Анализ и синтез моделей и алгоритмов классической и компьютерной диагностики и идентификации радиотехнических и электротехнических систем подвижных объектов

Приведены оценки физических, электрических и конструктивно-технологических параметров и процессов в аппаратуре ПО в зависимости от условий их производства и эксплуатации. По ряду изделий разработаны сертификационные нормы, вошедшие в сертификат качества РТС и ЭТС Польши. Разработан ряд РТС и радиофизических систем (РФС) и приборов, используемых как для проведения исследований, так и в качестве макетов для последующего производства.

Выработаны рекомендации по расчёту и выбору сочетаний параметров РТС и ЭТС избранных классов современных ПО, оптимальных с точки зрения адекватности методов их описания и проектирования, производства и эксплуатации. Обращено внимание на проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) различных классов РТС и ЭТС для ПО.

Проведённые расчёты, лабораторные исследования и макетирование ряда устройств систем сверх быстрой обработки информации (ССОИ), функционирующих непосредственно на частотах радиосигнала в диапазонах сверхи крайне высоких частот (СВЧ и КВЧ), убедительно показало, что наибольшей устойчивостью и радиационной стойкостью обладают ССОИ, СВЧ и (или) КВЧ блоки которых выполнены на объёмных (трёхмерных) интегральных схемах (ОИС)1. К этим системам относятся радиоприёмные устройства ПО для средств. радиосвязи, локации, навигации, радиоразведки, управления оружием и военной техникой как во время Второй мировой войны, так и последующих локальных военных конфликтов. Одновременно эти ССОИ оказались эффективными для целей обеспечения скрытости от радиоразведки и сохранения работоспособности «своих» ССОИ в условиях активных радиопомех как санкционированных, так и несанкционированных (например, от систем зажигания, генераторов, преобразователей и иных ЭТС, помех от промышленных установок и объектов и мн.др.).

Разработаны пакеты прикладных программ (ППП), реализующие процессы анализа и оптимизации классической и компьютерной диагностики и идентификации ЭТС и РТС для ПО.' На Западе и Востоке объёмные инетгральные схемы (ОИС) назывются Three Dimensional Integrated Circuits (TDIC's).

Разработаны пакеты прикладных программ (ППП), реализующие процессы анализа и оптимизации классической и компьютерной диагностики и идентификации ЭТС и ТРС для ПО.

Спроектирован ряд радиофизических приборов КВЧ (и, в частности, для медико-технических применений) проведено их макетирование (до уровня действующих лабораторных макетов), диагностика и идентификация по разработанным в работе методам. На этих макетах в России в Тульском НИИ новых медицинских технологий получен ряд интересных экспериментальных результатов по изучению процессов взаимодействия электромагнитных с живыми средами и организмами.

Большое внимание уделено методологической стороне рассматриваемых проблем с тем, чтобы результаты проведенных исследований и разработок могли быть использованы в учебном процессе в ВУЗ’ах Польши.

Автор признателен и выражает благодарность профессору М. Грживачес-вки (Кильце), профессору Е. И. Нефёдову (Москва), профессору А. И. Ястребову (Кельце) и профессору A.A. Яшину за полезные советы и конструктивную критику.

Выражаю глубокую признательность руководителю кафедры «Энергоэлектроника» Свентокшиского политехнического института (г. Кельце) профессору Е. Поплавскому и коллективу этой кафедры и лаборатории «Электротехника подвижных объектов», а также коллективам института автомобильного транспорта (г. Варшава) и НИИ новых медицинских технологий (г. Тула) за внимание и помощь в работе.

Список использованных сокращений (аббревиатур)АРССАРАУАУРПАФАРАЧХАЩАЭБР1СБТВ БТП БЭБЭИ ВАХВДРВДФЗСВПЛ ВТвчвщивщлгдптисДВдисДМдомдр дсдэжлжвжлкивэпидквквч1(3кк кл кндавторегрессия и скользящее среднее (процесса) антенная решётка антенное устройствоактивное устройство с распределенными параметрамиактивная фазированная антенная решеткаамплитудно-частотная характеристикаантенна щелеваяактивный элементбольшая интегральная схемабестрансформаторный входбестрансформаторный преобразовательбазовый элементбиоэнергоинформатикавольт-амперная характеристикаволноводно-диэлектрический резонаторволноводно-диэлектрический фильтр с запредельнымисвязямиволноводно-полосковая линия вычислительная техника высокие частоты волноводно-щелевой излучатель волноводно-щелевая линия гибкая диэлектрическая плата гибридная интегральная схема диэлектрический волновод диэлектрическая интегральная схема делитель мощности диаграммо — образующая матрица диэлектрический резонатор диэлектрический слойдиффузионно-эпитаксиальная желобковая линия желобковый волновод жидкая проводящая композиция источник вторичного электропитания информационный датчикконструктивный волновод, копланарный волноводкрайне высокие частотыкороткое замыканиеколебательный контуркопланариая линиякремний на диэлектрикеКП конформное преобразованиеКО конформное отображениеКЭ ключевые элементыЛП линия передачиЛПВ линия поверхностной волныМДП металло-диэлектрическая подложкаММ математическая модель, миллиметровые (волны)ММД миллиметровый диапазонМО модель ОлинераМП В микрополосковый вибраторМПЖЛ микрололосковая желоб ко вая линияМПЛ микрополосковая линияМФМ многофункциональный модульМФУ многофункциональный узелМЧО метод частичных областейМЭУ микроэлектронное устройствоНПЛ несимметричная полосковая линиНЧ низкие частотыНЩЛ несимметричная щелевая линияНЭ навесной элементОМРАК объёмная мозаика резонаторов с активными кристалламиОПСВС объёмный переход с сохранением (постоянного)волнового сопротивленияПВ плоский волновод, поверхностная волнаПЛ полосковая линияПО подвижный объектПП полосковая платаППП полупроводниковый приборПУДДС плотная упаковка диэлектрических иполупроводниковых слоевПЭ пленочный элементРДЛ рёберно-диэлектрическая линияРДОС ребёрно-диэлектрическая объёмная структураРДС рёберно-диэлектричеокая структураРДЯ рёберно-диэлектрическая ячейкаРПИ Радомский политехнический институтРТА радиотехническая аппаратураРЭА радиоэлектронная аппаратураРЭУ радиоэлектронное устройствоСАПР система автоматизированного проектированияСВЧ сверх высокие частотыСИПЛ сдвоенная несимметричная полосковая линияСОИ система обработки информацииСПИ Свентокшиский политехнический институтсил симметричная полосковая линияссои система сверх быстрой обработки информациисщл симметричная щелевая линиятип токонесущий полосковый проводникУБВ усилитель бегущей волныФАР антенная решётка фазированнаяФП физический предел, фундаментальный пределФТМ физико-топологическая модельФУ функциональный узелФФО фундаментальные физические ограниченияним частотно-импульсная модуляцияшдм широкополосный делитель мощностишим широтно-импульсная модуляцияэмв электромагнитная волнаЭМИ электромагнитное излучениеэсм экранный слой металлаЭТУ электротехническое устройствоВВЕДЕНИЕВ.1.

Введение

в проблематику исследованийВ связи с резким изменением в последние годы политической обстановки в Польше, перехода к капитализму, вступлением в НАТО и т. п. катастрофически сократились ассигнования из федерального бюджета на фундаментельную и прикладную науку и технику. В особенности это коснулось наукоёмких производств таких как радиотехника (радиоэлектроника), электротехника, связь, навигация, локация, судостроение (морское и речное), особенно характерное для Польши в прошлом и т. д. Раньше, когда Польша ещё входила в Варшавский Договор, эти отрасли промышленности и производства и направления науки и техники, обслуживающие их интенсивно работали и над сиюминутными потребностями, и над проблемами, представляющими интерес для будущего. Такими направлениями были электротехника и средства связи, навигации, радиолокации и др. системы обработки информации (СОИ) и системы сверх быстрой обработки информации (ССОИ) [РЭНД и др]. За годы переделки социализма в капитализм полностью закрылись или (по крайней необходимости) перешли на производство ненаукоёмкой продукции такие отрасли польской промышленности как электротехническая, электронная, радиотехническая, судостроительная, авиационная и мн. др.

Однако, очевидно было всегда, а теперь стопроцентно ясно, что такое положение противоречит национальным интересам польского государства и польского народа и ситуация требует коренного изменения взглядов и руководителей, и исполнителей всех уровней в государстве. Начинать, естественно, нужно с изменения отношения к науке, научным фундаментальным и прикладным исследованиям и разработкам. В течении многих лет и десятилетий в Свентошинском (г. Кельце) и Радомском политехнических институтах, институте автомобильного транспорта в Варшаве и ряде других институтов и промышленных предприятий проводились разработки электротехнического, радиотехнического и, отчасти, радиофизического оборудования для широкого класса подвижных объектов самого разнообразного назначения и разных диапазонов электромагнитных волн.

В последние годы проводились совместные исследования с рядом российских научных организаций, в частности с Институтом радиотехники и электроники РАН, НИИ новых медицинских технологий и др.

В результате этих исследований и разработок, внедрения научных достижений в практику были получены интересные с научной и практической точек зрения результаты. К ним, в первую очередь, относятся исследования в области разработок методов и алгоритмов классической и компьютерной диагностики, математического и физического моделирования иидентификации и сертификации непрерывных и дискретных систем управляющих сигналов. Эти работы позволили создать соответствующие пакеты прикладных программ (ППП) для конкретных электротехнических и радиотехнических систем с преимущественным применением на подвижных объектах и в сложных условиях эксплуатации. В последние годы началась разработка малогабаритной радиотехнической и радиофизической аппаратуры СВЧ и КВЧ диапазонов электромагнитных волн.

В определённой степени эти достижения просуммированы в настоящей работе. Сюда же вошли новые результаты, полученные в последние годы и намечены определённые перспективы на ближайшее и более отдалённое будущее. Движителем этого явилось осознание того факта, что истинный суверинитет любого государства зависит, в первую голову, от наличия в нём эффективных и конкурентноспособных СОИ и ССОИ.

В.1.1. Сертификация. Автор диссертации в течении ряда заведует лабораторией «Электротехника подвижных объектов» (далее именуется как Лаборатория) кафедры «Энергоэлектроника» Свентошинского политехнического института (СПИ) в г. Кельце (Польша). Основным направлением деятельности Лаборатории является сертификация электрического, электронного и радиотехнического оборудования подвижных объектов (ПО) самого разного назначения и областей эксплуатации. Общее количество элементов и частей оборудования, подлежащих сертификации составляет более 30 и список этот непрерывно расширяется особенно с проблемами создания медико-технического оборудования в области сверх высоких и крайне высоких частот. В Польше имеется только три таких лаборатории, а в системе её Министерства высшего образования она вообще является единственной1. Клиентами лаборатории являются, в частности, многие важные автомобильные фирмы Польши и других стран Европы (Volkswagen, Audi, МКМ, Lucas (Швеция)). Техническая база и персонал Лаборатории, а также квалификация её персонала явились основой присвоения ей Сертификата № Л ! 7197 Польским центром «Исследований и сертификации» совместно с француским Центром сертификации «AFNOR» и немецким Центром «T[V». Лаборатория включена в структуры Польских исследовательских лабораторий «POLLAB" — которая является членом Европейской исследовательской организации «EuroLAB». Исследованияпроводимые в Лаборатории согласно Польским и международным процедурам, нормам ISO, явились необходимыми и достаточными условиями для присвоения Лаборатории знака «Б» (Безопастность). Этот знак дает право спроектированному и произведённому оборудованию вы1 Объём работ Лаборатории в год составляет около 250 тыс. злотых 60 тыс. дол. США). Заметим, что потенциальные возможности Лаборатории гораздо выше, однако современное положение не позволяет (надеемся, что только пока) реализовать наши большие возможности. ходить на Польский и Европейский рынки. Так, например, на польский рынок было выпущено около 150 сертификатов на ЭТС и РТС, продаваемых в Польше. Имеется ряд польских фирм, таких как «YANMOR» (сертифицированные Лабораторией кабели зажигания поставляются в Россию, на Украину, в Литву и в Чехию), «WABEX» (электрозаборы — в Австрию и Германию), «ZEM» (синхронные генераторы и стартёры — в Италию и Германию) и др.

Ряд западных фирм, таких как «Schlemmer» (Германия), &bdquo-МКМ" (Словакия-Германия), «INTRA» (Швеция), «Volkswagen» и «BOSCH» (Германия) и др. получили разрешение от Польского правительства для продажи своей продукции в Польше по выданным Лабораторией сертификатам.

В настоящее время быстрый рост новых технологий, а в связи с этим и новых производств, предъявляет повышенные требования к надежности и безопасности выпускаемых на рынок товаров, включая их экологическую чистоту и удовлетворение требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) электрических, электронных и радиотехнических (радиоэлектронных) систем каждого ПО. Проблемы надежности и безопасности, в свою очередь, тесно связаны с задачами ранней диагностики дефектов изделий (систем) на основе их известных симтомов[12]. Эта тематика в классическом понимании определяется диагностикой на реальных физических системах или объектах путем проведения, часто трудоемких и продолжительных по времени экспериментов (см. рис. В.1). А это, всё одно, ведёт к существенным финансовым затратам. Кроме того, имеются системы (например, атомные реакторы, металлургическое производство и мн.др.), проведение диагностики в «классическом» варианте на которых связано дополнительно с реальными угрозами жизни людей и оборудования.

Немаловажную и отрицательную роль при этом играет также факт, что часто необходимые переменные или параметры исследуемых систем недоступны для измерений [12]. измерений ряда важных параметров, играющих определяющую роль в их диагностикеЕЛ.2. Диагностика. Основой сертификации являются диагностические исследования (диагностика). В лаборатории «Электротехника ПО» для этих исследований имеется современная техническая база. Она включает в себя следующие стенды и оборудование: Рис. В. 1. Схема классической диагностики в общем видедля дигностики систем зажигания ПО, стенды для диагностики аккумуляторов, регуляторов напряжения, альтернаторов, распределителей напряжения [31−35,45] и т. д. Принципиальные схемы этих стендов и технические данные, а также результаты их работы содержатся в [31−36,-41].

Диагностика электронного и радиотехнического. объектов ПО проводится на стендах высокочастотного резонансного инвертора, преобразователей с частотным регулированием и с трансформаторной схемой, дискретным преобразованием напряжений, пьезоэлектрических преобразователей, а также источников вторичного питания на элементах функциональной электроники и др. Разработан ряд приборов и устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, таких как двухдиапазонная антенная решётка, генератор цифрового шума, аппарат для низкоэнергетической терапии, а также ряд модулей ССОИ на ОИС. Принципиальные схемы этих стендов и технические данные, а также результаты их работы содержатся в [72,84,105,115 117].

Исследования задач и проблем диагностики физических и технических объектов дают много информации о их техническом состоянии, однако требуют много времени на проведение исследований и соответствующих финансовых и людских затрат.

В.1.3. Математические модели и схема компьютерной диагностики (рис. В.2). Описанные элементы электрического и электронногооборудования ПО при их компьютерной дигностике, можно представить в виде удобных и эффективных математических моделей (ММ). Такие, например, ММ некоторых ЭТС, как системы зажигания, ММ аккумулятора, ММ динамического источника энергии представлены в работе, а также в [29,37,40,45,48,51,52,56, 58, 62] [зц2.

Аналогичные результаты имеются также и по электротехническим системам (ЭТС) и радиотехническим системам (РТС) ПО. Это ММ по упомянутым в предыдущем (В. 1.2) разделе стендам для ЭТС. Кроме того, большие усилия были направлены на создание ММ, алгоритмов и ППП по методике конструирования и проектирования линий переда (ЛП) для объёмных интегральных схем (ОИС) СВЧ и КВЧ, ЛП с поверхностными волнами и анизотропными средами и включениями. Эти ММ и алгоритмы позволили провести проектирование и изготовление действующих макетов и некоторых приборов (двухдиапазонной АР, генератора псевдослучайного сигнала, медико-технических устройств для низкоинтенсивной терапии и др.) (см. также [72,84,105,1 15−117]).

Разработка ММ элементов ЭТС и РТС, методов их диагностики, идентификации, разработки рекомендаций для проектирования и производства, в частности по проблемам учёта влияния производственно — технологических погрешностей на интегральные характеристики приборов стало возможным на основе развитых нами методов и алгоритмов компьютерного параметрического определения процессов авторегрессии и скользящего среднего (АРСС), рекурсивной идентификации дискретных и непрерывных стохастических систем и др. (пп. 1.1 — 1.4)Отмеченные только что обстоятельства привели нас в свой время к мысли об использовании для диагностики реальных объектов их ММ, реализованных в виде соответствующих компьютерных пакетов прикладных программ (ППП), и компьютерного моделирования для целей диагностики (в частности, по их характерным симптомам). Это сравнительно новая область использования вычислительной техники (ВТ), которая интенсивно развивается в последние годы. Такой подход к определению дефектов (в частности, к РТС и ЭТС для ПО) получил название диагностической идентификации. Основными элементами системы диагностической идентификации (СДИ), схематично представленной на рис. В.2, являются: математические модели (ММ): нормального процесса [61]- наблюдаемого процесса (объекта) [62], дефектного процесса [62,63], и методы: Разумеется, таких результатов в Лаборатории очень много и большинство из них вошло в Отчёты Лаборатории за многие годы.

Рис. В.2. Схема компьютерной диагностикиоценивания состояния процесса [63], параметров процесса [84], вычисления необходимых численных характеристик (критериев) [63,64], а также блоки: генерации ошибок [64,65], принятия решений о параметрах дефекта [67−69], диагностики дефектов [69] и др.

Приведенная схема системы диагностической идентификации (СДИ) реализована и исследована в работе на следующих элементах ЭТС и РТС, широко используемых в ПО самого разного класса: электронных выключателях переднего и заднего освещения [65], механизме работы очистителей стёкол [67,68], регуляторов генератора постоянного напряжения [63] и зажигания двигателя внутреннего сгорания [61,63], переключателя фаз зажигания [61,63], генератора ПО [62], аккумулятора [57] и пр.

Аналогично и для РЭС. Некоторые результаты изложены в работе и представлены в [72,84,105,115−117].

В.1.4. Математическая модель (ММ). Определение и подходы к её построению. Под ММ понимают любую (возможно более простую) математическую структуру, отражающую связь между физическими переменными моделируемого объекта. Примерами таких наиболее часто встречаемых структур являются: алгебраические, разностные, дифференциальные, интегральные, интегро-дифференциальные и иные уравнения и их системы. Верно, следует подчеркнуть, что ММ обычно не описывают точно поведение реального объекта, но значительно меньшие затраты, наглядность и возможности современных ЭВМ в определённой степени компенсирует недостаточную адекватность ММ реальной системе3. Всё это привело в настоящее время не только к активному использованию уже готовых ММ для конкретных систем, но и к постановке и решению самой проблемы построения ММ для заданных классов объектов на основе известной априорной информации. Этот раздел науки в настоящее время пользуется большим вниманием, привлекает интерес исследователей во многих странах и получил название идентификации систем. Постановке некоторых проблем первого этапа идентификации, а именно параметрической идентификации объектов и её возможному решению в значительной степени посвящена настоящая работа.

В зависимости от заданной априорной информации о системе, используемых классах моделей и целях, для которых строится данная модель, можно определить три следующих подхода к построению ММ: теоретический, базирующийся преимущественно на физических связях (законах) процесса, эмпирический, основанный на экспериментах на уже существующем «старом объекте» и, наконец, объединяющий оба направленияподход экспериментально-теоретический, являющийся разумной комбинацией первых двух путей.

Всюду в нашей работе используется наиболее естественный с практической и прикладной точек зрения — экспериментальнотеоретический подход, который обычно и называют идентификацией.' Здесь важно отметить отличительную черту русской школы электротехники, радиотехники и электродинамики, связанную с настоятельной рекомендацией учёным, инженерам, проектировщикам ЭТС, РТС и иной радиофизической аппаратуры понять, прежде всего, физическую суть проблемы и только тогда, когда она понята и исполнитель имеет ясное о том представление, молено приступать к составлению алгоритмов и программ, в частности для диагностики и идентификации приборов и оборудования [1].

В.1.5. Параметрическая идентификация. При таком подходе на основе априорной информации с точностью до вектора неизвестных параметров <2 определяется класс параметрических’моделей ¿-={М (0} и с помощью экспериментальной информации оцениваются неизвестные параметры. В работе, в основном, рассматриваются и исследуются параметрические модели. При этом важную роль играет цель, для которой создается ММ.

Важнейшие из них являются: получение достоверных и разнообразных данных об объекте, проверка (теоретических и практических) свойств процесса [47], синтез систем управления объектом [46],' прогнозирование поведения процесса и (или) некоторых (к примеру, определяющих) его характеристик на определенное будущее время [44], оптимизация (в определенном смысле) поведения объекта или выбор оптимальных параметров [52], вычисление значений переменных объекта, которые принципиально невозможно у него измерить [53] и, наконец, возможная и (или) необходимая и «естественная» комбинация описанных выше целей.

Следует также отметить (и далее в работе это подчеркивается подробнее), что параметрические модели могут быть подразделены на следующие классы [12,53]: динамические и статические [54], линейные и нелинейные [54], непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, с полной и неполной априорной информацией [12,54,84].

Существует несколько способов описания параметрических моделей. В работе будет, в основном, использоваться кибернетический метод, определяющий связь между входными и выходными переменными объекта. Есстественно, при таком описании необходимость учёта случайных погрешностей в описании как модели, так и измерений входной и выходной информации, которые везде в работе рассматриваются дискретными. При этом сразу же возникает проблема выбора эффективного критерия близости (эквивалентности) ММ и реального объекта, а следовательно (что особенно важно) и метод (или методов) оценивания вектора неизвестных параметров.

Всё сказанное, собственно, и определяет проблему параметрической идентификации из заданного класса моделей {М{0)} на основе информации /={и а, У&bdquo-, /V} о входных (и&bdquo-) и выходных (Уп) сигналах при экспериментально-теоретическом подходе для выбранных из описанных выше целей.

При этом возникают задачи определения идентифицируемости системы [56], решения о выборе непрерывной или дискретной параметрических моделей и шага дискретизации и её влияния на точность идентификации [12,56], а также выбора наиболее информативных входных сигналов, синтеза алгоритмов оценивания, оценки сходимости используемых алгоритмов параметрической идентификации [62] и, наконец, построение/и использование автоматической системы для собственно проведения процесса параметрической идентификации.

Для построения диагностических ММ мы используем, преимущественно, теоретико-экспериментальный теоретико-кибернетический подход, который основан на применении как известных физических законов для описания ММ, так и на экспериментальных данных, необходимых для оценки неизвестных параметров в теоретической модели. Анализируя схемы как классической, так и диагностической идентификации (рис. В.2), можно выделить следующие основные части теоретико-экспериментального подхода к построению системы диагностической идентификации (СДИ): эксперимент на реальном (без дефектов) объекте диагностики (измерение входных и выходных сигналов), теоретическое моделирование исследуемого объекта с целью получения его ММ с частично неизвестными параметрами и, наконец, идентификация неизвестных параметров теоретической ММ на основе выбранных критериев и алгоритмов оценивания.

Для решения проблемы диагностической идентификации и построения эффективной СДИ ЭТС и РТС для ПО предлагается алгоритм выбора и проводится анализ локально-оптимальных входных сигналов для целей идентификации. Моделирование и диагностика проводятся на ППП, реализующих процесс диагностической идентификации на основе выбранных классов ММ типа М (0).

Однако наше исследование было бы по современному неполным, если бы мы не использовали в нём последние достижения в области построения интеллектуальных систем [66,68].

В.1.6. Интеллектуальные системы, а диагностике. Искусственные нейронные сети.

5.6. Выводы 5.

Изучены общие подходы к проблемам моделирования и проектирования многофункциональных ОИС СВЧ и КВЧ и представлены несколько вариантов синтезированных в духе принципа конструкционного соответствия модулей с поуровневой ориентацией жестких и гибких диэлектрических слоев. Показано, что модули многофункциональных ОИС рассмотренных здесь классов обладают большими потенциальными возможностями. Наличие непрерывного топологического поля радикально решает проблему межуровневой коммутации, т. е. в принципе для схем определенного типа, характеризующихся четко выраженной (покаскадной) последовательной структурой, все связи по СВЧи НЧ (ПЧ)-трактам выполняются гальваническими, но посредством соединительных плёночных элементов, изготавливаемых в общем технологическом процессе формирования топологии.

Показано, что модули комбинированного типа, т. е. изготовленные по комбинированной гибридной пленочной и полупроводниковой технологии, представляют собой наиболее обширную группу многофункциональных ОИС, синтезированных «под ССОИ на ОИС» с различными принципами функционирования и обработки ЭМВ.

Предложенные и разработанные конструкции на основе рёберно — диэлектрических структур и структур на линиях поверхностной волны весьма ин тересны, ибо это — готовые к техническому проектированию и дальнейшему производству модули ССОИ. Ряд устройств на их основе был реализован в СПИ и показал неплохие результаты, а кроме того, такие конструкции в полном соответствии с принципом конструкционного соответствия готовы к «приёму», например, киральных структур и базовых элементов на их основе. Очевидно, что на тех же основаниях и принципах сюда могут быть включены устройства на акусто-электрических и магнитостатических волнах.

Разработка и промышленное освоение компактных устройств ССОИ на ОИС для подвижных объектов и иных устройств РТА, к которым предъявляются жесткие требования по массогабаритным и прочим эксплуатационным характеристикам являются долгосрочной и генеральной программой исследований электродинамических ОИС систем. В настоящей работе рассматривались преимущественно ССОИ на ОИС с непосредственной обработкой информации на СВЧ и КВЧ. Это продиктовано как областью интересов автора, так и практическими потребностями польской науки и техники.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате многолетних исследований, теоретических, экспериментальных и практических разработок проблем диагностики, идентификации и сертификации радиои электротехнических систем подвижных объектов самого разного назначения и областей применения было показано:

1. Существующие классические методы диагностики, идентификации и сертификации радиои электротехнических систем подвижных объектов по финансовым, техническим и др. причинам не удовлетворяют практическим потребностям и должны быть заменены на компьютерные имитационные методы, реализованные в виде пакетов прикладных программ.

2. Предложен и на примерах из практики компьютерной диагностики и идентификации элементов и систем подвижных объектов доказан эффективный метод параметрического определения процессов агрессии и скользящего среднего. Рассмотрена задача идентификации дискретной связанной стохастической системы с преобразованием входного сигнала. Проанализирована информативность преобразования входного сигнала, что позволило определить концепцию устойчивого возбуждения. Представлены аналитические формы выбора локального оптимального управления. Эффективность предложенного метода подтверждена численным анализом и на практике.

Рассмотрена задача идентификации линейных непрерывных систем на основе дискретных данных. Для решения построена эквивалентная дискретная преобразующая модель на основе билинейной разностной схемы. Построена СЛАУ, объединяющая параметры непрерывной и дискретной моделей. Получены наборы оценок, касающиеся свойств коэффициентов этих систем. Численный анализ подтвердил эффективность предложенного метода. На основе результатов проведенного моделирования определены преимущества билинейных разностных схем, в частности, показано, что они позволяют найти оптимальный интервал дискретизации.

Доказано, что применение локальных оптимальных сигналов контроля, зависящих от истории динамического процесса, позволяет с достаточной для практики точностью определить порядок устойчивого возбуждения и доказать сходимость алгоритмов рекурсивного. Определены оптимальные сигналы для процесса управляемой авторегрессии моделей. Доказана сходимость РМНК с локальным оптимальным входным. Результаты численного моделирования подтверждают эффективность предложенных методов.

2. Приведённые «элементарные» схемы являются основой для дальнейшего построения физических и математических моделей электрических и электротехнических систем ПО широкого класса на их основе представлены классические схемы некоторых избранных систем подвижных объектов и даны их краткие характеристики. По этим элементам разработаны стенды для научной и практической работыони также широко используются в учебном процессе в СПИ.

Разработаны и предложены электрические схемы и математические модели избранных элементов электротехнических систем подвижных объектов. Показана их эффективность для практического моделирования и компьютерной диагностической идентификации и сертификации широкого класса электрических цепей подвижных объектов.

Дано краткое описание основных подходов к построению методов и алгоритмов аналитической и компьютерной диагностики и идентификации СВЧ и КВЧ радиоаппаратуры самого широкого профиля.

3. На основе обширных модельно-теоретических и экспериментальных исследований показано, что для реализации частот преобразования более 100 кГц в сетевых преобразователях оптимальным является использование схем с резонансным колебательным контуром, обеспечивающих бестоковое переключение силовых транзисторных ключей, повышает КПД преобразователей за счет уменьшения динамических потерь и улучшает электромагнитную совместимость с различными элементами ССОИ. Создана унифицированная схема управления и защиты преобразователей с широтной импульсной модуляцией на имеющейся элементной базе с использованием серийно выпускаемых в России микросхем. При создании источников вторичного электропитания на выходные мощности до (15.25) Вт предпочтение следует отдавать трансформаторным источникам с дискретной стабилизацией.

Предложенные и разработанные модели, алгоритмы и пакеты прикладных программ пригодны для диагностики и идентификации электротехнических систем подвижных объектов и для использования при проектировании. Показана целесообразность «встроенной» конструкции из-за отсутствия помех и, следовательно, экранировка и дополнительная фильтрация не требуется, что особенно важно с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости.

Разработаны модели, алгоритмы и ППП анализа, пригодные для целей классической и компьютерной диагностики и идентификации этого класса устройств для ПО. Показана возможность промышленного осуществления источника вторичного электропитания с удовлетворительными параметрами, который может быть размещён гостированном в Польше корпусе.

4. Представлена наглядная классификация типов линий передачи, пригодных для применения в ОИС СВЧ и КВЧ. Показаны преимущественные диапазоны ЭМВ, в которых целесообразно применять те или иные их типы. Предложена и обоснована классификация типов волн в наиболее применяемых типах ЛП. Описаны и на многочисленных примерах продемонстрированы различные математические модели как классического плана, так и последние разработки типа метода почти полного обращения интегрального оператора. Наряду. с этим показано, что для определения интегральных характеристик линий передачи для ОИС иногда достаточно приближённых подходов, что существенно упрощает анализ и синтез систем, результаты могут быть использованы в качестве «нулевого» приближения для итерационных процедур.

Показана перспективность использования анизотропных структур и линий поверхностной волны при проектировании ОИС. Описаны наиболее привлекательные качества элементов ОИС с анизотропными слоями и включениями. Представлены электродинамические и математические модели и параметры антенных устройств, играющие определяющую роль, во-первых, в характеристике самого АУ и, во-вторых, в решении проблемы электромагнитной совместимости нескольких РТА на одном (или «близко» расположенных) ПО.

Показано, что предпочтительными для РТА на ПО являются микрополос-ковые и щелевые антенны. Представлены их ММ и интегральные характеристики. Проведено моделирование двухдиапазонной микрополосковой антенной решётки и получены данные, пригодные для компьютерной диагностики и идентификации сложных микрополосковых и щелевых антенных структур СВЧ и КВЧ, а также для решения задач синтеза этих устройств по наперёд заданным параметрам. Проведенные эксперименты подтвердили верность построенной модели и её пригодность для целей компьютерной идентификации и сертификации.

5. Изучены общие подходы к проблемам моделирования и проектирования многофункциональных ОИС СВЧ и КВЧ и представлены несколько вариантов синтезированных модулей с поуровневой ориентацией жестких и гибких диэлектрических слоев. Показано, что модули многофункциональных ОИС обладают большими потенциальными возможностями. Наличие непрерывного топологического поля радикально решает проблему межуровневой коммутации по СВЧи НЧ (ПЧ)-трактам, изготавливаемым в общем технологическом процессе формирования топологии. Показано, что модули комбинированного типа, т. е. изготовленные по комбинированной гибридной пленочной и полупроводниковой технологии, представляют собой наиболее обширную группу многофункциональных ОИС, синтезированных «под ССОИ на ОИС» с различными принципами функционирования и обработки ЭМВ.

Предложенные и разработанные конструкции на основе рёберно — диэлектрических структур и структур на линиях поверхностной волны весьма интересны, ибо это — готовые к техническому проектированию и дальнейшему производству модули ССОИ. Ряд устройств на их основе был реализован в СПИ и показал неплохие результаты, а кроме того, такие конструкции готовы к «приёму», например, киральных структур и базовых элементов на их основе. Очевидно, что на тех же основаниях и принципах сюда могут быть включены устройства на акусто-электрических и магнитостатических волнах.

Разработка и промышленное освоение компактных устройств ССОИ на ОИС для подвижных объектов и иных устройств РТА, к которым предъявляются жесткие требования по массогабаритным и прочим эксплуатационным характеристикам являются долгосрочной и генеральной программой исследований электродинамических ОИС систем. В настоящей работе рассматривались преимущественно ССОИ на ОИС с непосредственной обработкой информации на СВЧ и КВЧ. Это продиктовано как областью интересов автора, так и практическими потребностями польской науки и техники.

ИЪ.

6. В итоге исследований, практических и методологических разработок руки исследователя и проектировщика, а также преподавателя Высшей школы даётся удобный и эффективный аппарат оптимального конструирования базовых элементов и функциональных узлов на ОИС, а также намечаются пути дальнейших исследований и разработок для для оптимального конструирования СВЧ-КВЧ модулей ССОИ на ОИС. Представленный материал входит в учебный процесс СПИ. Разработанные стенды и пакеты прикладных программ используются как для научной работы, так и как лабораторные стенды кафедры «Энергоэлектроника» СПИ и широко используются в учебном процессе.