Блок вычислителя для радиолокационного измерителя высоты и составляющих вектора скорости

Частотный метод измерения высоты и составляющих скорости. Канал оценки составляющих скорости. Вычислительные требования к блоку измерителя и модуляции. Разработка схемы электрической принципиальной. Математическое моделирование усилителя ограничителя.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к дипломному проекту содержит 83 с., 12 рис., 10 табл., 25 источников, 5 прил.

БЛОК ВЫЧИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВЫСОТЫ И СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА СКОРОСТИ

Целью данного дипломного проекта является разработка схемы электрической принципиальной блока вычислителя на основании заданного алгоритма оценки высоты и составляющих вектора скорости.

Блок вычислителя выполняет приём сигналов биений, преобразование их в параллельный цифровой код, цифровую обработку и анализ сигнала биений по трём приемным каналам, получение оценок высоты и составляющих вектора скорости, а также их передачу на интерфейсную плату по протоколу SPI.

В качестве процессорного ядра использована система на кристалле 1879ХК1Я. Блок вычислителя, в целом, выполнен на отечественной элементной базе с использованием микросхем 1554 ТБМ (логические микросхемы), 1309ЕР1Т (линейный стабилизатор напряжения), 544УД15У3 (сдвоенный операционный усилитель) и 1273ПА4Т (12 разрядный ЦАП).

Блок вычислителя обладает малыми габаритными размерами, низкими энергопотреблением и стоимостью, а также высокой вычислительной производительностью.

В работе уделено внимание вопросам экономики, а также безопасности и экологичности проекта.

• СОДЕРЖАНИЕ
• СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Анализ исходных данных
• 1.1 Частотный метод измерения высоты и составляющих скорости
• 1.2 Краткий обзор РВС измерения высоты и составляющих вектора скорости
• 1.3 Описание алгоритма
• 1.3.1 Высотомерный канал
• 1.3.2 Канал оценки составляющих скорости
• 1.4 Вычислительные требования к блоку измерителя и модуляции
• 2. Выбор и обоснование функциональной схемы
• 3. Выбор элементной базы
• 4. Разработка схемы электрической принципиальной
• 5. Расчётная часть
• 5.1 Математическое моделирование усилителя ограничителя
• 5.2 Расчёт полноты контроля
• 5.2.1 Цель расчёта
• 5.2.2 Требования по контролю
• 5.2.3 Методика и результат расчёта
• 5.2.4 Работа на земле
• 5.2.5 Работа в полёте
• 5.2.6 Анализ результатов расчёта полноты встроенного контроля
• 6. Безопасность жизнедеятельности, природопользование и охрана окружающей среды
• 6.1 Электробезопасность
• 6.2 Пожаробезопасность
• 6.3 Микроклимат на рабочем месте
• 6.4 Безопасность работ с СВЧ-устройствами
• 6.5 Освещенность рабочего места
• 6.6 Влияние шума и вибрации
• 6.7 Эргономичность рабочего места
• 6.8. Охрана окружающей среды
• 6.9 Чрезвычайная ситуация
• 6.10 Общие выводы
• 7. Экономическая часть
• 7.1 Расчёт затрат на комплектующие изделия и полуфабрикаты (покупные)
• 7.2 Расчёт фонда зароботной платы
• 7.3 Отчисления на социальные нужды
• 7.4 Общехозяйственные расходы
• 7.5 Общепроизводственные расходы
• 7.6 Калькуляция себестоимости
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
• АО - амплитудный ограничитель
• АС - антенная система
• АЦП - аналого-цифровой преобразователь
• АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
• БИМ - блок измерителя и модуляции
• БПФ - быстрое преобразование Фурье
• БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина
• ВСК - встроенная система контроля
• ВЦ - входная цепь
• ДИСС - доплеровский измеритель скорости и угла сноса
• ДПФ - дискретное преобразование Фурье
• ИП - интерфейсная плата
• КГ - кварцевый генератор
• КУ - коэффициент усиления
• ЛА - летательный аппарат
• ЛЧМ - линейная частотная модуляция
• М - модулятор
• ОЗУ - оперативное запоминающее устройство
• ОУ - операционный усилитель
• ППУ - приёмопередающее устройство
• ПРД - передатчик
• ПРМ - приёмник
• ПФ - полосовой фильтр
• РВС - радиовысотомерная система
• СБИС - сверхбольшая интегральная схема
• СМ - смеситель
• УМ - усилитель мощности
• УНЧ - усилитель нижних частот
• УО - усилитель ограничитель
• УП - управляющий процессор
• ФЛБ - функционально-логический блок
• ФП - функция правдоподобия
• ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь
• ЦОС - цифровая обработка сигналов
• ЦСЧ - цифровой синтезатор частоты
• ЦФ - цифровой фильтр
• ЧМ - частотная модуляция
• EEPROM - внешнее последовательное постоянное запоминающее устройство
• ВВЕДЕНИЕ
• частотный высота скорость модуляция
• Измерение текущих значений истинной высоты полета любого летательного аппарата (ЛА) относительно подстилающей поверхности является важнейшим условием обеспечения безопасности полетов, особенно при полете на малой высоте и в режиме посадки.
• На ранней стадии развития авиации высота полета определялась пилотом визуально, иногда с помощью простейших оптических средств. Позднее для этой цели использовались барометрические высотомеры, которые по измеренному атмосферному давлению достаточно грубо определяли не истинную, а абсолютную высоту полета относительно среднего уровня моря, ничего общего не имевшую с реальным высотным рельефом подстилающей поверхности. Появление первых радиовысотомеров, позволяющих точно измерять истинную высоту в любых погодных условиях и над любой подстилающей поверхностью, радикально изменило ситуацию не только в отношении безопасности полета и посадки, но и в отношении маневренных возможностей ЛА самого различного назначения. В задачу современных радиовысотомерных систем (РВС) входит, помимо измерения истинной высоты, определение путевой скорости и угла сноса ЛА.
• В настоящее время известно несколько типов РВС решающих данную задачу:
• ? корреляционные РВС;
• ? доплеровские РВС.

Корреляционные РВС используют корреляционный метод измерения путевой скорости и угла сноса ЛА, основанный на измерении задержки во времени между излучённым и отражённым сигналами, принятыми на разнесённые по оси ЛА антенны, т.е. если передающая антенна находится между приёмными антеннами, то можно сказать, что сигналы на выходе обеих приёмных антенн совпадают по форме, но смещены друг относительно друга по времени [1]. Поэтому более детальный анализ показывает, что идентичность формы двух принимаемых сигналов сохраняется при любом положении передающей антенны, а длительность задержки равна времени перемещения летательного аппарата на расстояние, равное половине расстояния между приёмными антеннами. Измерение этого сдвига осуществляется путём введения задержки в тракт сигнала, принятого передней антенной, и слежением за максимальным значением функции взаимной корреляции обоих сигналов. А по величине вводимой задержки определяют путевую скорость [1,14].

Принцип действия ДИСС основан на использовании эффекта Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала (отражённого от цели) отличается от частоты излучённого сигнала на время задержки и эта разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга. На практике используются многолучёвые системы. Величины углов поворота лучей в горизонтальной и в вертикальной плоскостях делают одинаковыми. При ненулевом угле сноса, проекции векторов путевой скорости на линии пересечения горизонтальной плоскости с плоскостями этих лучей имеют различную величину, а значит и различные доплеровские сдвиги частоты в первом и втором лучах. Измерение возникшей разницы позволяет определить скорость и угол сноса. В случае крена и тангажа ЛА, для уменьшения ошибок вычисления, используется информация, полученная от дополнительных лучей [3].

Общий недостаток корреляционных и доплеровских РВС - это наличие погрешностей, связанных с влиянием отражающих поверхностей.

У доплеровских измерителей, погрешности обусловлены движением отражающей поверхности и изменением её свойств, для уменьшения которых приходится усложнять аппаратуру [1].

У корреляционных измерителей погрешности обусловлены только движением отражающей поверхности

Целью дипломного проекта является проектирование блока измерителя модуляции (БИМ) на основе микропроцессора СБИС ЦУПП 1879ХК1Я. Микропроцессор СБИС ЦУПП - цифровой унифицированный программный приемник класса система на кристалле, обеспечивает прием аналоговых сигналов, преобразование их в цифровой код и цифровую обработку.

Применение данного микропроцессора может дать существенный выигрыш (по сравнению с используемыми в настоящее время РВС) в вычислительной мощности, массогабаритных характеристиках и энергопотреблении.

1. Анализ исходных данных

1.1 Частотный метод измерения высоты и составляющих вектора скорости

Существует три метода измерения дальности - импульсный, фазовый и частотный. Так как в ТЗ задан частотный метод измерения, то рассмотрим его принцип действия.

Идею работы ЧМ РВ поясняет рисунок 1.1 (непрерывной линией показан закон изменения частоты излучаемого сигнала, а штриховой - принимаемого). В высотомере применена линейная частотная модуляция с минимальным обратным ходом. При этом частота биений , между излучаемым и пр...