
установкой дополнительных экранов ослабл€етс€ воздействие наводимых в корпусе
Ќ»—« электромагнитных полей. ѕри высокой насыщенности радиоэлектронной
аппаратурой обеспечение указанных условий работоспособности Ѕ’¬ на борту Ќ»—«
€вл€етс€ нелегкой задачей.
Ќеобходимо отметить, что на уход бортовой шкалы времени немалое вли€ние
оказывают и индивидуальные особенности того или иного образца Ѕ’¬. Ёто Ц
точность установки номинала частоты опорного генератора, точность
воспроизводимости частоты от включени€ к включению, шумовые характеристики
электронной схемы Ѕ’¬ и др.
ќсновные характеристики некоторых типов спутниковых бортовых стандартов
частоты приведены в табл. 1.
“аким образом важной стороной использовани€ —–Ќ— может €вл€етс€ передача
сигналов единого времени. Ѕез особых трудностей шкала системы может быть
синхронизирована со шкалой системы единого времени (—≈¬). –асхождени€ шкал,
вы€вл€емые в процессе синхронизации, фиксируютс€ как поправка к системному
времени. Ёта поправка в виде, соответствующего кода вноситс€ в состав кадра
навигационного сигнала. ѕотребители в процессе навигационного сеанса определ€ют
системное врем€, а учитыва€ указанную поправку, и врем€ в шкале —≈¬.
 ак видно из изложенного ——–Ќ— 2-го поколени€ могут эффективно решать
задачи временной синхронизации удаленных пунктов. ¬ыполн€тьс€ это может
различными способами.
’арактеристика
 варцевый
стандарт частоты
јтомные стандарты частоты
–убидиевый
÷езиевый
¬одородный
ћасса, кг
1,35
2,25
13,5
33,7
ѕотребление, ¬т
2,0
13,0
25,0
30,0
ќбъЄм, дм3
1,13
1,13
11,3
28
ќтносительна€
нестабильность
частоты (за
сутки)
5 x 10-10...1 x 10-10
1 x 10-12
1 x 10-13
1 x 10-14
“емпературный
коэффициент
частоты (1/?—)
2 x 10-11
Ц
Ц
Ц
‘акторы
ограничивающие
срок службы
—тарение кварца
”худшение
характеристик
лампы
”ровень шумов
в атомно-
лучевой трубке
«апас водорода
“аблица 1. ќсновные характеристики некоторых бортовых стандартов частоты Ќ»—«.
Ќапример в каждом из пунктов синхронизируемой сети Ў¬ формируютс€
местными преобразовател€ми фазы и частоты высокостабильных генераторов,
обеспечивающих прецизионное хранение начала и масштабов интервалов времени.
ƒл€ поддержани€ высокой точности синхронизации Ў¬ различных пунктов
необходимы периодическа€ сверка и взаимное сведение этих шкал. „ем ниже
стабильность хранени€ и точность сверки Ў¬, тем чаще должно осуществл€тьс€ их
сведение дл€ обеспечени€ заданной точности синхронизации.
ѕри использовании сигналов нескольких синхронизированных Ќ»—« сверка сети
пунктов производитс€ обработкой результатов измерений времен прихода сигналов на
эти пункты. Ќаиболее характерные алгоритмы обработки измерений базируютс€ на
использовании метода наименьших квадратов или рекуррентного фильтра  алмана. ¬
зависимости от способа дальнейшего использовани€ найденного временного
рассогласовани€, определ€емого функциональным назначением данного
синхронизируемого пункта, возможны различные варианты сведени€ Ў¬ сети
пунктов по сигналам —–Ќ—.
1.3.2. —пособы синхронизации удалЄнных пунктов
Ќаиболее простой способ синхронизации заключаетс€ в независимой работе
пунктов по Ќ»—« ——–Ќ— (рис. 2). ѕри этом каждый из синхронизируемых пунктов (i-
й, j -й) независимо свер€ет свою Ў¬ (tЁ„)с Ў¬ сети Ќ»—« определ€ет поправку (?t =t
Ќ»—« Ц t Ё„) и корректирует свою Ў¬ на размер этой поправки.  ак видно из рис.1,
после проведени€ сеансов сверки в i-м и j -м пунктах Ў¬ каждого из пунктов
оказываютс€ прив€занными к шкале времени t Ќ»—«. “ипичным примером подобного
способа синхронизации сети пунктов €вл€етс€ использование дл€ этого аппаратуры
потребителей ——–Ќ—.
–исунок 2—труктурна€ схема
синхронизации Ў¬ сети спутников по
сигналам ——–Ќ—.
–исунок 3 —труктурна€ схема сверки Ў¬
первичного и вторичного Ё„
Ќередко возникает необходимость прив€зать Ў¬ некоторого i-го пункта не к Ў¬
Ќ»—«, а к Ў¬ некоторого другого j-го пункта. ¬ качестве примера можно привести
сверку вторичного эталона частоты (¬Ё„) и первичного эталона частоты (ѕЁ„). ¬
этом случае сведение Ў¬ с помощью Ќ»—« может быть осуществлено в соответствии
со структурной схемой, изображенной на рис. 2.  аждый из пунктов определ€ет
рассогласование своей Ў¬ относительно Ў¬ системы Ќ»—«. «атем j-й пункт, где
расположен ѕЁ„, передает информацию о рассогласовании
(?t j =t Ќ»—« Ц t ѕЁ„ ) на i-й пункт, где расположен ¬Ё„. Ќа этом последнем пункте в
аппаратуре обработки сравниваютс€ размеры рассогласовани€ (t Ќ»—« Ц t ѕЁ„ ) и
(t Ќ»—« Ц t ¬Ё„ ) и расхождение Ў¬ ѕЁ„ и ¬Ё„ определ€етс€ как их разность. ѕри
необходимости Ў¬ ¬Ё„ корректируетс€. ƒл€ передачи информации о
рассогласовании (?t j =t Ќ»—« Ц t ѕЁ„ ) на пункт, где расположен ¬Ё„, допустимо
использовать любую св€зную радиолинию, котора€ может быть узкополосной,
поскольку данна€ информаци€ медленно измен€етс€ и легко преобразуетс€ в
цифровую форму. ≈сли информаци€ о Ў¬ ѕЁ„ необходима широкому кругу
потребителей, то она может быть передана им через Ќ»—«.
1.4. ћ≈“ќƒџ —¬≈– » ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ ѕ–»ћ≈Ќя≈ћџ≈ ¬ ——–Ќ— ƒЋя
—»Ќ’–ќЌ»«ј÷»» Ѕ’¬ »—« — Ќ’¬.
—верка времени в —–Ќ— проводитс€ дл€ вы€влени€ ухода шкалы времени
относительно эталонной шкалы Ќ’¬. ѕо размеру ухода можно судить о
функционировании хранител€ времени (’¬) и о необходимости коррекции шкалы.
¬ общем случае, вед€ прием радионавигационного сигнала на пункте сверки,
определ€ют значение времени в бортовой шкале на момент излучени€ сигнала Ќ»—«.
  моменту приема сигнала значение времени в бортовой шкале t? Ў¬ изменитс€ и
будет определ€тьс€ выражением
t? Ў¬= t»«ћ + ?tр + ?tрэ + ?tпр, (1.2)
где:
?tр - врем€ распространени€ сигнала на трассе Ќ»—« -«емл€;
?tрэ - Ђотставаниеї бортового времени, вызванное рел€тивистскими эффектами,
?tпр - прочие аппаратурные и методические погрешности.
¬рем€ распространени€ сигнала ?tр определ€етс€ рассто€нием между Ќ»—« и
пунктом сверки и скоростью распространени€ радиоволн. ѕри этом необходимо
учитывать, что в фазу радионавигационного сигнала, €вл€ющуюс€ носителем
информации о бортовом времени, внос€тс€ дополнительные фазовые сдвиги за счет
рефракционных €влений в ионосфере и тропосфере.
—ущественный вклад в погрешность определени€ времени распространени€ могут
вносить задержки сигнала в наземной и бортовой аппаратуре радиоканала. ѕоэтому
наземна€ аппаратура периодически калибруетс€ и задержка учитываетс€ при сверке
шкал.
–ел€тивистские эффекты порождают различное течение времени на Ќ»—« и на
наземном пункте. Ёто вызвано, с одной стороны, относительным движением систем
отсчета и, с другой, изменением течени€ времени под вли€нием гравитационного
потенциала. «нание с высокой точностью параметров взаимного движени€ Ќ»—« и
наземного пункта на моменты сверки позвол€ют рассчитать величину ?tpэ с
точностью до единиц наносекунд.
¬ зависимости от процедуры определени€ времени распространени€ сигнала от
Ќ»—« до наземного пункта различают пассивный и активный методы сверки времени.
ѕри пассивном методе сверки времени на наземном пункте принимают
радионавигационный сигнал и фиксируют значение времени бортовой шкалы. Ќа
основе данных траекторных измерений вычисл€ют дальность до Ќ»—« и определ€ют
врем€ распространени€ сигнала. ѕри этом учитывают параметры, характеризующие
состо€ние ионосферы и тропосферы на трассе Ќ»—« - «емл€. ƒл€ проведени€
высокоточной сверки необходимо рассчитывать дальность до Ќ»—« с погрешностью
до 1 м, что требует использовани€ измерительных систем высокой точности. — другой
стороны, дл€ учета рефракционных погрешностей необходимо иметь надежную
модель распространени€ радиоволн.
ѕосле проведени€ серии измерений, использу€ известные методы статистической
обработки информации, определ€ют значени€ расхождени€ бортовой и наземной
шкал времени. ћетод сверки временных шкал, подобный описанному, используетс€ в
—–Ќ— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї.
ѕри активном методе сверки дл€ определени€ времени распространени€
привлекаютс€ измерительные каналы «емл€ - Ќ»—« и Ќ»—« - «емл€. ¬рем€ между
посылкой запросного и приемом ретранслированного навигационным искусственным
спутником «емли сигнала составл€ет удвоенное значение времени распространени€
?tp.
–ефракционные и прочие погрешности учитываютс€ расчетным путем так же, как и
при пассивном методе, с помощью поправок.
¬ыбор метода сверки временных шкал зависит от требуемой точности сверки,
знани€ модели распространени€ радиоволн с целью расчета рефракционных
поправок, точности расчета положени€ Ќ»—« на моменты сверки и т. д.
ясно, что активный метод более прост в методическом обеспечении и прочих
равных услови€х позвол€ет реализовать более высокие точности, но требует
дополнительной аппаратуры как на наземном пункте, так и на борту Ќ»—«.
«начение бортового времени, полученное одним из описанных методов,
сравниваетс€ с временем Ќ’¬, в результате чего и определ€етс€ расхождение шкал и
его знак. ѕоправка к бортовой шкале времени, формируема€ в виде кода коррекции,
поступает в пункт управлени€ дл€ передачи на Ќ»—«. ѕолезной оказываетс€ также
оценка относительного ухода частоты Ѕ’¬.
ѕо результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени
Ѕ’¬ и прогнозировать его на определенные интервалы времени. ѕараметры модели
ухода Ѕ’¬ (например, в виде коэффициентов аппроксимирующего полинома)
включаютс€ в состав информационного кадра навигационного сигнала и
используютс€ потребителем дл€ повышени€ точности местоопределени€.
ѕри недостаточной инструментальной точности коррекции бортовой шкалы может
рассчитыватьс€ значение дополнительной поправки к бортовой шкале, котора€ также
вноситс€ в кадр навигационного сигнала.
1.5. ћ≈“ќƒџ  ќ––≈ ÷»» ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ Ќј ѕ–»ћ≈–≈ Ќ»—«.
1.5.1. Ќеобходимость коррекции
Ќеобходимость в коррекции бортовых шкал времени Ќ»—« возникает в нескольких
случа€х, при первоначальном включении Ѕ’¬ после вывода Ќ»—« на орбиту, при
уходе шкалы Ѕ’¬ относительно шкалы Ќ’¬, превышающем допустимое значение,
при переключении резервных блоков Ѕ’¬.
 оррекци€ может выражатьс€ в совмещении временных интервалов бортовой и
наземной шкал или в приведении в соответствие их оцифровки. ¬ первом случае
операци€ носит название фазировани€ ЅЎ¬, во втором - коррекции кода ЅЎ¬. ѕри
фазировании управл€ющие команды воздействуют на блок делителей Ѕ’¬, а при
коррекции кода - на блок кодировани€ (оцифровки) меток времени.
1.5.2.  оррекци€ методом фазировани€
”правление бортовой шкалой времени при фазировании осуществл€етс€ двум€
способами: установкой в нулевое состо€ние блока делителей и сдвигом шкалы
бортового времени на значение, необходимое дл€ совмещени€ с наземной шкалой.
ѕри установке ЅЎ¬ в исходное состо€ние с наземного пункта управлени€ подаетс€
команда, прив€занна€ к Ђнулевойї меткевремени Ќ’¬. ѕри этом подача команды
производитс€ с упреждением на врем€ распространени€ радиоволн от наземного
пункта до Ќ»—«. Ўкала времени Ѕ’¬ устанавливаетс€ в нулевое состо€ние
независимо от того, какое значение времени было до фазировани€. ќбычно бортова€
шкала переводитс€ в нулевое состо€ние после вывода Ќ»—« на орбиту, включени€
резервных блоков Ѕ’¬ или грубых сбоев в отсчете бортового времени.
“очность такого способа фазировани€ определ€етс€ аппаратурными
погрешност€ми, точностью расчета времени распространени€ радиоволн и
флуктуационными задержками приемопередающего тракта «емл€ - Ќ»—«.
ѕри фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда измен€ет
коэффициент делени€ в блоке делителей Ѕ’¬. ¬рем€ воздействи€ команды зависит от
величины необходимой коррекции, котора€ закладываетс€ в код этой команды, и
таким образом к бортовому времени прибавл€етс€ или из него вычитаетс€ некоторое
значение, определенное по результатам сверки. Ётот способ фазировани€ более точен,
так как не зависит от параметров радиолинии и наземной аппаратуры.
—очетание обоих способов фазировани€ позвол€ет оперативно и рационально
управл€ть бортовой шкалой времени Ќ»—« и добиватьс€ точности совмещени€
временных интервалов со шкалой Ќ’¬ до дес€тков наносекунд.
1.5.3.  оррекци€ кода ЅЎ¬
 оррекци€ кода ЅЎ¬ производитс€, когда имеет место расхождение в оцифровке
временных интервалов бортовой и наземной шкал времени. ќбычно расхождение в
оцифровке может быть при начальном включении Ѕ’¬, сбо€х счетчиков бортового
времени и сдвиге шкалы на целое число единиц времени.  оманда на коррекцию кода
ЅЎ¬ формируетс€ на наземном пункте и содержит информацию об оцифровке
соответствующих временных интервалов наземного хранител€. ѕосле приема на
борту Ќ»—« команда поступает на вход кодирующего устройства Ѕ’¬ и в
соответствии с заложенным кодом производитс€ коррекци€ состо€ни€ счЄтчиков
бортового времени.
1.6. ќ÷≈Ќ ј “ќ„Ќќ—“» —¬≈– » Ў¬ ”ƒјЋ≈ЌЌџ’ ѕ”Ќ “ќ¬ ѕќ ¬џЅќ– ≈
ќƒЌќ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ ѕ—≈¬ƒќƒјЋ№Ќќћ≈–Ќџ’ »«ћ≈–≈Ќ»….
ќсновными источниками погрешностей сверки Ў¬ по сигналам ——–Ќ— €вл€ютс€:
? погрешности знани€ векторов состо€ни€ Ќ»—«, которые обусловлены
погрешност€ми эфемеридного и частотно-временного обеспечени€ Ќ»—«,
? погрешности измерени€ времени прихода радионавигационных сигналов, которые
складываютс€ из погрешностей калибровки,
? шумовых и динамических погрешностей измерител€ –Ќѕ, погрешностей из-за
услови€ распространени€ радиоволн и прочих составл€ющих,
? погрешности знани€ векторов состо€ни€ синхронизируемых пунктов, которые в
рассматриваемом случае определ€ютс€ погрешност€ми задани€ координат пунктов.
ѕри анализе точности сверки Ў¬ по сигналам ——–Ќ— необходимо учитывать
коррел€цию погрешностей определени€ поправок к Ў¬ различных пунктов,
вызванную воздействием одних и тех же возмущающих факторов. ƒл€ этого
необходимо знать коэффициенты коррел€ции различных составл€ющих погрешности
дл€ каждого из пунктов и коэффициенты взаимной коррел€ции дл€ различных
пунктов. “очно знать эти коэффициенты практически невозможно, поэтому при
оценке точности приходитс€ задаватьс€ теми или иными гипотезами относительно их
значений. ÷елесообразно рассмотреть крайние случаи, когда коэффициенты
коррел€ции погрешностей знани€ векторов состо€ни€ Ќ»—« и погрешностей
измерител€ (кроме погрешностей калибровки) радионавигационных параметров
равны либо нулю (независимые погрешности), либо единице (систематические
погрешности). ѕри этом учитываетс€, что коэффициент коррел€ции погрешностей
калибровки дл€ каждого измерител€ равен единице, а коэффициент взаимной
коррел€ции дл€ различных измерителей нулю.
ѕоправка к Ў¬ j-го пункта, координаты которого неизвестны, определ€етс€ по
результатам измерений задержек принимаемых сигналов Ќ»—«
относительно Ў¬ этого пункта решением линеаризованной системы уравнении
нев€зок квазидальностей и (с - скорость света) :
(1.3)
где: —ji - матрица наблюдений,
? gj - вектор оцениваемых параметров (пр€моугольные геоцентрические координаты пункта ипоправка
к Ў¬),
? gi - вектор погрешностей состо€ни€ Ќ»—« (погрешности временного и эфемеридного обеспечени€ в
орбитальной системе координат),
јj - оператор преобразовани€ из орбитальной в геоцентрическую систему координат,
?j - погрешность калибровки приемоизмерительного тракта,
? ji - погрешности измерител€ –Ќѕ.
¬ключение координат j-го пункта в вектор оцениваемых параметров позвол€ет в
общем случае решить навигационно-временную задачу, т.е. определить координаты и
поправки к Ў¬ пункта.
—мещение шкалы g-го пункта, работающего по тому же созвездию Ќ»—«, что и j-й
пункт, определ€етс€ аналогично. —двиг шкалы j-го пункта относительно шкалы g-го
пункта (?tjg) вычисл€етс€ по формуле:
(1.4)
ѕри оценке точности взаимной синхронизации двух пунктов j и g будем счи-тать,
что по измерени€м и , методом наименьших квадратов определ€етс€
суммарный вектор , причЄм погрешности измерений –Ќѕ распределены по
гауссовскому закону. ≈сли весова€ матрица есть , где -дисперси€
погрешностей измерител€, I - единична€ матрица размером
[2n x 2n], то можно показать, что коррел€ционна€ матрица погрешностей суммарного
вектора примет вид
(1.5)
где
- коррел€ционные матрицы погрешностей априорного знани€ векторов состо€ни€
пунктов и Ќ»—«;
r - коэффициент коррел€ции погрешностей измерител€;
rS - коэффициент коррел€ции погрешностей априорного знани€ векторов состо€ни€ Ќ»—«;
- дисперси€ погрешностей калибровки измерител€ –Ќѕ.
≈сли представить выражение в виде
(1.6)
aaa N = (0001000 Ц 1), oi n?aaiaeaaa?aoe?aneoю iia?aoiinou ii?aaaeaiey naaeaa oeaeu
a?aiaie j-ai ioieoa ioiineoaeuii oeaeu g-ai ioieoa ii?ii au?eneeou ii oi?ioea
(1.7)
ƒл€ анализа точностных характеристик целесообразно выразить через
соответствующие геометрические факторы:
(1.8)
где:
Ц геометрические факторы, характеризующие вли€ние погрешностей
измерителей, калибровки и априорного знани€ векторов состо€ни€ Ќ»—« на
точность определени€ сдвига Ў¬ j-го пункта относительно Ў¬ g-го пункта;
? k:?l:?m:?? t Ц отношение составл€ющих погрешностей эфемеридного (направленные по
радиус-вектору k, вдоль орбиты I, по бинормали m, как показано на рис. 4) и
временного обеспечени€ Ќ»—«.
ћожно показать, что если Ў¬ свер€ютс€ по разным созвезди€м и погрешности
измерений на j-м пункте не коррелированы с погрешност€ми измерений g-го пункта
(независима€ сверка), то равна сумме дисперсий определени€ поправок на
каждом из пунктов. ≈сли же измерение на пунктах производитс€ одновременно и по
одному и тому же созвездию, то часть погрешностей взаимно компенсируетс€
подобно тому, как это имеет место при работе по –Ќ— в дифференциальном режиме .
ƒиапазоны изменени€ геометрических факторов при относительной сверке Ў¬
двух пунктов, разнесенных примерно на 2600 км, по данным ——–Ќ— ЂЌавстарї
представлены в табл. 2.
–исунок 4 √еометри€ сверки Ў¬ по одному
Ќ»—«
“аблица 2. ƒиапазоны изменени€ геометрических факторов
√еометрические
јприорна€ информаци€
факторы
при известных координатах пунктов
при неизвестных координатах пунктов
√?0
0,5...0,7
1,5...3,7
√?1
0
0
√?
?2
?2
√0
0,13...0,20
0,5...1,3
√1
0,11...0,33
0,4...1,3
јнализ приведенных в таблице результатов показывает, что значени€
геометрических факторов √?0, √0, √1 при сверке Ў¬ пунктов с известными
координатами в 3...5 раз меньше, чем при сверке Ў¬ пунктов с неизвестными
координатами.  оэффициент коррел€ции погрешностей знани€ векторов состо€ни€
Ќ»—« практически не сказываетс€ на точности относительной сверки Ў¬ пунктов.
¬ыигрыш в точности зависит от соотношени€ систематических и независимых
составл€ющих погрешности временных определений.
ќтличительной особенностью сверки Ў¬ пунктов с известными координатами
€вл€етс€ возможность работы лишь по одному Ќ»—«. ¬ыражение дл€ при этом
существенно упрощаетс€.
≈сли ось ќ’ геоцентрической системы координат развернуть так, чтобы она
проходила через Ќ»—«, а ось ќ” совпадала с плоскостью орбит, то при n = 1 примет
вид
(1.9)
где
cos ?, cos ?, cos ? - направл€ющие косинусы координатных углов с пункта на Ќ»—«.
¬клад отдельных составл€ющих погрешностей эфемерид в погрешность сверки
Ў¬ пунктов зависит от взаимного расположени€ Ќ»—« и синхронизируемых пунктов.
≈сли Ќ»—« равноудален от пунктов (симметричное расположение пунктов), то
погрешность эфемеридного обеспечени€ по высоте не вли€ет на точность сверки.
јналогично при симметричном расположении пунктов относительно плоскости
орбиты компенсируетс€ составл€юща€ погрешности эфемерид вдоль орбиты, а при
симметричном расположении пунктов по одну сторону от орбиты компенсируетс€
бинормальна€ составл€юща€ погрешностей эфемерид. “аким образом, за счет
правильного (симметричного) выбора Ќ»—« при относительном способе сверки Ў¬
можно компенсировать две составл€ющие эфемеридной погрешности, включа€
высотную.
1.7. ѕќ“≈Ќ÷»јЋ№Ќјя “ќ„Ќќ—“№ —¬≈– » Ў¬ ѕ”Ќ “ј — »«¬≈—“Ќџћ»
 ќќ–ƒ»Ќј“јћ» ѕќ ƒјЌЌџћ ѕ—≈¬ƒќƒјЋ№Ќќћ≈–Ќџ’ » –јƒ»јЋ№Ќџ’
ѕ—≈¬ƒќ— ќ–ќ—“Ќџ’ »«ћ≈–≈Ќ»…
—верка Ў¬ по данным ——–Ќ— сводитс€ к оценке расхождений Ў¬ и частот
хранителей времени пункта и Ќ»—« по результатам псевдодальномерных и
псевдодальномерно-псевдодоплеровских (радиальных псевдоскоростных) измерений.
¬ременную задачу можно решать по выборке либо фиксированного, либо
нарастающего объема измерений. –ассмотрим вли€ние лишь случайных
погрешностей измерител€ –Ќѕ на точность временных определений,
характеризующих потенциальную точность сверки Ў¬ пункта с известными
координатами.
’арактер случайных погрешностей измерени€ –Ќѕ зависит от построени€
аппаратуры, и в частности от числа каналов измерител€. ≈сли число каналов равно
числу Ќ»—«, используемых дл€ решени€ временной задачи, и в каждом канале
ведетс€ непрерывное слежение за сигналами одного Ќ»—«, то погрешности двух
результатов соседних измерении значении доплеровскои частоты коррелированы с
коэффициентом коррел€ции, равным -0,5. ќднако если измерение –Ќѕ дл€
компенсации вли€ни€ ионосферы производитс€ на двух частотах путем
периодического переключени€ каналов с несущей частоты f1 на частоту f2, то даже в
многоканальной аппаратуре погрешности доплеровских измерений станов€тс€
некоррелированными.
ƒл€ решени€ временной задачи по нескольким Ќ»—« можно использовать и
одноканальную аппаратуру; при этом радионавигационные сигналы различных  ј
обрабатываютс€ последовательно во времени и погрешности доплеровских измерений
оказываютс€ также некоррелированными.
“ак как дальномерные и доплеровские измерени€ независимые, то выражение дл€
коррел€ционной матрицы погрешностей частотно-временных определений,
обусловленной погрешност€ми дальномерно-доплеровских измерений, можно
представить в виде:
(1.10)
где —r —r: - матрицы соответственно дальномерных и доплеровских наблюдений размерностью [n x 2],
Wr, Wr - коррел€ционные матрицы погрешностей дальномерных и доплеровских измерений
размерностью [n x n].
ѕусть дл€ простоты оценка производитс€ дл€ середины интервала наблюдени€,
тогда дл€ линейной модели ухода шкалывремени матрицы:
(1.11)
ѕосле подстановки получаем:
где:
при некоррелированных
доплеровских измерени€х,
при коэффициенте кор-
рел€ции соседних допле-
ровских измерений - 0,5;
(1.12)
где:
?r , ?r Ц среднеквадратические погрешности измерений дальности и скорости изменени€ дальности.
ѕолученные соотношени€ позвол€ют достаточно просто оценить точность
определени€ частотно-временных поправок к Ў¬ пункта при обработке данных
——–Ќ—. Ќаиболее высока€ точность сверки Ў¬ пунктов достигаетс€ при совместной
обработке дальномерных и доплеровских коррелированных измерений, выигрыш
зависит от соотношени€ величин ?r ?t и ?r и интервала наблюдени€. ƒл€ ——–Ќ—
ЂЌавстарї при шаге измерений 1с дл€ достижени€ точности сверки Ў¬ около 1 нc
требуетс€ продолжительность сеанса не менее 20с при работе по коду – (шумовые
погрешности ?r = 1 м, ?r =0,(05 м/с) и не менее 15 мин при работе по коду —/ј (?r = 10
м, (?r = 0.1 м/с). –еальна€ же точность сверки Ў¬ может достичь 25...50 нс.
1.8. —»Ќ’–ќЌ»«ј÷»я ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ Ў јЋ —≈“» Ќ»—« Ќј ќ—Ќќ¬≈
¬«ј»ћЌџ’ ¬–≈ћ≈ЌЌџ’ »«ћ≈–≈Ќ»…
ќсновным источником погрешностей навигационно-временных определений по
данным ——–Ќ— €вл€ютс€ погрешности частотно-временного и эфемеридного
обеспечени€ Ќ»—«. ¬ насто€щее врем€ в ——–Ќ— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї требуемые
точностные характеристики обеспечивает  » , который на основании измерении,
проводимых наземнои аппаратурой, решает задачу определени€ и прогнозировани€ на
заданный интервал времени эфемерид Ќ»—« и частотно-временных поправок к его
Ѕ’¬. ѕолученные значени€ параметров закладываютс€ на борт Ќ»—« и передаютс€ ѕ
в составе —».
“очность определени€ параметров Ќ»—« таким неавтономным способом зависит
от точностных характеристик наземных измерителей –Ќѕ, от точностных
характеристик бортового и наземного ’¬ и от степени соответстви€ моделей,
используемых дл€ прогнозировани€ движени€ Ќ»—« и ухода шкалы Ѕ’¬, реальным
процессам. “акой способ формировани€ эфемеридной и временной информации
позвол€ет обеспечить высокие точностные характеристики системы за счет
статистической обработки большого объема информации и использовани€ сложных
математических моделей и алгоритмов прогнозировани€ состо€ни€ Ќ»—«,
ориентированных на универсальные Ё¬ћ. ќднако при данном способе решени€
задачи погрешность синхронизации Ѕ’¬ Ќ»—« €вл€етс€ функцией времени и именно
эта величина в первую очередь определ€ет врем€ автономной работы системы, т. е.
»нтервал времени, в течение которого характеристики системы поддерживаютс€
точными без помощи  » .
ѕовышение точности частотно-временного и эфемеридного обеспечени€ Ќ»—« и
увеличение интервала автономного функционировани€ системы весьма актуальны.
ќдин из возможных способов автономного решени€ этой задачи основываетс€ на
использовании текущей информации, полученной путем взаимных измерений Ќ»—«-
Ќ»—«.
—уть метода заключаетс€ в следующем.  аждый Ќ»—« в течение отведенного
интервала времени излучает измерительный сигнал, который остальные Ќ»—«
созвезди€ (наход€щиес€ в зоне радиовиди мости излучающего Ќ»—«) используют дл€
измерени€ квазидальности до них. »змер€емый каждым Ќ»—« параметр включает
разность показаний Ѕ’¬ спутников и врем€ распространени€ сигналов между ними.
 аждый Ќ»—« за достаточно короткий интервал времени, кроме передачи
измерительного сигнала, осуществл€ет также прием результатов квазидальномерных
измерений, проводимых другими Ќ»—«. ѕолученные данные позвол€ют определить
уходы Ў¬ Ќ»—« относительно собственной шкалы.
–ассмотрим два Ќ»—«, провод€щие взаимные временные определени€. ќбозначим
?ji результат измерени€ квазидальности, полученный i-м Ќ»—« по сигналу j-го
спутника. “огда в результате обмена информацией имеем:
где: rij , rji - рассто€ние между Ќ»—« в момент измерени€ квазидальности соответственно i-м и j-м Ќ»—«,
? tij- уход Ў¬ i-го Ќ»—« относительно шкалы j-го спутника;
с - скорость света.
≈сли цикл взаимных измерений достаточно короткий, то и
¬ычита€ ?ji из ?ij, получаем:
(1.14)
“аким образом каждый Ќ»—« после выполнени€ аналогичных операций
определ€ет уход собственной шкалы относительно шкалы другого Ќ»—«. ¬заимные
измерени€ могут проводитьс€ либо всеми Ќ»—« по одному Ђведущемуї спутнику,
либо между всеми спутниками созвезди€ взаимно. ¬ первом случае все Ќ»—«
определ€ют уход собственной шкалы относительно Ў¬ Ђведущегої  ј, и тогда эта
Ў¬ может быть прин€та за системную, во втором - каждый Ќ»—« определ€ет уход
своей шкалы путем усреднени€ результатов, полученных по взаимным измерени€м до
всех остальных спутников созвезди€, и на этой основе корректирует свою Ў¬, так что
разброс Ў¬ всех Ќ»—« оказываетс€ минимальным.
ѕолученную в результате взаимного обмена информацию можно использовать и
дл€ определени€ рассто€ний между спутниками
(1.15)
Ќайденные значени€ дальностей позвол€ют уточнить эфемериды Ќ»—«. —
помощью такого метода эфемеридно-временного обеспечени€ Ќ»—« можно не только
увеличить врем€ автономной работы системы, но и повысить точностные
характеристики системы.
ѕри таком методе синхронизации временных шкал сети Ќ»—« дл€ организации
взаимных измерений и обмена результатами измерений необходимо установить на
борту Ќ»—« соответствующие радиотехнические средства и дополнительно
использовать не менее 1% вычислительных ресурсов бортовой Ё¬ћ. ќсновным
недостатком данного метода €вл€етс€ возможность ухудшени€ точности эфемеридно-
временного обеспечени€ Ќ»—« системы при нарушении функционировани€ одного из
Ќ»—«.
—очетание неавтономного и автономного методов синхронизации Ў¬ позволит
устранить недостатки, присущие каждому из них в отдельности.
1.9. —ѕќ—ќЅџ ”„®“ј ¬ Ќј¬»√ј÷»ќЌЌќћ —≈јЌ—≈ —ћ≈ў≈Ќ»… ¬–≈ћ≈ЌЌџ’
Ў јЋ Ќ»—«
¬ —–Ќ—, управл€емых с ограниченной территории, коррекци€ временных шкал
путем непосредственного изменени€ (сведени€) фаз генераторов Ќ»—« может
производитьс€ лишь периодически.¬ интервалах времени между сведени€ми Ѕ’¬
работают автономно, что приводит к снижению точности синхронизации из-за
погрешностей сведени€ и хранени€ шкал. ѕогрешности хранени€ шкал времени
определ€ютс€ главным образом нестабильностью генератора Ѕ’¬ и рел€тивистскими
эффектами. “очность синхронизации можно повысить алгоритмическим способом
путем учета систематических смещений шкал времени. ѕри алгоритмической
коррекции на врем€ автономной работы Ѕ’¬ задаетс€ модель ухода его шкалы,
параметры модели определ€ютс€ в пункте сверки и передаютс€ потребителю вместе с
эфемеридной информацией.
Ќестабильность генератора вносит в измерени€ погрешности как случайного, так и
систематического характера. ¬ид и размер возмущений определ€ютс€ физическими
принципами построени€ и конструктивными особенност€ми генератора. “ак,
возмущени€ частоты цезиевого стандарта представл€ют собой бодай шум; частоты
кварцевых и рубидиевых стандартов кроме случайных возмущений имеют и
систематические дрейфы. ѕри разработке алгоритма ввода поправок систематические
дрейфы могут аппроксимироватьс€, например, полиномиальными функци€ми
времени; степень полинома определ€етс€ интервалом аппроксимации и требуемой
точностью представлени€. ≈сли модель ухода достаточно хорошо описывает реальные
процессы, то после учета смещений временной шкалы Ќ»—« путем ввода поправок
остаточна€ погрешность синхронизации Ѕ’¬ определ€етс€ двум€ факторами:
погрешностью знани€ параметров модели и случайными, непрогнозируемыми
возмущени€ми. “ак, математическа€ модель ухода шкалы Ѕ’¬, использующего
цезиевый стандарт частоты, может быть представлена на интервале времени менее
одних суток в виде
(1.16)
где:
; ;
? tr(t), ? fr(t) - смещение шкалы времени и частоты Ѕ’¬;
N0 /2 -спектральна€ плотность эквивалентного белого шума;
?(t) - белый шум с единичной спектральной плотностью.
ѕоправка на смещение цезиевого Ѕ’¬ рассчитываетс€ при этом в соответствии с
выражением , где ,. ѕогрешность
вычислени€ поправки оцениваетс€ по формуле
(1.17)
где:
? a0r(t0), ? a1r(t0), r Ц коррел€ции погрешностей знани€ коэффициентов a0r, a1r на момент времени
t0.
—лагаемое (N0/2)(t-t0) характеризует вли€ние случайных возмущений частоты
генератора на погрешность синхронизации Ѕ’¬. ƒл€ других типов хранителей модель
ухода шкалы времени может представл€тьс€ полиномом более высокой степени,
например второй.
–ел€тивистские эффекты привод€т к дополнительному смещению шкалы Ѕ’¬ за
счет изменени€ гравитационного потенциала и переменной скорости полета Ќ»—«.
—мещение, обусловленное этими €влени€ми, определ€етс€ выражением.
(1.18)
где:
k = Ц 4,443 x 10Ц10 с?мЦ1/2;
е - эксцентриситет;
≈(t) - эксцентрическа€ аномали€;
аэ - полуось орбиты.
ƒл€ упрощени€ алгоритма ѕ временную поправку ? tp(t) можно представить, как и
поправку на дрейф ? tr(t), в виде полинома. Ёто позвол€ет использовать обобщенную
полиномиальную модель ухода шкалы времени, учитывающую как дрейф ? tr(t) Ѕ’¬,
так и рел€тивистское смещение.
ƒл€ орбит с эксцентриситетом менее 0,3 уравнение аппроксимируетс€ выражением
(1.19)
где: a0p = 6,869 x 10Ц8 sin E(t0), a1p = 1,002 x 10Ц10 cos E(t0),
a2p = Ц 7,307 x 10Ц16 sin E(t0).
ќграничившись полиномом 2-й степени, можно вычислить поправку ? tp(t) с
погрешностью не более 1 нc на интервале времени 0,65 ч.
–ассмотренный способ учета смещени€ шкалы Ѕ’¬ Ќ»—« используетс€ в сетевой
—–Ќ— ЂЌавстарї, где модель ухода шкалы времени Ќ»—« описываетс€ полиномом 2-
й степени с помощью трех коэффициентов a0, а1, а2 и времени t0, на которое
вычислены коэффициенты.
—корректированное значение времени t = tS Ц ? t, где ? t = a0 + a1(tS Ц t0) +
a2(tS Ц t0)2, tS -врем€, передаваемое Ќ»—«.
ƒл€ (t Ц t0) ? 1ч така€ аппроксимаци€ обеспечивает коррекцию смещени€ шкалы
времени из-за нестабильности Ѕ’¬ и рел€тивистских эффектов с погрешностью не
более 1 нc.
ѕараметры ухода шкалы Ѕ’¬ передаютс€ на спутник ежесуточно в виде 24
комплектов данных, каждый комплект используетс€ дл€ учЄта смещений на интервале
времени 1 ч.
1.10. —“–” “”–Ќјя —’≈ћј “»ѕќ¬ќ… јѕ ——–Ќ—
1.10.1. —остав јѕ потребител€
јппаратура потребителей (јѕ) предназначена дл€ определени€
пространственных координат и параметров движени€ объекта навигации по
результатам измерений при использовании информации, содержащейс€ в кадре
принимаемых от Ќ»—« радиосигналов. ѕри этом под параметрами движени€
понимаютс€ три составл€ющие вектора скорости в частном случае составл€ющие
вектора ускорени€, а также производные от них параметры, нужные дл€ управлени€
движением объектов. — учетом специфики функционировани€ спутниковых
радионавигационных систем к определ€емым јѕ параметрам относ€т также поправки
к шкалам времени и частоты местного собственного хранител€ времени и опорного
генератора.
ƒл€ решени€ своей основной задачи јѕ принимает излучаемые каждым Ќ»—«
радиосигналы, производит синхронизацию по всем компонентам модул€ции
радиосигналов, измер€ет радионавигационные параметры этих радиосигналов,
выдел€ет навигационное сообщение от каждого из Ќ»—« и обрабатывает полученную
информацию, преобразу€ ее в оценки координат и параметров движени€. ¬есь этот
процесс называют навигационно-временным определением (Ќ¬ќ).
ƒл€ гражданской јѕ (морских, воздушных, наземных и космических) Ќ¬ќ
предназначено дл€ безопасного и наивыгоднейшего вождени€ объектов, а дл€
военной јѕ - дл€ обеспечени€ выполнени€ боевых задач.
—ледует отметить, что высока€ точность Ќ¬ќ, обеспечиваема€ сетевыми —–Ќ—,
значительно расширила круг потенциальных потребителей спутниковых
навигационных систем. јппаратуру потребителей начинают широко использовать дл€
точной топогеодезической прив€зки объектов, дл€ синхронизации шкал времени
(Ў¬) хранителей времени, дл€ сверки частоты опорных генераторов и эталонов
частоты и дл€ решени€ иных задач.
¬ состав обобщенной структурной схемы јѕ входит антенна, —¬„ усилитель и
преобразователь радиосигналов, аналого-цифровой процессор первичной обработки
принимаемых сигналов (с блоками поиска, слежени€, навигационных измерений и
выделени€ навигационных сообщений), навигационный процессор, интерфейс или
блок обмена информацией, опорный генератор (ќ√) и синтезатор частот, источник
питани€, пульт управлени€ и индикации, блок управлени€ антенной. Ўтриховыми
лини€ми выделены блоки, наличие (которых в составе јѕ не €вл€етс€ безусловным, а
определ€етс€ спецификой ее применени€. “ак как јѕ может быть полностью
автоматизирована и не нуждаетс€ в пульте управлени€, то наличие пульта управлени€
и индикации относитс€ к тем случа€м, когда потребителем выходной информации
€вл€етс€ непосредственно оператор, как, например, а ранцевом варианте јѕ. Ѕлок
управлени€ антенной используетс€ в тех комплектаци€х јѕ, в которых антенна дл€
удовлетворени€ высоким требовани€м помехоустойчивости обладает
пространственной селекцией и требует управлени€. Ётот блок позвол€ет управл€ть
диаграммой направленности антенны, формиру€, например, Ђпровалыї диаграммы в
направлении на источники помех.
1.10.2. «адачи решаемые блоками јѕ
–ассмотрим кратко основные задачи, решаемые функциональными блоками јѕ.
јнтенна улавливает электромагнитные колебани€, излучаемые Ќ»—«, и
направл€ет их на вход —¬„ усилител€ и преобразовател€. ¬ зависимости от структуры
——–Ќ—, частотного диапазона, назначени€ јѕ и вида потребител€, на котором она
устанавливаетс€, могут примен€тьс€ антенны с различными диаграммами
направленности - от слабонаправленной с неизмен€емой (или измен€емой)
конфигурацией направленности до узконаправленной с шириной лучей в единицы
градусов и измен€емым в пространстве направлением. ≈сли использование
фазированных антенных решеток (‘ј–) дл€ слабонаправленных антенн с измен€емой
конфигурацией диаграммы направленности в насто€щее врем€ до- ведено до опытных
образцов в јѕ системы ЂЌавстарї, то применение ‘ј– дл€ антенн с узкими
управл€емыми лучами встретило р€д технических трудностей, которые в насто€щее
врем€ еще не преодолены.
ѕоскольку в ——–Ќ— Ђ√лонассї и ЂЌавстарї используютс€ так называемые
Ђэнергетически скрытыеї сигналы (т. е. сигналы с очень малым уровнем мощности
излучени€), радиочастотные усилители јѕ должны обладать очень высокой
чувствительностью. ƒостаточно сказать, что шумова€ температура современных
входных радио усилителей јѕ диапазона 1,6 √√ц приближаетс€ к 300  .  ак правило,
радиочастотный преобразователь јѕ имеет две-три ступени преобразовани€ частоты
с усилением до 120...140 дЅ, причем в большинстве типов јѕ независимо от числа ее
каналов первый преобразователь частоты всегда один. „исло преобразователей
второй и третьей ступени зависит от числа каналов јѕ и ее конкретного
схемотехнического решени€.
јналого-цифровой процессор первичной обработки решает задачи: поиска фаз
(т. е. задержек) манипулирующих псевдослучайных последовательностей (ƒ—ѕ),
слежени€ за задержкой ѕ—ѕ; слежени€ за фазой и частотой несущих принимаемых
радиосигналов; выделени€ навигационных сообщений. „исло каналов поиска,
слежени€ и выделени€ сообщений равно числу каналов јѕ.
Ѕольшие научно-технические достижени€ в области создани€ микропроцессоров,
Ѕ»— пам€ти и сверхбольших интегральных микросхем на базовых матричных
кристаллах позвол€ют в насто€щее врем€ решать эти задачи, широко использу€
цифровые методы обработки радиосигналов, в специализированных встраиваемых в
јѕ цифровых процессорах.
  задачам, решаемым навигационным процессором, относ€тс€: выбор рабочего
созвезди€ Ќ»—« из числа видимых, расчет данных целеуказани€ по частоте несущей и
задержке манипулирующей ƒ—ѕ; декодирование навигационных сообщений, в том
числе альманаха и эфемеридной информации; сглаживание или фильтраци€
измер€емых навигационных параметров; решение навигационно- временной задачи с
выдачей координат и параметров движени€ объекта; фильтраци€ координат;
комплексирование с данными автономных навигационных систем объекта;
организаци€ обмена информацией как внутри јѕ, так и с другими системами объекта;
контроль работоспособности блоков и јѕ в целом.
—ледует отметить, что в зависимости от типа јѕ навигационный процессор,
реализуемый на микропроцессорах и микро- Ё¬ћ, может быть построен как по
однопроцессорной, так и по многопроцессорной структуре и выполн€ть также часть
задач первичной обработки.
 роме перечисленных задач, решение которых обеспечивает основную функцию
јѕ, на навигационный процессор может быть возложено выполнение и р€да
сервисных задач потреби- тел€, таких как расчет отклонени€ от траектории заданного
движени€, выработка информации о прохождении поворотных пунктов маршрута
(ѕѕћ), решение пр€мой и обратной геодезических задач, преобразование координат
из одной системы координат в другую.
ќрганизацию последовательности вычислений и обмен информацией между
функциональными блоками јѕ выполн€ют управл€ющие программы-диспетчеры,
построенные с использованием иерархии сигналов прерываний, вырабатываемых в
јѕ. ѕри разработке этих программ, как и всего математического обеспечени€ в
целом, учитываютс€ требовани€ к точности и надежности навигационно-временных
определений, а также возможности используемых вычислительных средств.
ƒл€ выбора рабочего созвезди€ Ќ»—« и расчЄта априорных данных о
навигационных параметрах, вводимых в устройства поиска и слежени€, необходимо
располагать текущими или априорными значени€ми параметров движени€ объекта,
текущим временем и данными о параметрах движени€ Ќ»—«. ѕоследние
представл€ют собой содержание альманаха. ƒанные альманаха извлекаютс€ из
репрограммируемой пам€ти навигационного процессора, где они хран€тс€ после
первоначального ввода вручную оператором с пульта управлени€ и индикации.
ƒругой путь ввода данных альманаха состоит в приеме альманаха первоначально от
какого-либо первого Ќ»—«, сигнал которого находитс€ вслепую без целеуказаний. ¬
этом случае на поиск сигнала первого Ќ»—« и на прием альманаха могут
потребоватьс€ дес€тки минут. »меющийс€ в јѕ альманах обновл€етс€ автоматически
при приеме сигналов по достижении им определенного Ђвозрастаї, пор€дка
нескольких дней, но, как правило, не более одного мес€ца.
јприорные данные о координатах объекта и текущем времени ввод€тс€ либо
оператором с пульта управлени€ и индикации, либо автоматически от автономных
средств навигации объекта. ѕричем применение в јѕ гостированных каналов
цифрового обмена позвол€ет использовать данные практически от всей номенклатуры
автономных средств, устанавливаемых в насто€щее врем€ на подвижных объектах,
включа€ инерциальные навигационные системы, измерители скорости, датчики крена,
барометрические высотомеры, системы воздушных сигналов, датчики пройденного
пути, лаги и т. п.
¬ажными элементами јѕ €вл€ютс€ опорный генератор и синтезатор частот, к
которым предъ€вл€ютс€ достаточно высокие требовани€ стабильности частоты (10-7
долговременна€ и 10-10...10-11 кратковременна€) и чистоты спектров синтезируемых
сигналов.
2. ¬ыбор и обоснование прин€того варианта устройства коррекции
шкал времени удалЄнных пунктов
2.1. ¬ыбор и обоснование метода сверки и коррекции шкал времени
¬ предыдущей главе было описано несколько методов решени€ задачи сверки и
коррекции шкал времени удалЄнных пунктов. «адачей данного дипломного проекта
€вл€етс€ создание устройства коррекции Ў¬ по сигналам —–Ќ— "√лонасс" на основе
выбранного метода.
Ќаиболее подход€щим дл€ решени€ поставленной задачи €л€етс€ способ
синхронизации который заключаетс€ в независимой работе синхронизируемых
пунктов по Ќ»—« ——–Ќ—. ѕри этом каждый из синхронизируемых пунктов
независимо свер€ет свою Ў¬ — Ў¬ сети Ќ»—« определ€ет поправку и корректирует
свою Ў¬ на размер этой поправки. ќчевидно что, после проведени€ сеансов сверки в
пунктах Ў¬ каждого из них оказываютс€ прив€занными к шкале времени Ќ»—«.
“ипичным примером подобного способа синхронизации сети пунктов €вл€етс€
использование дл€ этого аппаратуры потребителей ——–Ќ—.
ѕри необходимости сеть удалЄнных пунктов можно легко прив€зать к другим Ў¬
(—≈¬, UTC) т. к. расхождение между ними и системной шкалой времени Ђ√лонассї
известны заранее и передаютс€ в кадре навигационного сигнала.
ѕо результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени
Ѕ’¬ и прогнозировать его на определенные интервалы времени.
 оррекци€ может выражатьс€ в совмещении временных интервалов бортовой и
наземной шкал. “ака€ операци€ носит название фазировани€ Ё„.
”правление наземной шкалой времени синхронизируемого пункта при
фазировании осуществл€етс€ двум€ способами: установкой в нулевое состо€ние блока
делителей и сдвигом шкалы времени на значение, необходимое дл€ совмещени€ с
бортовой шкалой.
¬ первом случае шкала времени Ѕ’¬ устанавливаетс€ в нулевое состо€ние
независимо от того, какое значение времени было до фазировани€. ќбычно шкала
переводитс€ в нулевое состо€ние после включени€ резервных блоков Ё„ или грубых
сбоев в отсчете времени.
ѕри фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда измен€ет
коэффициент делени€ в блоке делителей Ё„.
—очетание обоих способов фазировани€ позвол€ет оперативно и рационально
управл€ть шкалой времени Ќѕ и добиватьс€ высокой точности совмещени€
временных интервалов со шкалой Ќ»—«.
ќтличительной особенностью сверки Ў¬ пунктов с известными координатами
€вл€етс€ возможность работы лишь по одному Ќ»—«. ќднако в таком случае нужна
друга€ јѕ работающа€ по одному спутнику. Ќо это приносит и свои негативные
стороны (необходима специфическа€ аппаратура потребителей).
ѕоэтому кратко рассмотрим аппаратуру прин€ти€ Ў¬ с Ќ»—«.
2.2. ¬ыбор и обоснование аппаратуры приЄма шкалы времени
2.2.1ќдноканальна€ јѕ
ќдноканальна€ јѕ используетс€ на объектах с низкой динамикой, таких как
танки, средства топоприв€зки, носители ранцев, самолеты гражданской авиации,
морские суда, неподвижные объекты геодезии, картографии. ’арактерной
особенностью одноканальной јѕ €вл€етс€ последовательный по времени прием
сигналов Ќ»—«.
¬ зависимости от продолжительности времени приема сигналов от Ќ»—«
различают одноканальную јѕ последовательного приема, когда продолжительность
приема сигналов каждого Ќ»—« составл€ет 0,2...2 с, и мультиплексную јѕ, где
продолжительность приема сигнала каждого Ќ»—« не превышает единиц
миллисекунд. ¬ последнем случае продолжительность приема значительно меньше
посто€нной времени след€щих измерителей јѕ, что позвол€ет организовать
фактически непрерывное слежение за несколькими Ќ»—« и одновременное измерение
их радионавигационных параметров. Ѕлагодар€ цифровой обработке сигналов и
программной реализации след€щих измерителей увеличение аппаратурных затрат в
мультиплексной јѕ оказываетс€ незначительным по сравнению с одноканальной јѕ
последовательного приема. —ледует отметить, что вследствие мультиплексировани€
средний энергетический потенциал радиолинии јѕ Ч Ќ»—« снижаетс€ (при
слежении за сигналами четырех Ќ»—« минимум на 6 дЅ), что приводит к снижению
помехоустойчивости мультиплексной јѕ.
јнализ структурных схем одноканальной аппаратуры различных потребителей
показывает почти полную их идентичность. –азличие заключаетс€ в конструктивном
исполнении, в применении элементной базы той или иной степени интеграции.
јппаратура принимает сигналы последовательно во времени.
ѕродолжительность приема сигнала каждого Ќ»—« переменна€ в зависимости от
режима работы, но не более 2 с. ѕеред началом работы оператор вводит априорные
координаты места и текущее врем€. ѕри погрешности ввода координат до 25 км и
времени до 30 с и при наличии действующего альманаха в «” сменных констант
поиск сигнала требуетс€ произвести максимум на двух элементах неопределенности
по частоте. ќбщее врем€ поиска не более 30 с. ѕосле установлени€ синхронизации с
сигналом первого Ќ»—« производитс€ установка своего хранител€ времени с
точностью 0,1 мс относительно системного времени.
»ллюстриру€ возможности построени€ јѕ системы Ђ√лонассї, кратко опишем
одноканальную јѕ Ђј—Ќ-37ї дл€ гражданских самолетов.
јппаратура Ђј—Ќ-37ї предназначена дл€ автоматической работы в
беспультовом варианте (без участи€ оператора) с комплексом цифрового пилотажно-
навигационного оборудовани€ самолета и использует весь объем данных о движении
самолета от инерциальных систем, вырабатыва€, в свою очередь, оценки плановых
координат, высоты и составл€ющих вектора скорости дл€ комплексной обработки и
коррекции инерциальных систем.
—пецифическим отличием радиосигналов системы "√лонасс" от радиосигналов
системы "Ќавстар" €вл€етс€ наличие литерных частот несущей радиосигнала каждого
Ќ»—«, что обеспечивает частотное разделение сигналов в јѕ. ƒл€ приема
радиосигналов с литерными частотами в јѕ системы "√лонасс" используетс€
синтезатор литерных частот (—Ћ„), управл€емый навигационным процессором в
гетеродинах радиочастотного преобразовател€.  онструктивно —Ћ„ находитс€ в
радиочастотном преобразователе.
¬ јѕ "ј—ЌЦ37" литерные частоты синтезируютс€ с шагом 0,125 ћ√ц на частоте
356 ћ√ц. —игнал первого гетеродина формируетс€ умножением литерных частот на 4,
сигнал второго гетеродина Ц делением на 2. ѕри этом первое преобразование частот
принимаемого сигнала компенсирует 8/9 литерного разноса частот сигналов каждого
Ќ»—«, а второе преобразование Ц оставшуюс€ 1/9 литерного разноса частот. ¬ыбор
рассмотренного частотного плана радиочастотного преобразовател€ позволил
минимизировать аппаратурные затраты дл€ одноканальной јѕ, использу€ один
синтезатор частот дл€ двух гетеродинов. ќднако применение подобного частотного
плана преобразует спектр демодулированного ‘ћ сигнала на нулевую вторую
промежуточную частоту. ƒл€ стабилизации и повышени€ устойчивости работы
выходных каскадов радиочастотного преобразовател€ введена дополнительна€
модул€ци€ ѕ—ѕ суммированием по модулю 2 с меандром частоты 0,125 ћ√ц,
€вл€ющийс€ поднесущей дл€ демодулированного сигнала.
Ќавигационный процессор состоит из: микропроцессора серии 1806 ¬ћ2;
оперативного запоминающего устройства (ќ«”) объем которого 8  байт; посто€нного
запоминающего устройства (ѕ«”) объемом 64  байт и преобразовател€ интерфейса,
который измеренные данные в виде последовательного кода передает в тракт
дальнейшей обработки сигнала. ѕроизводительность микроЁ¬ћ 300 00 коротких
операций в секунду.
“ехнические характеристики Ђј—Ќ-37ї следующие:
погрешности определени€ широты, долготы 45 м,
высоты 65 м
путевой скорости 0,25 м/с;
текущего времени 1 мкс;
масса 13 кг;
ќтметим, что предыдуща€ модификаци€ јѕ Ђј—Ќ-37ї, именуема€ Ђј—Ќ-16ї (также
разработка –»–¬), прошла успешные испытани€ на самолете ЂЅоинг-747ї, которые
проводились по плану совместных работ с американскими фирмами Ђ’аннивеллї и
ЂЌортвест эйрлайнзї. Ќа испытани€х был подтвержден одинаковый уровень точности
јѕ Ђј—Ќ-16ї и аналогичной американской јѕ, работавшей по сигналам системы
ЂЌавстарї.
ƒальнейшее развитие јѕ типа Ђј—Ќ-16ї Ч Ђј—Ќ-37ї направлено на создание
многоканальной интегрированной јѕ, работающей одновременно по сигналам
систем Ђ√лонассї и ЂЌавстарї и удовлетвор€ющей требовани€м международного
стандарта.
ћорские суда оснащаютс€ навигационной јѕ ЂЎкиперї, работающей по сигналам
системы Ђ√лонассї. Ёта аппаратура научно-исследовательского института
космического приборостроени€ (ћосква) определ€ет географические координаты и
путевую скорость судна, рассто€ние, пройденное с момента включени€ аппаратуры
или от заданной точки; рассто€ние между заданными точками маршрута;
рекомендованный курс следовани€ в заданную точку с сигнализацией о достижении
заданной точки или об отклонении от маршрута; врем€ прибыти€ в точку назначени€
с заданной скоростью; маршрутные координаты; коммерческие задачи.
2.2.2ћногоканальна€ јѕ
ћногоканальна€ аппаратура предназначена дл€ высокоточных определений
координат, составл€ющих вектора скорости и поправки шкалы времени
высокодинамичных потребителей в услови€х организованных помех.   разработке
многоканальной јѕ, обладающей уникальными возможност€ми навигационно-
временного обеспечени€, посто€нно приковано внимание специалистов ведущих
фирм мира. ѕрименение современной технологии, позвол€ющей резко повышать
плотность компоновки полупроводниковых приборов и расшир€ть возможности
реализации цифровых способов обработки сигналов, приводит к посто€нному
совершенствованию архитектуры јѕ. ¬ сочетании с модульным принципом
конструировани€ созданы образцы четырех- и п€тиканальной аппаратуры объемом 15
дм2 и массой 12 кг. —тавитс€ задача дальнейшего их уменьшени€ хот€ бы на пор€док.
„исло каналов многоканальной јѕ в первую очередь определ€ютс€
динамическими характеристиками потребител€. “ак, јѕ высокодинамиеских
потребителей, штурмовиков и некоторых видов ракет содержит п€ть каналов приема
радиосигналов, при этом четыре канала используютс€ дл€ непрерывного слежени€ за
несущей и задержкой радиосигналов четырех Ќ»—«, обеспечива€ тем самым
непрерывное решение навигационной задачи, а п€тый канал используетс€ дл€ поиска,
синхронизации и приема информации от новых Ќ»—«, обеспечива€ непрерывную
смену рабочих созвездий. —ледует отметить, что п€тиканальна€ аппаратура
примен€етс€ также на таком малодинамичном объекте, как подводна€ лодка, но это
обусловлено требованием малого времени до первого определени€ координат.
„етырехканальна€ јѕ находит применение на ракетах разного класса.
Ќеобходимость в п€том канале здесь отпадает, так как ввиду относительно малого
времени полета смена рабочих созвездий Ќ»—« не производитс€.
ƒвухканальна€ јѕ примен€етс€ на объектах со средней динамикой, таких как
транспортные самолеты, некоторые ракеты, отдельные классы кораблей, самолеты
гражданской авиации. ќдин канал јѕ этого типа используетс€ дл€ последовательного
во времени приема и обработки радиосигналов четырех Ќ»—« рабочего созвезди€, а
второй канал также, как и п€тый канал в п€тиканальной јѕ, Ц дл€ обновлени€
рабочего созвезди€.
ћногоканальна€ аппаратура различных разработок, как правило, имеет
следующие основные технические характеристики:
чувствительность приемника не хуже 166 дЅ¬т;
погрешность измерени€ квазидальности не хуже 1,5 м ,
квазискорости не хуже 1,5 см/с при отношении с/ш, равном 30 дЅ√ц,
и при следующей динамике движени€ потребител€:
максимальна€ скорость до 1100 м/с и выше,
ускорение до 10g,
рывок до 5g/с;
помехоустойчивость при поиске 24 дЅ (код—/ј),
при слежении 40 дЅ (код –),
при удержании сигнала 47 дЅ (код –),
погрешность определени€ плановых координат не хуже 10 м;
врем€ до первого определени€ координат не более 2,5 мин.
 ак видно из изложенного дл€ решени€ задачи поставленной в дипломном
проекте достаточно одноканальной аппаратуры потребителей. Ќаиболее
предпочтительным вариантом €вл€етс€ аппаратура Ђј—Ќ-37ї.
2.3.¬ыбор и обоснование структурной схемы аппаратуры сверки и
коррекции Ў¬
ƒл€ вычислени€ поправки к Ў¬ Ё„ как наиболее удовлетвор€ющий
современным тенденци€м области проектировани€ устройств цифровой обработки
информации будем использовать микропроцессорный элемент. “ем самым мы
обеспечим гибкость разработанного вычислител€ по отношению к изменени€м в его
структуре (например, изменение алгоритма вычислени€), уменьшитс€ количество
примен€емых элементов, снизитс€ стоимость разработки на этапе проектировани€ и
внедрени€, повыс€тс€ характеристики по точности и быстродействию. “аким образом,
очевидно, основным элементом вычислительного-корректирующего устройства
€вл€етс€ микропроцессор.
”прощенно структура микропроцессорного €дра включает в себ€
микропроцессор, микросхему посто€нного запоминающего устройства (ѕ«”) дл€
хранени€ управл€ющей программы, микросхему ќ«” дл€ хранени€ оперативной
информации и микросхему электрически стираемого ѕ«”, а так же микросхему
интерфейса дл€ св€зи с внешними устройствами. ¬ Ёѕѕ«” можно хранить установки
режимов работы, р€д констант, поправки к Ў¬ UTC, —≈¬ и прочую информацию,
котора€ не €вл€етс€ посто€нной, но не мен€етс€ на прот€жении длительного
промежутка времени.
“. к. в качестве јѕЎ¬ нами прин€та система Ђј—Ќ-37ї, не имеюща€
собственных органов управлени€ необходимо предусмотреть пульт управлени€ и
индикаторное устройство.
ƒл€ нормального функционировани€ процессора в услови€х некачественного
питани€, следует дополнить разрабатываемое устройство р€дом функциональных
узлов, которые позволили бы исключить такие опасные €влени€, как работа в
неопределенном режиме, а также генерирование неопределенных состо€ний портов
при неполноценном сбросе. –абота вычислительного узла в неопределенном режиме
опасна, поскольку в данном случае процессор может выполн€ть действи€, не
предусмотренные программой. ѕроцессор может войти в этот режим при медленных
изменени€х напр€жени€ питани€ (например, при включении и выключении), когда
сигнал сброс не функционален. ≈сли напр€жение питани€ упадет ниже критического
значени€, а затем восстановитс€ (либо будет медленно снижатьс€), а сигнал сброса в
этот момент не поступит, то произойдет описанный эффект. ƒл€ борьбы с этим
€влением требуетс€ специальна€ схема, назначение которой Ц подавать сброс на
процессор в те моменты, когда напр€жение питани€ находитс€ ниже допустимого
уровн€.
—труктурна€ схема такого устройства изображена на листе 2 графического
материала и в ѕриложении. ќна €вл€етс€ базой дл€ дальнейшего построени€ на еЄ
основе функциональной и принципиальной схем.
2.4. ¬ыбор и обоснование функциональной схемы устройства сверки и
коррекции Ў¬
 ак уже говорилось выше основной частью устройства сверки и коррекции Ў¬
€вл€етс€ микропроцессорное €дро.
2.4.1. ¬ыбор микропроцессора
ќсновой микропроцессорного €дра €вл€етс€ собственно микропроцессор.
ѕоэтому от его выбора в основном и зависит выбор остальных составл€ющих. ѕри
его выборе зададимс€ следующими параметрами:
? быстродействие;
? точность;
? трудоемкость вычислений.
—уществует большое количество микропроцессоров и микроЁ¬ћ, выпускаемых
различными фирмами в различных странах. ќтметим отечественные
микропроцессорные комплект серий 580 и 1820. ѕервый из них известен достаточно
давно и широко используетс€ при обучении, однако дл€ наших целей он не годитс€ т.
к. имеет р€д существенных недостатков (мала€ скорость вычислений, несколько
напр€жений питани€, большое число внешних элементов). ƒостоинством второго
процессора €вл€етс€ невысока€ стоимость и легкодоступность. Ќо дл€ наших целей
он не годитс€ и прежде всего, потому что €вл€етс€ 4Цх разр€дным, что ограничивает
его вычислительные возможности. Ѕолее производительными €вл€ютс€ процессоры
серии 1835 отечественного объединени€ "»нтеграл". ÷ентральным процессорным
элементом €вл€етс€ микросхема  1835¬≈51.
ƒостоинством данного процессора €вл€етс€:
? невысока€ потребл€ема€ мощность;
? одно напр€жение питани€;
? сравнительно высокое быстродействие;
? большое адресное пространство;
? легкодоступность.
¬ процессоре имеетс€ возможность последовательного ввода/вывода данных, что
позволит сократить количество линий св€зи и упростить схему ввода/вывода. ¬
процессоре предусмотрено подключение внешней пам€ти данных и команд, при этом
адресное пространство может быть увеличено до величины 64  дл€ ѕ«” и 64  дл€
ќ«”.
¬ыбранный микропроцессор обладает следующими характеристиками:
–азр€дность адреса . . . . . 16
–азр€дность данных . . . . . 8
 оличество регистров общего назначени€ . . . 32
–азр€дность регистров общего назначени€ . . . 8
 оличество каналов обмена . . . 4
‘ормат команд . . . . . 1,2,3 байта
ќбъем адресуемой пам€ти команд . . . 64 кЅайт;
ќбъем внутренней пам€ти команд . . . 4 кЅайт;
 оличество (базовых) команд . . . . 111
¬рем€ выполнени€ команд:
сложени€ регистрЦрегистр . . . 1.0 мкс;
сложени€ регистрЦпам€ть . . . 2.0 мкс;
умножени€/делени€ . . . . 4.0 мкс;
ќбъем адресуемой пам€ти данных . . . 64 кЅайт;
ќбъем внутренней пам€ти данных . . . 128 Ѕайт;
—корость обмена данных в последовательном канале вв./выв. Ц 375000 бит/с
2.4.2. ¬ыбор ќ«”
¬нутреннее ќ«” процессора недостаточно велико, и поэтому прибегаем к
применению внешнего ќ«”. ¬ качестве ќ«” применим микросхему  537–”10. —ери€
537 построена на основе  ћƒѕ Ц логики. ‘ункциональный р€д серии включает более
20 типономиналов микросхем, отличающихс€ информационной емкостью (от 1024 до
65 536 бит), организацией (одноразр€дна€ и словарна€), быстродействием и
потребл€емой мощностью. —амой удобной дл€ нас €вл€етс€ микросхема со словарной
организацией и асинхронным управлением, поскольку при этом не требуетс€
дополнительных средств сопр€жени€ »— ќ«” с ћѕ (внутренн€€ аппаратна€
поддержка ћѕ настроена на такой тип микросхем ќ«”). –азр€дность данных должна
быть равной 8. ¬ыбираем »—  537–”10 Ц микросхему 8Цми разр€дного статического
ќ«”, так же выпускаемую отечественным объединением "»нтеграл".
ћикросхема имеет следующие технические характеристики:
¬рем€ выборки . . 20 нс;
≈мкость бит . . . 2 х8;
ѕотребл€ема€ мощность . 28 м¬т;
ƒиапазон рабочих температур Ц 10Е+ 70?—
—овместимость по входу и выходу с TTL и  ћќѕ схемами.
 ак уже отмечалось в микропроцессорный узел необходимо включить
электрически репрограммируемое ѕ«”. ѕри выборе »— EEPROM будем
руководствоватьс€ прежде всего простотой сопр€жени€ последней с ћѕ. Ёто
относитс€ как к согласованию сигналов (требуетс€ уровень  ћќѕ), так и к
организации передачи данных. ”добным €вл€етс€ применение последовательного
интерфейса, поскольку при этом минимизируетс€ количество используемых выводов
процессора. ¬ыберем микросхему EEPROM  –1568––1. ќна имеет объем, равный
256 байт. ћикросхему выпускает завод "»нтеграл".
’арактеристики этой микросхемы таковы:
Ќапр€жение питани€ . . . . . 5¬;
≈мкость бит . . . . . . 256х8;
ѕотребл€ема€ мощность . . . . . 1 м¬т;
—охранность информации при отсутствии питани€ . 10 лет
 ол-во циклов записи в одну €чейку . . . ? 10000
ƒостоинством выбранной микросхемы €вл€етс€ применение интерфейса по
протоколу I2C, что позвол€ет сократить число линий св€зи до двух. ќднако в этом
случае необходимо программно обеспечить поддержку протокола I2C, что приводит к
некоторому усложнению рабочей программы.
2.4.3. ¬ыбор ѕ«”
¬ микропроцессорное €дро должно входить внешнее ѕ«”, где будет хранитьс€
рабоча€ программа.
¬ качестве ѕ«” можно вз€ть микросхему  573–‘7 отечественного производства
либо микросхему 27—256 фирмы Microchip. ”казанные микросхемы удовлетвор€ют
по требовани€м к быстродействию. ѕотребл€ема€ мощность м/сх 24—256 составл€ет
125 м¬т, а у  573–‘7 Ц 600 м¬т.
ќсновные параметры:
¬рем€ хранени€ информации
при включенных источниках питани€ > 25000 ч.;
при выключенных источниках питани€ > 100000 ч.;
„исло циклов программировани€ > 25;
Ќапр€жение питани€ + 5 ¬;
Ќапр€жение программировани€ 21,5 ¬.
ѕри подключении ѕ«” к ћѕ следует учитывать особенности организации
обращени€ и передачи данных с внешнего ѕ«” у данного процессора. ƒл€ передачи
данных и дл€ передачи младших разр€дов адреса используетс€ одна и та же шина,
поэтому требуетс€ аппаратное разделение данных и адресов.
2.4.5. ¬ыбор устройства ввода-вывода
¬ качестве порта ввода-вывода дл€ обслуживани€ индикатора и пульта управлени€
выберем м/сх  –580¬¬55ј.
ћикросхема  –580¬¬55ј Ц программируемое устройство ввода-вывода
параллельной информации, позвол€ющее сопр€гать различные типы устройств с
шиной данных. “аким образом Ѕ»— обеспечивает возможность построени€
современных систем цифровой обработки.
ќсновные параметры:
Ќапр€жение питани€ микросхемы 5 ¬
ƒиапазон рабочих температур Ц 10Е+ 70?—
“ок потреблени€ 120 мј
2.5. јлгоритм работы устройства — Ў¬
–ассмотрим алгоритм вычислени€ поправки по введенному текущиму времени
Ё„ и временем полученным с Ќ»—«. ƒанный алгоритм представл€ет собой часть
программы обслуживани€ устройства.
¬начале производитс€ настройка процессора на требуемые режимы работы с
внешними устройствами и обмена данными с ними, устанавливаютс€ биты,
отвечающие за различные режимы работы процессора. «атем устанавливаютс€
начальные значени€ необходимых переменных, инициализируютс€ служебные
константы, необходимые дл€ работы программы.
ƒалее осуществл€етс€ загрузка текущего врмени Ё„, далее Ц текущего времени с
Ќ»—«. ƒл€ компенсации временной задержки между вводом Ў¬ Ё„ и Ќ»—«, от
последней вычитаетс€ врем€ необходимое на еЄ загрузку.
ѕроизводитс€ расчЄт расхождени€ между шкалами времени, определ€етс€ его
знак и выдаЄтс€ сигнал на коррекцию Ё„.
ѕроизводитс€ выдача времени на иникатор в требуемом формате и опрос
состо€ни€ кнопок ѕ”.
«атем цикл повтор€етс€. до тех пор пока длитс€ работа микропроцессорного
узла.
–абочий алгоритм приведЄн на листе 4 графическрго материала.
2.6. —интез принципиальной схемы устройства — Ў¬
Ёлектрическа€ принципиальна€ схема вычислител€ представлена на листе 5.
 ак уже отмечалось в качестве центрального микропроцессора выберем
микросхему  1835¬≈51.
ѕри подключении ѕ«” к ћѕ следует учитывать особенности организации
обращени€ и передачи данных с внешнего ѕ«” у данного процессора. ƒл€ передачи
данных и дл€ передачи младших разр€дов адреса используетс€ одна и та же шина
(порт AD процессора), поэтому требуетс€ аппаратное разделение данных и адресов. —
этой целью применим регистр параллельного сдвига, в качестве которого с учетом
требований к быстродействию и разр€дности применим 8Цразр€дный регистр
 1554»–23.¬ыходы порта AD ћѕ и входы ’0...’7 »–23 соединим непосредственно,
а так же подключим эту шину на выходы D0...D7 ѕ«”. ¬ывод OE »–23 следует
подключить к нулю, при этом будет разрешен вывод информации на выходы Y0...Y7
»–23. —игнал ALE ћѕ подключим к выводу CS »–23. Ќаконец, выводы ј8...ј14 ћѕ
подключим к выводам ј8...ј14 ѕ«”. ѕо этой шине передаютс€ старшие биты адреса
считываемой информации. ѕроцесс передачи очередного командного слова в
процессор протекает следующим образом. ћѕ выставл€ет на шину AD0...AD7 и
ј8...ј14 15Цти разр€дный адрес считываемого слова. ѕо сигналу ALE »–23 передает
и защелкивает на своем выходе, а значит, на входе ѕ«”, младшие биты адреса, тогда
как старшие биты уже там присутствуют. «атем ћѕ подает команду –ћ≈, по которой
ѕ«” выставл€ет считываемое слово на шину AD, по которой оно и попадает в
процессор.
ѕорт ввода-вывода осуществл€ет обмен информацией с микропроцессором по
8-и разр€дной двунаправленной шине данных. ƒл€ св€зи с переферийными
устройствами используютс€ линии ввода-вывода, сгрупированные в три 8-и
разр€дных канала A, B, C, направление передачи информации через канал
определ€ютс€ программным способом. ¬ыбор соответствующего канала и
направление передачи информации через канал определ€ютс€ сигналами A0, A1,
, , .
ќрганизаци€ подключени€ микросхемы ќ«” в целом аналогична тому, как это
произведено при подключении ѕ«”. ƒл€ разделени€ младших разр€дов адреса и
данных так же применим регистр на микросхеме »–23. ”правл€ющими сигналами
здесь €вл€ютс€ WR и RD ћѕ. ѕо сигналу WR происходит запись информации в ќ«”,
тогда как сигнал RD сопутствует считыванию информации.
”зел индикации и опроса кнопок пульта управлени€ состоит из регистра сегмента
индикатора, дешифратора разр€да индикатора, собственно индикатора, клавиатурного
пол€ 3 х 4.
¬ качестве индикатора выберем светодиодный индикатор јЋ318ј красного
свечени€. ¬ качестве регистра используем м/сх  555»–27, а дешифратора  555»ƒ4.
 555»ƒ4 Ц восьмиразр€дный дешифратор:
Ќапр€жение питани€ 5 ¬;
ѕотребл€ема€ мощность 10 мј
 555»–27 Ц 8-ми разр€дный регистр
Ќапр€жение питани€ 5 ¬;
ѕотребл€ема€ мощность 20 мј
–ассмотрим подключение электрически репрограммируемого ѕ«” 1568––1.
  выходу RST микросхемы присоединим RCЦцепочку, котора€ служит дл€
нормальной работы внутреннего генератора напр€жени€ записи. ѕараметры цепочки,
рекомендуемые справочной литературой :
R14=22 , —7=22н‘.
Ќеобходимо так же оценить тактовую частоту процессора. ѕри требуемой
скорости обработки информации необходимо обеспечить производительность
процессора пор€дка 2 млн. оп/с. “акой производительностью микропроцессор будет
обладать при использовании тактовой частоты 30 ћ√ц. “аким образом частота
кварцевого резонатора определена и равна 30 ћ√ц. —хема внутреннего генератора
требует также подключени€ двух внешних емкостей C3 и C4 по 20 п‘. “акие
значени€ €вл€ютс€ типовыми и рекомендуютс€ в литературе, поэтому их расчЄт не
производитс€.
¬ качестве устройства гарантированного сброса и контрол€ питани€
используем стандартную микросхему выполн€ющую эти функции. “акой элемент
изготавливаетс€ многими фирмами-производител€ми.
3. Ёлектрический расчЄт
3.1.  раткие сведени€ о вторичных источниках питани€
—овременные устройства требуют бесперебойного, наЄдежного
электроснабжени€. ƒл€ преобразовани€ электрической энергии, получаемой от
источников электроснабжени€, еЄ регулировани€, стабилизации, резервировани€,
распределени€ и защиты на практике оборудуютс€ электропитающие установки.
Ёлектропитающие установки вырабатывают электрическую энергию посто€нного
тока с номинальными напр€жени€ми 60 и 24 ¬.
—нижение массы и габаритов вторичных источников электропитани€ в
насто€щее врем€ €вл€етс€ одной из наиболее важных проблем при разработке
современных радиотехнических устройств. ќсновными направлени€ми улучшени€
массогабаритных и технико-экономических показателей устройств электропитани€
€вл€ютс€:
? использование новейших электротехнических материалов и перспективной
элементной базы с применением интегрально-гибридной технологии;
? поиски новых эффективных схемотехнических решений;
? повышение частоты преобразовани€ электрической энергии.
ѕовышение надежности, улучшение технико-экономических показателей,
снижение стоимости аппаратуры в значительной степени завис€т от правильного
выбора и проектировани€ вторичных источников и систем электропитани€ в целом.
Ўирокое применение в современной радиоэлектронной аппаратуре получили
вторичные источники электропитани€ с импульсным регулированием. Ёто
объ€сн€етс€, в первую очередь высокими энергетическими и объЄмно-массовыми
показател€ми.  оэффициент полезного действи€ таких источников может достигать
70-75% при входном напр€жении 5¬, при этом их удельна€ мощность составит
120Е250 ¬т/дм3 . ќни стро€тс€ в основном на базе однотактных и двухтактных
транзисторных преобразовател€х напр€жени€. “ранзисторы в преобразовател€х
работают в режиме переключени€: это и объ€сн€ет высокие энергетические
показатели источников с импульсным регулированием.
ѕрименение современной базы позвол€ет осуществл€ть преобразование энергии
на частотах до нескольких сотен килогерц, а в р€де случаев и выше.
–абота устройств на повышенных частотах позвол€ет уменьшить объЄм и массу
электромагнитных элементов и Ємкость конденсаторов, и тем самым повысить
удельные объЄмно-массовые показатели.
¬ импульсных источниках примен€ютс€ три способа регулировани€:
? широтно-импульсный (Ў»ћ), при котором период коммутации посто€нен,
а врем€ нахождени€ транзистора в области насыщени€ (отсечки) измен€етс€;
? частотно-импульсный („»ћ), при котором период коммутации
непосто€нен, а врем€ нахождени€ транзистора в области насыщени€
(отсечки)посто€нно;
? двухпозиционный (релейный), при котором и период, и относительное
врем€ отсечки, когда транзистор находитс€ в области насыщени€ (отсечки),
измен€ютс€.
ќднотактные и двухтактные преобразователи подраздел€ютс€ на регулируемые
и нерегулируемые.
¬ зависимости от типа преобразовател€ вход и выход его могут быть
гальванически св€заны или разв€заны через трансформатор.
ќднотактные преобразователи с гальванической св€зью входа и выхода наход€т
широкое применение в качестве импульсных стабилизаторов или регул€торов
напр€жени€ и тока.
ќднотактные и двухтактные регулируемые преобразователи с
трансформаторным выходом примен€ютс€ как самосто€тельные источники
вторичного электропитани€.
ѕоэтому рассчитаем источник вторичного питани€ дл€ питани€
разрабатываемого устройства.
3.2. –асчЄт силовой части импульсного преобразовател€
¬ыберем в качестве расчЄта преобразовател€ однотактный регулируемый
преобразователь с трансформаторным разделением входной и выходной цепей.
ќднотактные регулируемые преобразователи наход€т широкое применение в
источниках электропитани€ аппаратуры на выходные мощности от единиц до
нескольких сотен ватт. »х широкое применение обусловлено такими достоинствами,
как отсутствие схем симметрировани€ работы трансформатора, малое число силовых
ключей, простота схемы управлени€. Ќа рис. 5 изображена схема однотактного
преобразовател€ с пр€мым включением диода VD2 и размагничивающей обмоткой.
–исунок 5 —хема однотактного преобразовател€ с пр€мым включением диода и размагничивающей
обмоткой
3.2.1. ѕринцип действи€ преобразовател€
 огда транзистор VT1 открыт, напр€жение Uвх оказываетс€ приложенным к
первичной обмотке трансформатора ?1. ƒиод VD2Чоткрыт и энерги€ источника
питани€ передаетс€ в нагрузку и запасаетс€ дросселем L. ¬ интервале закрытого
состо€ни€ транзистора энерги€, накопленна€ дросселем, передаетс€ в нагрузку, а
энерги€, запасенна€ трансформатором через размагничивающую обмотку ?р и диод
VDP, отдаетс€ в источник питани€. ѕоскольку в установившемс€ режиме работы
энерги€, запасЄнна€ трансформатором на интервале открытого состо€ни€ транзистора,
должна быть полностью рекуперирована в источник питани€, то максимальное
значение ?max зависит от соотношени€ чисел витков обмоток ?1 и ?р . „ем шире
пределы регулировани€, тем больше значение ?max и тем меньше число витков
размагничивающей обмотки. ”меньшение числа витков размагничивающей обмотки
приводит к увеличению напр€жени€ на закрытом транзисторе преобразовател€
(3.1)
“ак, при ?max = 0,5 напр€жение на закрытом транзисторе превышает входное
напр€жение в 2 раза, а при ?max = 0,9 Ч в 10 раз. –егулировочна€ характеристика
преобразовател€ имеет линейный характер:
(3.2)
где:
?21 = ?2/?1 Ч коэффициент трансформации.
Ёто выражение справедливо при условии безразрывности тока дроссел€, которое
имеет место при L >Lкр, где
(3.3)
fѕ Ц частота преобразовани€.
3.2.2. –асчЄт преобразовател€
»сходные данные:
номинальное значение входного напр€жени€ U¬’ ¬; 24
относительные отклонени€ входного напр€жени€ в сторону повышени€ и понижени€
аmax, аmiп, 0,1
номинальное значение выходного напр€жени€, U¬џ’ ¬; 5
амплитуда пульсации выходного напр€жени€ U¬џ’ m ¬; 0,01
максимальное значени€ тока нагрузки Iн max, ј; 1
минимальное значени€ тока нагрузки Iн min, ј; 0,5
частота преобразовани€, fѕ , √ц; 20 х 103
максимальна€ температура окружающей среды “— mах ?C; 50
1. ќпредел€ем максимальное и минимальное значени€ входного напр€жени€.
ѕринимаем ?min = 0,2. “огда
ќкругл€ем его значение до целого числа ;
2. ќпредел€ем L –
ѕроизводим расчЄт дроссел€ или выбираем унифицированный, принима€
L > L – = 0,5 м√н
ќпредел€ем приращение тока дроссел€
3. Ќаходим значение емкостей и . ѕри определении задаЄмс€
значением ?U¬џЅ– = 0,1 U¬џ’ = 0,5 ¬
;
®мкость конденсатора —н принимаем равной максимальному значению или
. ¬ыбираем конденсатор типа  50-35 на номинальную Ємкость 220 мк‘ и
номинальное напр€жение 25 ¬. —н = 220 мк‘.
4. ќпредел€ем:
ќпредел€ем максимальное напр€жение на закрытом транзисторе
ћаксимальный ток
¬ыбираем транзистор  “903ј, имеющий следующие параметры:
; ; ;
;
ѕринимаем коэффициент насыщени€ транзистора
ќпредел€ем мощность, рассеиваемую на транзисторе, и решаем вопрос о
необходимости установки транзистора на радиатор.
5. ќпредел€ем значени€ токов и напр€жений диодов VD1, VD2, VDp.
ѕо напр€жению, току и частоте преобразовани€ fѕ выбираем из справочников
тип соответствующего диода. ¬ыбираем диод  ƒ213¬, максимальное обратное
напр€жение Ц 100 ¬, максимальный посто€нный пр€мой ток Ц 3 ј при “  = + 125?—,
Uѕ– = 1 ¬.
ќпредел€ем мощности, рассеиваемые на нЄм
ќпредел€ем максимальное напр€жение на рекуперационном диоде
;
.
ћаксимальное значение тока рекуперационного диода VDp определ€етс€ после
расчета трансформатора, в результате которого находитс€ максимальное значение
намагничивающего тока IVD1 max.
6. ќпредел€ем токи первичной и вторичной обмоток трансформатора “1
7. ќпредел€ем коэффициент передачи схемы управлени€ по заданному значению
коэффициента стабилизации:
“аким образом произведЄн расчЄт силовой части импульсного преобразовател€
напр€жени€.
4.  онструктивный расчЄт
4.1.  онструкци€ печатной платы
¬ предыдущем разделе была разработана принципиальна€ схема устройства
вычислител€ корректирующей информации. ¬ этой главе необходимо разработать
печатную плату, на которой будет производитьс€ монтаж элементов указанных
устройств. ¬ насто€щие врем€ выпускают односторонние, двусторонние,
многослойные и гибкие печатные платы.   гибким печатным платам следует отнести
и гибкие печатные шлейфы и кабели. —уществуют различные методы изготовлени€
печатных плат.
ƒостоинством односторонних и двусторонних печатных плат €вл€ютс€ простота
и низка€ трудоЄмкость изготовлени€. ¬ то же врем€ этим платам присущи такие
недостатки, как низка€ плотность размещени€ навесных элементов, необходимость
дополнительной экранировки, большие габариты и значительна€ масса.
ѕутЄм использовани€ многослойных печатных плат можно существенно
увеличить плотность монтажа путЄм добавлени€ слоЄв без заметного увеличени€
габаритов. ¬ажным преимуществом многослойного печатного монтажа €вл€етс€
размещение экранирующий слой может быть размещЄн между любыми внутренними
сло€ми или на наружных поверхност€х. Ёкранирующие слои могут быть соединены с
конструктивными детал€ми рамы дл€ улучшени€ теплоотвода. ћногослойный
печатный монтаж может быть защищЄн от механических повреждений и внешних
воздействий путЄм нанесени€ дополнительного сло€ диэлектрика. ќднако основными
преимуществами многослойного печатного монтажа €вл€ютс€ экономи€ объЄма при
использовании узких и тонких токопровод€щих металлических соединений и
малогабаритных разъемов и потенциально высока€ надЄжность.
¬ тоже врем€ многослойным печатным платам присущи следующие недостатки:
более жЄсткие допуски на размеры по сравнению с допусками на размеры
обычных печатных плат;
больша€ трудоЄмкость проектировани€;
необходимость специализированного технологического оборудовани€;
длительный технологический цикл и сложный процесс изготовлени€;
необходимость тщательного контрол€ практически всех операций, начина€ с
вычЄрчивани€ оригиналов и конча€ упаковкой готовой платы в промежуточную
технологическую тару дл€ передачи еЄ в монтажный цех, причЄм визуальный
контроль издели€ труден или невозможен;
высока€ стоимость;
низка€ ремонтопригодность.
ќднако в аппаратуре, дл€ которой обеспечение минимальных габаритов и массы,
а также максимально возможной надЄжности €вл€етс€ основным требованием,
многослойные печатные платы незаменимы.
  числу важнейших свойств материалов, используемых дл€ печатных плат,
относ€тс€ хороша€ технологичность, позвол€юща€ легко переработать их в процессе
производства, высокие электрофизические, физико-механические и физико-
химические параметры, а также такие свойства, как устойчивость к воздействию
ионизации, радиационна€ стойкость, способность работать в услови€х вакуума.
ћатериалы основани€ должны обеспечивать хорошую адгезию с токопровод€щими
покрыти€ми, минимальное колебание в процессе производства и эксплуатации.
Ќаиболее распространенными материалами при изготовлении печатных плат
€вл€ютс€ гетинакс и стеклотекстолит. √етинакс представл€ет собой слоистый
прессованный материал, состо€щий из нескольких слоЄв бумаги, пропитанной
фенолоформальдегидной, крезолоформальдегидной либо ксинолоформальдегидной
смолой или их смес€ми. Ётот материал обладает высокой электрической прочностью
и стабильностью диэлектрических свойств, хорошо поддастс€ механической
обработке: расплавке, сверлению, точению, фрезерованию. »спользуетс€ как
электроизол€ционный материал дл€ печатных плат изготовл€емый
гальванохимическим способом.
—теклотекстолит представл€ет собой слоистый пластик, состо€щий из
стеклоткани, пропитанной модифицированной фенолоформальдегидной смолой.
Ћистовой стеклотекстолит поддаЄтс€ всем видам механической обработки, а также
склеиванию.
ƒл€ изготовлени€ многослойных печатных плат примен€ютс€ главным образом
фольгированные диэлектрики. ƒл€ фольгировани€, как правило, используетс€ медь,
иногда алюминий и никель. јлюминий уступает меди из-за плохой па€емости.
ќсновным недостатком никел€ €вл€етс€ его высока€ стоимость. —реди
фольгированных диэлектриков следует отметить фольгированный гетинакс,
фольгированный текстолит, низкочастотный фольгированный диэлектрик,
фольгированный армированный фторопласт.
ЌадЄжное защитное покрытие дл€ печатных плат должно обладать хорошими
влагозащитными и диэлектрическими свойствами.  ак правило, используютс€:
покрытие односторонней платы только со стороны печатных проводников;
при этом защищают провод€щие дорожки и обрезные кра€ платы;
двухстороннее покрытие печатной платы, в том числе и компонентов;
заливка блока в целом.
4.2.  онструкции блоков микроэлектронной аппаратуры
ѕрименение в конструкци€х блоков ћЁј четвЄртого поколени€ бескорпусных
ћ—Ѕ позвол€ет значительно увеличивать плотность упаковки элементов, а
последовательно, получать гораздо меньшие (в 5-6) раз объЄмы блоков при
одинаковой функциональной сложности по сравнению с блоками, выполненными на
корпусированных »—. ”меньшение объЄма блоков достигаетс€ также в результате
применени€ более прогрессивных методов монтажа (с помощью гибких шлейфов и
кабелей), компоновки (книжна€ вместо разъемной) и малогабаритных соединений
(–ѕ—, —–-50 и типа "слезка"). Ќеобходимость герметизации блоков и наличие внутри
них избыточного давлени€ заставл€ют примен€ть в их конструкци€х корпуса с
довольно толстыми (до 3 мм) стенками, что существенно увеличивает коэффициент
дезинтеграции массы даже при алюминиевых корпусах. „ем больше объЄм блока, тем
больше должно быть избыточное давление при одном же сроке службы и тем более
толстые стенки должен иметь корпус. Ёто €вл€етс€ одним из недостатков такого рода
конструкций, обусловленных требованием их герметичности.  орпуса блоков могут
иметь стандартные размеры и форму, а дл€ аппаратуры специального назначени€
чаще всего выбираютс€ из услови€ минимальных масс, объЄмов требуемых форм и
степени планарности, обеспечивающих заданные тепловые режимы и вибропрочность
при минимальных объЄмах.
–ассмотрим некоторые типичные конструкции блоков ћЁј четвЄртого
поколени€ на бескорпусных ћ—Ѕ.
√ерметичный блок разъЄмной конструкции состоит из набора €чеек на
бескорпусных ћ—Ѕ установленных параллельно передней панели.  орпус блока
литой, выполнен из алюминиевого сплава јл9. √ерметизаци€ блока осуществлена с
помощью резиновых прокладок, выполненных из кремнеорганической резины марки
»–ѕ1265, установленных в пазы корпуса блока, и креплений болтами боковых
крышек блока. Ѕоковые крышки блока съЄмные и так же, как корпус, имеют
оребрение.
Ѕлок герметичной книжной конструкции с вертикальной осью раскрыти€ €чеек
состоит из набора €чеек на бескорпусных ћ—Ѕ, установленных перпендикул€рно
передней панели блока. ѕередние и задние панели выполнены литьем под давлением
из алюминиевого сплава јл9 и имеют покрытие Ќ24.0-¬и6Ќ12.  ожух блока сварной,
выполнен из титанового сплава ¬“1-0 с покрытием Ќ12 с последующим гор€чим
лужением припоем ѕќ—61.
Ѕлок книжной конструкции цифровой ћЁј, герметизируемый па€ным швом,
содержит обычно не более10 €чеек на металлических рамках, собранных в пакет и
закреплЄнных зат€жными винтами, ввинчиваемыми в стальные или титановые
резьбовые втулки бобышек донной части корпуса. ¬нутриблочна€ коммутаци€
осуществлена гибкими шлейфами. ¬ более ранних конструкци€х она выполн€лась на
гибкой матрице-ремне, представл€ющей лист бесзернистой резины »–ѕ толщиной 4-
5 мм с отверсти€ми дл€ прошивки жгутами из тонкого провода “‘-100ћ. ќднако
объЄм занимаемый этой матрицей-ремень, составл€л 15-20% объЄма блока, что
приводило к увеличению его интеграции. ѕрименение гибких шлейфов значительно
снижает объЄм, занимаемый внутриблочным монтажом (до 5%), но жесткость по сои
раскрыти€ "книги" при этом практически пропадает, и в разобранном виде €чейки не
удерживают друг друга.
¬ нашем случае блок установлен на стандартных амортизаторах, дл€
обеспечени€ его работоспособности на подвижных объектах.  онструктивно в нЄм
наход€тс€ микропроцессорный узел и источник вторичного питани€.
ƒл€ контрол€ за наработкой на передней панели блока находитс€ счЄтчик
времени работы, что €вл€етс€ стандартным дл€ такого рода аппаратуры. “ранзистор
блока вторичного питани€, на радиаторе, вынесен отдельно, дл€ обеспечени€
нормального теплового режима всего устройства.
 онструкци€ блока изображена на листе 5 графического материала.
5. “ехнико-экономическое обоснование дипломного проекта
5.1. ћетоды экономического обосновани€ дипломного проекта.
¬ мировой практике по вопросам инженернрой экономики рассматриваютс€
достаточно многочисленные методы инвестиционных расчЄтов, среди которых
выдел€ютс€ как наиболее широко примен€емые:
1) чиста€ приведЄнна€ величина дохода;
2) срок окупаемости капиталовложений;
3) Ђвнутренн€€ї норма доходности;
4) рентабельность;
5) безубыточность.
”казанные показатели отражают один и тот же процесс сопоставлени€
распределЄнных во времени выгод от инвестиций и самих инвестиций. «а рубежом
нет единой методики оценки эффективности инвестиций.  ажда€ фирма или
корпораци€, руководству€сь накопленным опытом, наличием финансовых ресурсов,
цел€ми, преследуемыми в данный момент, разрабатывает свою конкретную методику.
ќднако так или иначе, эти методики базируютс€ на указанных характеристиках, их
сочетани€х и модификаци€х.
—ледует заметить, что данные расчЄты об€зательно сопровождают бизнес-план.
„иста€ приведЄнна€ величина дохода характеризует конечный эффект
инвестиционной де€тельности. ¬ отечественной практике под чистой приведЄнной
величиной дохода понимают экономический эффект за расчЄтный период времени
(Ёт):
Ёт = –т Ц «т (5.1)
где:
–т Ц стоимостна€ оценка результата от внедрени€ меропри€ти€ Ќ“ѕ, ден. ед.;
«т Ц стоимостна€ оценка затрат на реализацию меропри€ти€ Ќ“ѕ, ден. ед.;
т Ц расчЄтный период времени, лет.
ѕод расчЄтным периодом понимаетс€ врем€, в течение которого копиталовложение
оказывает воздействие на производственный процесс. ¬ качестве расчЄтного периода
предпри€тие-производитель новой техники может прин€ть прогнозируемый срок
поизводства новой техники, предпри€тие Ц потебитель Ц срок службы нового
оборудовани€ с учЄтом морального старени€.
5.2. ’арактеристика проекта.
–езультатом данного проекта €вл€етс€ изделие имеющее хорошие
потребительские свойства: невысокую цену, ремонтопригодность, высокую
надЄжность. ƒанна€ разработка позволит достичь более точного временного
обеспечени€ потребителей за счЄт комплексировани€ различных систем: спутниковой
навигационной системы и наземных радионавигационных систем. ƒл€ повышени€
точности наземных с истем традиционным путЄм необходимы большие капитальные
вложени€ в Ќ»ќ –. ѕроцесс комплексировани€ позволит с минимальными затратами
достичь достаточно высоких характеристик, и эксплуатировать данные системы ещЄ
некоторое врем€, необходимое дл€ постепенного перехода к спутниковому
обеспечению.
5.3. ќпределение смЄтной стоимости и отпускной цены на Ќ»ќ –.
¬ плановую себистоимость опытно-конструкторских и научно-
исследовательских работпо каждой теме включаютс€ все затраты, св€занные с еЄ
выполнением, независимо от источника их финансировани€.  алькул€ци€ плановой
себистоимости Ќ»– и ќ – расчитываютс€ по следующим стать€м затрат:
1. ћатериалы (–м)
(5.2)
где:
n - количество видов материалов;
Hi - чернова€ норма расхода i-го материала (кг, м. п, шт. и прочее);
÷i - отпускна€ цена i-го материала, руб.;
 тр - к-нт учитывающий транспортно-заготовительные расходы ( тр = 1,04 Ц 1,10);
ќ¬ - сумма возвратных отходов, руб.
–асчЄт:
а) 300 листов бумаги ј4 / стоимость одного листа 260 руб.
б) ѕапка пластикова€ 1 шт. 50000 руб.
в) “етрадь обща€ 1 шт. 15000 руб.
г) –учка шарикова€ 2 шт. 2 х 5000 руб.= 10000 руб.
д)  арандаш 1 шт. 6100 руб.
е) Ћастик 1 шт. 4200 руб.
ж) Ќабор линеек 1 шт. 7700 руб.
з) ¬атман 9 шт. 117000 руб.
–м = (300 х 260 + 1 х 50000 + 1 х 15000 + 2 х 5000 + 1 х 6100 + 1 х 4200 + 1 х 7700 + 9 х
13000) х 1,04 = 81120 + 52000 + 15600 + 10400 + 6344 + 4368 + 8008 + 121680 =
299520 руб.
2. —пецоборудование (–об)
ƒанна€ стать€ в расчЄт себестоимости не входит.
3. ќсновна€ зароботна€ плата («ѕо)
(5.3)
√де:
 пр Ц коэффициент премий;
  Ц количество категорий работников;
—i Ц численность i-й категории работников, чел;
«ri Ц среднечасова€ (среднедневна€) заработна€ плата i-й категории работников;
t Ц трудоЄмкость работ, выполн€емых i-ой категорией работников (чел./час, чел./день).
–асчЄт:
 пр = 1
—i = 3
«r1 = 8666,6 (среднедпевна€) t1 = 180 дней
«r2 = 8750 (среднечасова€) t2 = 72 часа
«r3 = 6250 (среднечасова€) t3 = 6 часов
«ѕо = 1 х 8666,6 х 180 + 1 х 72 х 8750 + 1 х 6 х 6250 = 1560000 + 630000 + 37500 =
2227500 руб
4. ƒополнительна€ зароботна€ плата (Ќд) или («ѕд)
Ќд составл€ет 20Е25% от основной заработной платы. ƒанна€ стать€ в расчЄт
себестоимости не входит.
5. «аработна€ плата прочих категорий работников («ѕпр).
 оэффициент по отношению к «ѕо равен 1,4Е1,8. ƒанна€ стать€ в расчЄт себестоимости
не входит.
6. ќтчислени€ в фонд социальной защиты населени€ (–соц)
Ќсоц = 35%
(5.4)
7. јммортизаци€ (ј0)
јммортизаци€ составл€ет 10Е15% от основной зароботной платы. ƒанна€ стать€ в расчЄт
себестоимости не входит.
8. –асходы на служебные командировки (–ком)
ƒанные расходы составл€ют 4Е10% от основной «ѕ. ƒанна€ стать€ в расчЄт
себестоимости не включаетс€.
9. ”слуги сторонних организаций (–ус)
а) набор текста 150 страниц 5000 руб/страница
б) распечатка на принтере 2000 руб/страница
в) выполнение чертежей на графопостроителе 10000 руб/чертЄж
–ус = 150 х 5000 + 300 х 2000 + 9 х 10000 = 1440000 руб.
10. ѕрочие пр€мые расходы (–пр)
а) телефонные услуги 60 мин. 300 руб/минута.
–пр = 60 х 300 = 18000 руб
11. Ќакладные расходы (–кос)
ƒанные расходы составл€ют 100Е250% от основной «ѕ. ƒанна€ стать€ в расчЄт
себестоимости не включаетс€.
12. Ќалоги (–н)
а) Ђ„ернобыльскийї 10% (–чер)
б) ‘онд зан€тости 1% (–зан)
в) ƒетск. и дошк. 5% (–дошк)
Ќнс = 12 + 5 + 1 = 16%
(5.5)
13. ѕолна€ себистоимость (—п)
—п = –м + «ѕ0 + –соц + –ус + –пр + –н = 299520 + 2227500 + 779625 +
+ 1440000 +356400 + 18000 = 5121045 руб. (5.6)
14. ѕланова€ прибыль (ѕп)
(5.7)
15. ќптова€ цена (÷оп)
÷оп = —п + ѕп = 5121045 + 1536313 = 6657358 руб. (5.8)
16. Ќалог на добавленную стоимость (Ќƒ—)
Ќалог на добавленную стоимость не начисл€етс€ на Ќ»ќ –, финансируемые за счЄт
бюджета –еспублики Ѕелорусь.
17. ќтчислени€ в спецфонды (ќсф)
(5.9)
18. ќтпускна€ цена (÷отп)
÷отп = ÷оп + ќсф = 6657358 + 133147 = 67090506 руб. (5.10)
ѕри расчЄте использовалась методика изложенна€ в литературе [2].
5.4. ѕостроение сетевого графика
ѕеречень событий и работ к сетевому графику на проведение научно-
исследовательской работы (устройство синхронизации разнесенных наземных
радионавигационных систем по сигналам Ђ√ЋќЌј——ї).
Ўифр
собы
ќпределение событи€
Ўифр
след.
Ќаименование работ
ѕродолжитель-
ность работы,
дни
ƒис-
пер-
си€
ти€
работ
tmin
tmax
tнв

1
“ема Ќ»–
утверждена
1,2
ѕодбор и изучение
литературы по теме
12
14
13
13
0,111
2
Ћитература
подобрана и изучена
2,3
¬ыбор нужного
направлени€ в
решении
поставленной задачи
3
5
4
4
0,111
3
Ќаправление решени€
поставленной задачи
выбрано
3,4
ѕроведение
патентного поиска
2
3
2
2
0,027
4
ѕатентный поиск
произведЄн
4,5
ќбзор реферативных
журналов
1
2
1
1
0,027
5
–еферативные
журналы
просмотрены
5,6
¬ыбор необходимых
методов
6
9
8
8
0,25
6
ћетоды решени€
поставленной задачи
определены
6,7
ќбоснование
основных методов
3
5
4
4
0,111
7
ќсновной метод
выбран
7,8
—труктурна€ схема јѕ
ЂNavstarї (описание)
2
3
2
2
0,027
8
—труктура јѕ
ЂNavstarї определена
7,13
—труктурна€ схема јѕ
ЂNavstarї
2
4
3
3
0,111
8,9
—труктурна€ схема јѕ
Ђ√лонассї (описание)
1
3
2
2
0,111
9
—труктура јѕ
Ђ√лопассї определена
9,10
ќписание структурной
сх. ус-ва приЄма Ў¬
4
7
6
6
0,25
10,11
¬ыбор стр. устройства
коррекции Ў¬
1
3
2
2
0,111
10
—труктура ус-ва
приЄма Ў¬ выбрана
10,12
¬ывод основного
алгоритма
10
14
12
12
0,444
10,15
ќбоснование
функциональной
схемы исход€ из
структурной
3
4
3
3
0,027
11
—труктура устройства
коррекции Ў¬
выбрана
11,16
ќбоснование
элементной базы
3
5
4
4
0,111
12
‘ункциональна€
схема јѕ ЂNavstarї
выбрана
12,17
Ёлектрический расчЄт
2
4
3
3
0,111
13
‘ункциональна€
схема Ђ√лопассї
выбрана
13,14
ќписание
функциональной
схемы
2
4
3
3
0,111
14
‘ункциональна€
схема устройства
коррекции Ў¬
выбрана
14,15
ќписание
функциональной
схемы корр. Ў¬
5
9
8
8
0,444
15
Ёлементна€ база
определена
15,16
ќбоснование
элементной базы
вычеслител€
5
7
6
6
0,111
16
–асчет электрический
принципиальный
произведен
16,17
Ёлектрический
принципиальный
расчет схемы
20
25
23
23
0,694
17
 аскад дл€
конструктивного
расчета выбран
17,18
¬ыбор коскада дл€
конструктивного
расчета
2
4
3
3
0,111
18
 онструктивный
расчет каскада
вычислител€
произведен
18,19
ѕроведение
конструктивного
расчета выбраного
коскада
6
9
8
8
0,25
19
Ёкономический
расчет произведен
19,20
Ёкономическое
обоснование ƒѕ
12
17
15
15
0,25
20
ѕроектные
исследовани€
закончены
20,21
¬ыводы по
проведенной Ќ»–
2
4
3
3
0,694
21
¬ыводы по
проведенной Ќ»–
сделаны
21,22
ќформление
документации по
выполненной Ќ»–
7
10
9
9
0,25
2. ѕути сетевого графика и их расчЄт.
= t(1,2) + t(2,3) + t(3,4) + t(4,5) + t(5,6) + t(6,7) + t(7,8) + t(8,9) + t(9,10)+ t(10,15) + t(15,16)
+ t(16,17) + t(17,18)+ t(19,20)+ t(20,21) + t(21,22) =13 + 4 + 2 + 1 + 8 + 4 + 2 + 2 + 6
+ 2 + 6 + 12 + 3 + 3 + 8 + 9 = 112 дн. Ц ненапр€жЄнный путь.
t(L2) = t(1,2) + t(2,3) + t(3,4) + t(4,5) + t(5,6) + t(6,7) + t(7,8) + t(8,9) + t(9,10) + t(10,11) +
t(11,16) + t(16,17) + t(17,18) + t(19,20) + t(20,21) + t(21,22) =13 + 4 + 2 + 1 + 8 + 4 + 2
+ 2 + 6 + 2 + 4 + 1 + 23 + 3 + 8 + 15 + 3 + 9 = 109 дней Ц ненапр€жЄнный путь.
t – = t(1,2) + t(2,3) + t(3,4) + t(4,5) + t(5,6) + t(6,7) + t(7,13) + t(13,14)+ t(14,15)+ t(15,16) +
t(16,17) + t(17,18) + t(19,20) + t(20,21) + t(21,22) = 13 + 4 + 2 + 1 + 8 + 4 + 3 + 3 + 8 +
6 + 23 + 3 + 8 + 15 + 3 + 9 = 113 дн. Ц критический путь.
t(L3) = t(1,2) + t(2,3) + t(3,4) + t(4,5) + t(5,6) + t(6,7) + t(7,8) + t(8,9) + t(9,10)+ t(10,12) +
t(12,17) + t(17,18)+ t(19,20)+ t(20,21) + t(21,22) =13 + 4 + 2 + 1 + 8 + 4 + 2 + 2 + 6 + 2
+ 6 + 12 + 3 + 3 + 8 + 15 + 3 + 9 =95 дней Ц ненапр€жЄнный путь.
–езервы:
P(L1) = t – Ц t(L1) = 1 день
P(L2) = t – Ц t(L2) = 4 дн€
P(L3) = t – Ц t(L3) = 18 дней
3. “аблица 4. –асчЄт параметров событий сетевого графика
Ўифр
событи€
–анний срок
свершени€ событи€
tp (i) = t[L1(i)]
tp (j) = tp (i) + t(i,j)
ѕоздний срок
свершени€ событи€
tn (i) = t – + t[L1(i)]
–езерв времени
событий
Pi = tn (i) Ц tp (i)
1
0
0
0
2
13
13
0
3
17
17
0
4
19
19
0
5
20
20
0
6
28
28
0
7
32
32
0
8
34
35
1
9
36
37
1
10
42
43
1
11
44
48
4
12
54
72
18
13
35
35
0
14
38
38
0
15
46
46
0
16
52
52
0
17
75
75
0
18
78
78
0
19
86
86
0
20
101
101
0
21
104
104
0
22
113
113
0
;
“д Ц заданный директивный срок завершени€ комплекса работ;
tкр Ц критический путь, определ€емый прирасчЄте сетевого графика;
? tкр Ц среднеквадратическое отклонение срока наступлени€ завершающего событи€,
которое определ€етс€ по следующей формуле:
“д = 115
tкр = 113
“аблица 5 –асчЄт временных параметров работ
Ўифр
работы
ѕродолж.
работы,
Ќаиболее раннее
врем€
Ќаиболее позднее
врем€
–езерв времени
(i,j)
дней
начала
окончани€
начала
окончани€
полный
свободн.
1,2
13
0
13
0
13
0
0
2,3
4
13
17
13
17
0
0
3,4
2
17
19
17
19
0
0
4,5
1
19
20
19
20
0
0
5,6
8
20
28
20
28
0
0
6,7
4
28
32
28
32
0
0
7,8
2
32
34
33
35
1
0
7,13
3
32
35
32
35
0
0
8,9
2
34
36
35
37
1
0
9,10
6
36
42
37
43
1
0
10,11
2
42
44
46
48
4
0
10,12
12
42
54
60
72
18
1
10,15
3
42
45
43
46
1
4
11,16
4
44
48
48
52
4
18
12,17
3
54
57
72
75
18
0
13,14
3
35
38
35
38
0
0
14,15
8
38
46
38
46
0
0
15,16
6
46
52
46
52
0
0
16,17
23
52
75
52
75
0
0
17,18
3
75
78
75
78
0
0
18,19
8
78
86
78
86
0
0
19,20
15
8
101
86
101
0
0
20,21
3
101
104
101
104
0
0
21,22
9
104
113
104
111
0
0
“.е. сетевой график необходимо оптимизировать:
—етевые графики наход€тс€ в ѕриложении.
6. ќхрана труда и экологическа€ безопасность
6.1. “–≈Ѕќ¬јЌ»я   ѕ≈–—ќЌјЋ” ѕ–» ќЅ—Ћ”∆»¬јЌ»» » –≈√Ћјћ≈Ќ“Ќџ’
–јЅќ“ј’ Ќј ќЅќ–”ƒќ¬јЌ»» Ќј’ќƒяў»ћ—я ѕќƒ ¬џ—ќ »ћ
Ќјѕ–я∆≈Ќ»≈ћ.
ќбслуживание должен выполн€ть технический персонал, подготовленный по
данной специальности, знающий конструкцию, особенности и правила эксплуатации
конкретного издели€, примен€емого стендового оборудовани€, контрольноЦ
измерительной аппаратуры, регламент технического обслуживани€, технологические
указани€, руковод€щие документ по этому оборудованию, допущенный к
обслуживанию и несущий ответственность за качество выполн€емых работ.
“ехническое обслуживание оборудовани€ выполн€етс€ в специализированных
лаборатори€х (цехах) с применением необходимого оборудовани€, контрольно
измерительной аппаратуры, исправного инструмента и при соблюдении правил
техники безопасности.
1. —редства транспортировки блоков должны исключать возможность их
повреждени€. Ќа штепсельных разъемах и открытых фланцах волноводов должны
быть устоновлены технологические заглушки, чтобы в них не попали посторонние
предмет.
2. ¬ случае замены блока (узла, детали) и перед установкой проверить:
Ц соответствие наименований, маркировки и схемных (чертежных) номеров блоков
(узлов, деталей) номиналам (назначению);
Ц выполнение доработок по бюллетен€м и другой документации;
Ц срок служб (срок хранени€) блока, узла, детали;
Ц удалены ли консервирующа€ смазка и убедитьс€ в отсутствии повреждений,
загр€знений;
Ц соответствие номера блока (узла) номеру, указанному в паспорте, в котором
должны быть указаны дата установки (сн€ти€) блока, узла и причина замен на новый
(исправный).
3. Ќорма времени н техническое обслуживание определ€етс€ на месте с учетом
оснащенности рабочих мест и квалификации специалистов.
4. »нженер лаборатории несЄт ответственность за своевременную проверку
стендового оборудовани€ и контрольноЦизмерительной аппаратуры, производит
выборочный контроль:
Ц выполнение насто€щих указаний исполнител€ми и вторичную приемку работ
после обслуживани€;
Ц оформление документации на выполнение работ.
ќ“  осуществл€ет выборочный контроль качества технического обслуживани€
издели€ в лаборатории, оформление технической документации и своевременной
госпроверки  ѕј.
5. ¬се изменени€ и дополнени€, внесенные в технологиеские указани€, отмечаютс€
в листе учета изменений и дополнений.
6. ќсновные требовани€ к помещению и оборудованию лаборатории, а так же
основные требовани€ техники безопасности следующие:
Ц помещение лаборатории должно быть сухим, светлым, вентилируемым и чистым,
с посто€нной температурой 20???;
Ц размещение проверочных стендов и другого оборудовани€ должно обеспечивать
удобство, безопасность работ, а также исключать возможность облучени€ рабочих
мест;
Ц работа, св€занна€ с чисткой, промывкой и сушкой аппаратуры, должна
выполн€тьс€ на специально оборудованных местах с выт€жной вентил€цией;
Ц источники электроэнергии должны размещатьс€ в специально оборудованных
отдельных помещени€х (узлах питани€), доступ в которые разрешаетс€ только лицам,
имеющим допуск к данной работе;
Ц рабочие места должны быть снабжены рационально и гигиенично устроенными
стуль€ми с регулируемыми (по росту работающего) сидени€ми;
Ц у стенда на полу, где провер€етс€ радиоаппаратура, должен быть проверенный
резиновый коврик размером 75?75 см;
Ц корпус стенда и аппаратуры должны быть надежно заземлены;
Ц загромождение производственных помещений, проходов и рабочих мест
аппаратурой, предназначенной дл€ проверки, запрещаетс€;
Ц лаборатори€ должна быть снабжена шкафами или специальнми устройствами дл€
хранени€ чертежей, описаний, приспособлений, инструмента и т.п.;
Ц рабочие места должны быть оборудованы местным освещением дополнительно к
общему (в одном помещении допускаетс€ совместное использование источников
света с различным спектром, но при условии, отграничивающем возможность
образовани€ бликов на рабочих поверхност€х);
Ц работа аппаратуры (изделий) с открытыми кожухами разрешаетс€ только на
врем€, необходимое дл€ таких регулировок и вы€влени€ неисправностей, которые
невозможны при закрытых защитных устройствах;
Ц работа с приборами, схемами и издели€ми наход€щимс€ под опасным
напр€жением, должна производитьс€ об€зательно в присутствии не менее двух
работников, один из которых Ц старший;
Ц технический состав должен уметь оказать первую помощь при ожогах и
поражени€х электрическим током;
Ц в лаборатории (цехах) об€зательно должна быть аптека с необходимым
минимумом медикаментов;
Ц технический состав должен знать и помнить, что напр€жение выше 40 ¬ опасно
дл€ жизни и что устран€ть неисправности в аппаратуре, наход€щейс€ под
напр€жением, запрещаетс€;
Ц стендовое оборудование и измерительные установки должны быть обслужен и
проверены согласно регламенту с соответствующей записью в формул€ре;
Ц к выполнению работ по техническому обслуживанию допускаютс€ лица,
прошедшие подготовку по технике безопасности и сдавшие зачеты в соответствии с
правилами техники безопасности.
7.  онтрольноЦизмерительна€ аппаратура должна быть исправна и своевременно
проверена в лаборатории стандартов мер и измерительных приборов согласно
существующему положению.
6.2. ќ’–јЌј “–”ƒј ¬ ѕќћ≈ў≈Ќ»я’ — “≈’Ќ»„≈— »ћ ћ» –ќ Ћ»ћј“ќћ.
6.2.1. ќбща€ характеристика технологического микроклимата в помещении и его
вли€ние на организм работающих.
ћикроклимат производственных помещений Ц это климат внутренней среды
помещений, определ€емый действующими на организм человека сочетани€ми
температуры, влажности и скорости движени€ воздуха, а также температуры
окружающих поверхностей.  роме этих параметров €вл€ющихс€ основными, не
следует забывать об атмосферном давлении. ∆изнеде€тельность человека может
походить в довольно широком диапазоне давлений 734Ц1267 гѕа (550Ц950 мм рт. ст.).
ќднако здесь необходимо учитывать, что дл€ здоровь€ человека опасно быстрое
изменение давлени€, а не сама величина этого давлени€.
ћежду организмом человека и внешней средой происходит непрерывный
процесс теплового обмена, состо€щий в передаче вырабатываемого организмом тепла
в окружающую среду. ѕри этом следует учесть, что независимо от условий
окружающей среды температура тела сохран€етс€ посто€нной на уровне
36.6Ц37 ?—. Ёто €вление называетс€ терморегул€цией.
ƒлительное воздействие на человека неблагопри€тных метеорологических
условий резко ухудшает его самочувствие, снижает производительность труда и часто
приводит к заболевани€м.
ѕри высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды
расшир€ютс€, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и
теплоотдача в окружающую среду значительно увеличиваетс€. ќднако при
температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудовани€ и помещений 30Ц
35.5 ?— отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращаетс€. ѕри
более высокой температуре воздуха больша€ часть теплоты отдаетс€ путем испарени€
с поверхности кожи. ¬ этих услови€х организм тер€ет определенное количество
влаги, а вместе с ней и соли, играющие важную роль в жизнеде€тельности организма.
ѕри воздействии высокой температуры воздуха возможен перегрев организма,
который характеризуетс€ повышением температуры тела, обильным потоотделением,
учащением пульса и дыхани€, резкой слабостью, головокружением, а в т€желых
случа€х Ц по€влением судорог и возникновением теплового удара. ќсобенно
неблагопри€тные услови€ возникают в том случае, когда нар€ду с высокой
температурой в помещении наблюдаетс€ повышенна€ влажность, ускор€юща€
возникновение перегрева организма.
¬лажность воздуха оказывает большое вли€ние на терморегул€цию организма.
ѕовышенна€ влажность (более 80 %) затрудн€ет терморегул€цию изЦза снижени€
испарени€ пота, а слишком низка€ влажность (менее 20 %) вызывает ощущение
сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей, ухудшение самочувстви€ и
снижение работоспособности.
ƒвижение воздуха в помещени€х €вл€етс€ важным фактором, вли€ющим на
тепловое самочувствие человека. ¬ жарком помещении движение воздуха
способствует увеличению отдачи теплоты организмом и улучшает его состо€ние, но
оказывает неблагопри€тное воздействие при низкой температуре воздуха в холодный
период года.
ѕри понижении температуры окружающего воздуха реакци€ человека организма
ина€: кровеносные сосуды сужаютс€, приток крови к поверхности тела замедл€етс€, и
отдача теплоты конвекцией и излучением уменьшаетс€. “аким образом, дл€ теплового
самочувстви€ человека важно определенное сочетание температуры, относительной
влажности и скорости движени€ воздуха в рабочей зоне.
Ќизка€ температура воздуха может вызвать местное и общее охлаждение
организма, стать причиной простудного заболевани€ или обморожени€.
6.2.2. Ќормативные санитарноЦгигиенические параметры среды, средства и методы
их обеспечени€ при организации технологического микроклимата
ѕри нормировании микроклимата учитываютс€ оптимальные и допустимые
услови€. ќптимальные микроклиматические услови€ характеризуютс€ сочетанием
параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии
на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового
состо€ни€ организма без напр€жени€ реакций терморегул€ции. ќни обеспечивают
ощущение теплового комфорта и создают предпосылки дл€ высокого уровн€
работоспособности. ƒопустимые микроклиматические услови€ характеризуютс€
сочетанием параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом
воздействии на человека могут вызвать переход€щие и быстро нормализующиес€
изменени€ функционального и теплового состо€ни€ организма и напр€жение реакций
терморегул€ции, не выход€щие за пределы физиологических приспособительных
возможностей. ѕри этом не возникает повреждений или нарушений состо€ни€
здоровь€, но могут наблюдатьс€ дискомфортные теплоощущени€, ухудшение
самочувстви€ и понижение работоспособности.
ƒл€ рабочей зоны помещени€ устанавливаютс€ оптимальные и допустимые
микроклиматические услови€, при выборе которых учитываютс€:
1) врем€ года Ц холодный и переходной периоды со среднесуточной температурой
наружного воздуха ниже +10 ?—; теплый период с температурой +10 ?— и выше;
2) категори€ работы;
все работы по т€жести подраздел€ютс€ на категории:
а) легкие физические работы с энергозатратами до 172 ƒж/с;
б) физические работы средней т€жести с энергозатратами 172Ц293
ƒж/с;
в) т€желые физические работы с энергозатратами более 293 ƒж/с;
3) характеристика помещений по избыткам €вной теплоты. ¬се производственные
помещени€ дел€тс€ на помещени€:
а) с незначительными избытками €вной теплоты, приход€щимис€ на
один кубический метр объема помещени€, 23.2 ƒж/( х c) и менее;
б) со значительными избытками Ц более 23.2 ƒж/( х c).
явна€ теплотаЦ теплота, поступающа€ в рабочее помещение от оборудовани€,
отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников, а так же в
результате солнечной реакции.
¬ таблице 6 приведены оптимальные значени€ параметров микроклимата в рабочей
зоне, в таблице 7 приведены допустимые значени€ параметров в холодный и
переходной периоды года.
“ребуемое состо€ние воздуха рабочей зоны может быть обеспечено выполнением
определенных меропри€тий, к основным из которых относ€тс€:
1. ћеханизаци€ и автоматизаци€ производственных процессов, и дистанционное
управление ими.
2. ѕрименение технологических процессов и оборудовани€, исключающих
образование вредных веществ или попадани€ их в рабочую зону.
3. «ащита от источников теплового излучени€. Ёто важно дл€ снижени€
температуры воздуха в помещении и теплового облучени€ работающих.
4. ”стройство вентил€ции и отоплени€.
5. ѕрименение средств индивидуальной защиты.
“аблица 6 ќптимальное значение параметров микроклимата в рабочей зоне
ѕ≈–»ќƒ √ќƒј
 ј“≈√ќ–»я
–јЅќ“
“≈ћѕ≈–ј“”–
ј,?—
ќ“Ќќ—»“≈Ћ№
Ќјя
¬Ћј∆Ќќ—“№,
%
— ќ–ќ—“№
ƒ¬»∆≈Ќ»я
¬ќ«ƒ”’ј,
ћ/—, Ќ≈
ЅќЋ≈≈
’ќЋќƒЌџ…
» ѕ≈–≈’ќƒ-
Ќџ…
Ћ≈√ јя I
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIа
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIЅ
“я∆≈Ћјя III
20Ц23
18Ц20
17Ц19
16Ц18
60Ц40
60Ц40
60Ц40
60Ц40
0.2
0.2
0.3
0.3
“≈ѕЋџ…
Ћ≈√ јя I
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIа
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIЅ
“я∆≈Ћјя III
22Ц25
21Ц23
20Ц22
18Ц21
60Ц40
60Ц40
60Ц40
60Ц40
0.2
0.3
0.4
0.5
“аблица 7 ƒопустимые значени€ параметров в холодное и переходное врем€
 ј“≈√ќ–»я
–јЅќ“
“≈ћѕ≈–ј“”-
–ј
¬ќ«ƒ”’ј,
?—
ќ“Ќќ—»“≈Ћ
№Ќјя
¬Ћј∆Ќќ—“№
¬ќ«ƒ”’ј,
%,
Ќ≈ ЅќЋ≈≈
— ќ–ќ—“№
ƒ¬»∆≈Ќ»я,
¬ќ«ƒ”’ј
ћ/—, Ќ≈
ЅќЋ≈≈
“≈ћѕ≈–ј“”-
–ј
¬ќ«ƒ”’ј
¬Ќ≈
ѕќ—“ќяЌЌ-
џ’
–јЅќ„»’
ћ≈—“, ?—
Ћ≈√ јя I
19Ц25
75
0.2
15Ц26
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIа
17Ц23
75
0.3
13Ц24
—–≈ƒЌ≈…
“я∆≈—“» IIЅ
15Ц21
75
0.4
13Ц24
“я∆≈Ћјя
13Ц19
75
0.5
12Ц19
¬ентил€ци€ €вл€етс€ наиболее эффективным средством дл€ снижени€
концентрации вредных веществ (газов, паров, пыли), а так же снижение тепла и влаги
после совершенствовани€ технологического процесса и оборудовани€. ќсновное
назначение вентил€ции Ц осуществление воздухообмена, обеспечивающего удаление
из рабочего помещени€ загр€зненного или перегретого воздуха и подачи чистого
воздуха.
ѕо способу осуществлени€ воздухообмена вентил€цию раздел€ют на
естественную искусственную. ≈стественна€ вентил€ци€ осуществл€етс€ за счет
разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха или действие ветра.
≈стественна€ вентил€ци€ может быть неорганизованной и организованной.
Ќеорганизованна€ вентил€ци€ обеспечивает воздухообмен за счет форточек, фрамуг,
дверей. ќрганизованна€ вентил€ци€ поддаетс€ регулировке и осуществл€етс€ за счет
аэрации и дефлекторов.
јэраци€ €вл€етс€ средством борьбы с избыточным тепловыделением в гор€чих
цехах и участках. ƒефлекторы примен€ютс€ дл€ удалени€ загр€зненного или
перегретого воздуха из помещений небольшого объема, а также дл€ местной
вентил€ции.
ћеханическа€ вентил€ци€ может быть приточной, выт€жной и приточноЦ
выт€жной, а по месту действи€ общеобменной и местной.
ќбщеобменна€ вентил€ци€ предназначена дл€ обмена воздуха всего помещени€
и способствует удалению вредных веществ, выдел€ющихс€ равномерно и по всему
помещению. ѕриточна€ вентил€ци€ служит дл€ подачи в рабочее помещение чистого
наружного воздуха, выт€жна€ Ц дл€ удалени€ загр€зненного воздуха. ћестна€
вентил€ци€ предназначена дл€ удалени€ вредных веществ непосредственно в месте их
образовани€.
ѕриточный и удал€емый воздух подвергаетс€ обработке Ц нагреву и
охлаждению, увлажнению и очистке от загр€знений. ѕодогрев воздуха
осуществл€етс€ калориферами, охлаждение воздуха осуществл€етс€ пропусканием
его через оросительную камеру.
ƒл€ очистки воздуха от пыли и других аэрозолей примен€ютс€
пылеосадительные камеры, циклоны, масл€ные, матерчатые и слоистые фильтры,
электрические фильтры.
ƒл€ автоматического поддержани€ в производственных помещени€х
оптимальных величин температуры, чистоты, влажности и скорости движени€
воздуха независимо от наружных метеорологических условий примен€ютс€
специальные установки Ц кондиционеры.
ƒл€ поддержани€ в помещении в холодное врем€ года нормальной температуры
воздуха примен€етс€ отопление. Ќаиболее эффективны в санитарноЦгигиеническом
отношении системы вод€ного отоплени€.
«аключение
¬ данном дипломном проекте разработано устройство синхронизации шкал
времени удалЄнных пунктов по сигналам Ђ√лонасс".
—инхронизаци€ излучени€ всех радионавигационных средств с помощью
данного устройства будет способна объединить частные радионавигационные пол€ в
≈диное радионавигационное поле, что позволит более гибко предоставл€ть
навигационно-временное обеспечение различным потребител€м в необходимых
районах.
¬ первой главе дипломного проекта был произведен обзор и анализ различных
литературных источников. ¬ ней даны краткие сведени€ о спутниковых
навигационных системах, возможности решени€ задачи согласовани€ шкал времени,
методах сверки и коррекции Ў¬. –езультатом выполнени€ этой главы €вилась
систематизаци€ знаний в данной области. —тали чЄтко пон€тными задачи дипломного
проекта.
¬о второй главе был выбран наиболее подход€щий дл€ поставленной задачи
метод. “аким способом €вл€етс€ способ синхронизации который заключаетс€ в
независимой работе синхронизируемых пунктов по Ќ»—« ——–Ќ—. ѕри этом каждый
из синхронизируемых пунктов независимо свер€ет свою Ў¬ — Ў¬ сети Ќ»—«
определ€ет поправку и корректирует свою Ў¬ на размер этой поправки. ќчевидно
что, после проведени€ сеансов сверки в пунктах Ў¬ каждого из них оказываютс€
прив€занными к шкале времени Ќ»—«.
ѕодверглись рассмотрению различные виды аппаратуры потребител€ системы
Ђ√лонассї.
Ѕыла проанализирована и выбрана структурна€ схема. ƒл€ вычислени€ поправки
к Ў¬ Ё„ как наиболее удовлетвор€ющий современным тенденци€м области
проектировани€ устройств цифровой обработки информации использован
микропроцессорный элемент. “ем самым обеспечена гибкость разработанного
устройства по отношению к изменени€м в его структуре (например, изменение
алгоритма вычислени€), уменьшитс€ количество примен€емых элементов, снизитс€
стоимость разработки на этапе проектировани€ и внедрени€, повыс€тс€
характеристики по точности и быстродействию.
ƒалее была разработана функциональна€ схема. Ѕыли выбраны микропроцессор,
ќ«”, ѕ«” и другие узлы. ƒалее был разработан алгоритм работы устройства.
¬сЄ это позволило произвести синтез принципиальной схемы.
¬ третьей главе приведен электрический расчет принципиальной схемы
устройства вторичного питани€ дл€ обеспечени€ работоспособности разработанного
устройства.
¬ четвЄртой главе рассмотрен конструктивный расчет и разработан корпус
издели€.
¬ следующей главе произведен расчет себестоимости научно?исследовательской
работы, построен сетевой график, сетевой график с
прив€зкой ко времени и дано обоснование дипломного проекта с экономической
точки зрени€.
ѕоследн€€ глава посв€щена вопросам охраны труда и экологической
безопасности, как не отъемлющей части любого производства.
Ќа основании вышеизложенного можно утверждать, что задание на дипломный
проект выполнено Ц разработано устройство коррекции шкал времени разнесЄнных
навигационных пунктов по сигналам ——–Ќ— Ђ√лонассї.
Ћитература
1. Ќосенко ј.ј. —етевые методы методы планировани€ Ќ»– и ќ –. ћетодическое
пособие по дипломному проектированию (дл€ студентов всех специальностей).
2. ≈лецких “.¬., Ћитвинович  .–. и др. ћетодические указани€ к практическим
зан€ти€м по курсу ЂЁкономика предпри€ти€ї. ћинск: Ѕ√”»–, 1996, 100с.
3. ћетодические указани€ к лабораторным работам по курсу ЂЁкономика
предпри€ти€ї дл€ студентов радиотехнических специальностей. ѕод редакцией
≈лецких “.¬. ћинск: Ѕ√”»–, 1996, 100с.
4. ≈лецких “.¬., јфитов Ё.ј. и др. ћетодические указани€ по технико-
экономическому обоснованию дипломных проектов. ћинск: Ѕ√”»–, 1996, 122с.
5. “ехнологические указани€ по выполнению регламентных работ и проверке на
соответствие нормам основных технических параметров. ? ћ.: ¬оздушный
транспорт, 1978г.
6. ѕод ред. Ўебшаевич ¬.—. —етевые спутниковые радионавигационные системы. Ц 2-
е изд., перераб. и доп.Ц ћ.: –адио и св€зь, 1993.Ц —. 235-240.
7. ћЄллер  . “еори€ относительности: ѕер. с англ./ ѕод ред. ƒ. ƒ. »ваненко.Ц ћ.:
јтомиздат, 1975.Ц 400 с.
8. „уров ≈.ѕ. —путниковые системы радионавигации. ? ћ.: —оветское радио, 1977г.
9.  узенков ¬. ƒ. —путниковые системы радионавигации. ?  уйбышев:
 уйбышевский авиационный институт, 1987г.
10. √ражданской јвиации. ? ћ.: “ранспорт,1983г.
11. ћикропроцессоры. —редства сопр€жени€.  онтролирующие и информационно-
управл€ющие системы. /¬ернер ¬. ƒ., ¬оробьев Ќ. ¬. и др.; ѕод ред. ѕреснухина Ћ.
Ќ. ? ћинск : ¬ыш. шк.,1987г.
12. ѕроектирование цифровых систем на комплектах микро программируемых Ѕ»—.
/ѕод ред.  олесникова. ¬. √. ? ћ.: –адио и св€зь, 1984г.
13. ќднокристальные микроЁ¬ћ. —правочник. ? ћ.: ћ» јѕ, 1994г.
14. Ћебедев ќ.Ќ. и др. »здели€ электронной техники. ћикросхемы пам€ти. ? ћ.:
–адио и св€зь, 1994г.
15. —основский ј.ј. јвиационна€ радионавигаци€. —правочник. ? ћ.: “ранспорт,
1990г.
16.  инкулькин ».≈., –убцов ¬.ƒ., ‘абрик ћ.ј. ‘азовый метод определени€
координат. ? ћ.: —оветское радио,1977г.
17. ќл€нюк ѕ.¬., јстафьев √.ѕ., √рачев ¬.¬. –адионавигационные устройства и
системы Ћогические »—  –1533,  –1554. —правочник. ? ћ.: Ѕином, 1993г.
18. »нтегральные микросхемы: ћикросхемы дл€ телевидени€ и видеотехники. ? ћ.:
ƒќƒЁ ј, 1995г.
19. ‘ункциональные устройства на микросхемах / ѕод ред. Ќайдерова ¬.«. ? ћ.: –адио
и св€зь, 1985г.
20. Ѕулычев ј.Ћ. јналоговые интегральные схемы. ? ћинск: Ѕеларусь, 1994г.
21.  исл€рский ≈.≈. —правочник по полупроводниковым приборам. ? —имферополь:
—ерафима, 1996г.
22. јнализ и расчет интегральных схем. „асть 1. ѕод ред. Ћинна ј. и др.. ѕеревод с
английского под ред. ≈рмолаева Ѕ. ». ? ћ.: ћир, 1969г.
23. ≈лецких “.¬., јфитов Ё.ј. и др. ћетодические указани€ по
технико?экономическому обоснованию дипломных проектов. ? ћинск: Ѕ√”»–,
1996г.
24.  омпоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры. ѕод ред. ¬ысоцкого
Ѕ.‘. и др. ? ћ.: –адио и св€зь, 1982г.
25. Ѕондаренко ќ.≈., ‘едотов Ћ.ћ.,  онструктивно?технологическа€ основа
проектировани€ микросборок. ? ћ.: –адио и св€зь, 1988г.
26. јнализ и расчет интегральных схем. „асть 2. ѕод ред. Ћинна ј. и др.. ѕеревод с
английского под ред. ≈рмолаева Ѕ. ». ? ћ.: ћир, 1969г.
27. √уськов √.я. ћонтаж микроэлектронной аппаратуры. ? ћ.: –адио и св€зь, 1986г.
28. Ћебедев ќ.“.  онструирование и расчет электронной аппаратуры на основе
интегральных микросхем. ? Ћ.: ћашиностроение, 1976г.
29. Ќосенко ј.ј. —етевые методы планировани€ Ќ»– и ќ –. ћетодическое пособие
по дипломному проектированию (дл€ студентов всех специальностей). ? ћинск:
Ѕ√”»–, 1992г.
30. ≈лецких “.¬., Ћитвинович  .–. и др. ћетодические указани€ к практическим
зан€ти€м по курсу ЂЁкономика предпри€ти€ї. ? ћинск: Ѕ√”»–, 1996г.
31. ћетодические указани€ к лабораторным работам по курсу ЂЁкономика
предпри€ти€ї дл€ студентов радиотехнических специальностей. ѕод редакцией
≈лецких “.¬. ? ћинск: Ѕ√”»–, 1996г.
32. Ќечаев ».ј.  онструирование на логических элементах цифровых микросхем. ?
ћ.: –адио и св€зь, 1993г.
33.  онструирование функциональных узлов Ё¬ћ на интегральных микросхемах /
ѕод ред. ≈рмолаева. Ц ћ.: —ов. радио, 1978
ѕриложение
86