Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Артеменко Юрий Николаевич. Исследование и разработка информационно-измерительной системы радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ-70 : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16 СПб., 2006 346 с. РГБ ОД, 61:07-5/302

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Анализ методов повышения точности и разрешающей способности радиотелескопов миллиметрового диапазона

1.1. Антенные системы миллиметрового диапазона 14

1.2. Регистрация сигналов от космических источников радиоизлучения миллиметрового диапазона 37

1.3. Системы наведения и автосопровождения 53

1.4. Информационно-измерительные системы радиотелескопов миллиметрового диапазона 71

Глава 2. Методы и средства измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы 83

2.1. Анализ измеряемых параметров и методов измерений .83

2.2. Структура измерительной системы 115

2.3. Измерение азимута зеркальной системы относительно базовой (абсолютной) системы координат 122

2.4. Измерения углового положения базовых элементов конструкции относительно гиростабилизированной платформы 129

2.5. Измерения положения основного зеркала относительно базовой системы координат 135

2.6. Измерение положения контррефлектора относительно базовой системы координат 143

2.7. Измерение положения зеркала перископического относительно базовой системы координат 147

Глава 3. Оптико-электронные измерительные каналы системы мониторинга окружающей среды 158

3.1. Измерительные задачи системы мониторинга 158

3.2. Обобщенный оптико-электронный канал 161 3.3.Типы и структуры каналов 173

3.4. Обобщенное уравнение преобразования входной величины 185

3.5. Показатели качества ИКИК 197

3.6. Анализ погрешностей 202

Глава 4. Методика проектирования интерференционно-кодовых измерительных каналов 242

4.1. Выбор структуры оптического канала 242

4.2. Выбор типа модулятора 244

4.3. Расчет параметров модуляторов 250

4.4. Выбор источника и приемника света 260

4.5 Выбор типа оптического усилителя и расчет его геометрических параметров 269

4.6. Выбор типа оптического кодирующего устройства и расчет его геометрических параметров 281

4.7. Определение геометрических параметров блока фотоприемников 290

4.8. Выбор структуры и составных элементов электронной части ИКИК 296

Заключение 306

Список литературы 310

Приложение 1. Компьютерное и физическое моделирование оптико-электронных измерительных каналов смещений элементов конструкции зеркальной системы 319 1. Принципы моделирования типового оптико-электронного измерительного канала 319

2. Компьютерное моделирование типового канала 324

3. Физическое моделирование типового канала оптико электронной системы контроля смещений 328

Приложение 2. Акты внедрения 345 

Введение к работе:

Актуальность темы диссертации. В последнее время интенсивность исследований и разработок, направленных на создание различных радиотехнических устройств диапазона 30 – 300 ГГц, постоянно возрастает, а области их применения расширяются. Использование этого диапазона, занимающего промежуток между достаточно хорошо освоенными сантиметровым и оптическим диапазонами, в радиосистемах и радиоастрономии позволяет в ряде случаев найти компромиссное решение, в большей степени отвечающее требованиям конкретных задач. Расширение области применения диапазона миллиметровых длин волн (ММДВ) обусловлено тремя факторами: большой протяженностью спектра, особенностями их распространения в атмосфере, малой длиной волны.

Одним из наиболее важных направлений использования ММДВ являются радиоастрономические исследования с помощью радиотелескопов, направленные на решения крупных научных проблем:

- определения фундаментальных закономерностей пространства-времени;

- построения модели расширяющейся Вселенной;

- изучение структуры и динамики астрономических объектов, в том числе в космических источниках со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, объектах-ускорителях элементарных частиц до сверхвысокой энергии;

- изучение проблем образования, физики и эволюции звезд и галактик, геодинамика и геотектоника;

- координатно-временное обеспечение научной и хозяйственной деятельности.

Для информационного обеспечения отмеченных астрономических задач строящийся радиотелескоп РТ-70 будет работать в трех режимах:

- как одиночный инструмент, обладающий многолучевой диаграммой (до 100 лучей одновременно),

- как основной инструмент наземной сети интерферометров в Евро-Азиатском районе,

- как основной инструмент радиоинтерферометров Земля-Космос по программам фундаментальных космических исследований.

Во всех этих режимах РТ-70 в ММДВ может обеспечить наиболее высокую чувствительность и угловое разрешение при проведении наблюдений в непрерывном спектре, спектральных линиях, поляризационных измерениях и изучении быстропеременных процессов. Однако при этом необходимо решить проблему создания высокоточной системы наведения радиотелескопа на космические источники радиоизлучения (КИР), снабженной информационно-измерительной системой, обеспечивающей замыкание контуров управления различных уровней путем формирования с минимальными погрешностями соответствующих потоков измерительной информации.

Таким образом, актуальность и важность создания информационно-измерительной системы радиотелескопа РТ-70 для наблюдения КИР ММДВ, не вызывает сомнения.

Оптические методы обработки и передачи информации в настоящее время находят все более широкое применение, так как обладают высоким быстродействием и хорошей помехозащищенностью, что крайне важно для обеспечения работоспособности радиотелескопа. Однако в измерительных каналах вычислительно-управляющих комплексов (ВУК) радиотелескопов (РТ) эти методы практически не используются, что можно объяснить слабой проработкой схемотехнических вопросов их использования, а также пробелами в исследовании ряда метрологических вопросов и отсутствием инженерных методик проектирования оптико-электронных измерительных каналов (ОЭИК) с требуемыми характеристиками.

Работа выполнена с 2002 по 2006 г.г. в АКЦ ФИАН и ИПМаш РАН

Цель диссертации. Целью работы являлось исследование и разработка информационно-измерительной системы, осуществляющей измерение и преобразование в цифровую форму параметров и характеристик РТ и окружающей среды для ввода их в ВУК, вырабатывающей (вычисляющей) управляющие воздействия, обеспечивающие функционирование РТ во всех штатных режимах.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ методов повышения точности и разрешающей способности радиотелескопов миллиметрового диапазона за счет совершенствования информационно-измерительных систем,

- исследование и разработка методов и средств измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы на основе анализа измеряемых параметров и существующих методов измерений;

- исследование и разработка оптико-электронных измерительных каналов системы мониторинга окружающей среды на основе анализа измерительных задач системы мониторинга и степени влияния параметров окружающей среды на функционирование радиотелескопа;

- разработка формул и методик для расчетов узлов оптоэлектронных измерительных каналов радиотелескопа, а также оценок их метрологических характеристик;

- компьютерное и физическое моделирование оптико-электронных измерительных каналов смещений элементов конструкции зеркальной системы с целью уточнения их параметров и подтверждения теоретических исследований результатами экспериментов.

Методика исследований основана на применении современных аналитических и численных методов и алгоритмов анализа погрешностей, математического и физического моделирования, а также принципов аналитического и структурного проектирования информационно-измерительных каналов.

Научная новизна данной работы состоит в том, что впервые:

1. Теоретически исследована новая структура информационно-измерительной системы большого полноповоротного радиотелескопа миллиметрового диапазона, использующая гироскопическую платформу в качестве инерциальной системы отсчета. Проведена оценка погрешностей используемых измерительных каналов.

2. Разработан метод уменьшения ограничения по дальности автоколлимационного измерения из-за виньетирования регистрируемого отраженного пучка путем использования управляемого контрольного элемента с датчиком обратной связи, содержащим экран из нового функционального материала – пористого кремния, позволяющим получать одновременно информацию о направлении и скорости перемещения.

3. Уточнено уравнение измерения для обобщенного интерференционно-кодового измерительного канала (ИКИК) за счет введения операции сопряжения различных периодических пространственно-временных структур и операции выделения измеряемого информационного параметра из смеси сигнал/шум, основанной на взятии функционала от ряда сверток с различными базисными функциями. Проведен теоретический анализ ИКИК на основе полученного уравнения, позволивший установить, что наибольшими инструментальными погрешностями обладают модуляторы, оптические усилители перемещения и волоконно-оптические линии связи.

4. Разработана методика проектирования ИКИК, заключающаяся в решении задачи структурного синтеза по заданным параметрам измеряемой величины на основе проведенной классификации измерительных каналов и с учетом технологических возможностей предполагаемого изготовителя и стоимости используемых стандартных средств измерения, и параметрическом синтезе оптического тракта по заданным показателям качества.

Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:

  1. Проведенный анализ оптико-электронных методов и средств измерения положения элементов конструкции РТ-70 позволяет осуществить целенаправленный синтез информационно-измерительных систем РТ-70, обеспечивающих повышение их точности и разрешающей способности.

  2. Сформулированное обобщенное уравнение измерений ИКИК может служить основой для разработки методики расчета их погрешностей.

  3. Разработанная методика выбора основных блоков ИКИК и расчета их параметров позволяет проектировать оптимальные ИКИК с заданными метрологическими параметрами.

  4. Разработанные принципы компьютерного и физического моделирования оптико-электронных измерительных систем (ОЭИС) РТ-70 позволяют соотносить результаты теоретических исследований погрешностей ОЭИС с результатами экспериментов и вносить необходимые корректировки.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Теоретические исследования новой структуры информационно-измерительной системы большого полноповоротного радиотелескопа миллиметрового диапазона, использующей гироскопическую платформу в качестве инерциальной системы отсчета. Анализ погрешностей используемых измерительных каналов позволил оптимизировать структуру информационно-измерительной системы РТ-70 .

2. Разработка метода уменьшения ограничения по дальности автоколлимационного измерения из-за виньетирования регистрируемого отраженного пучка путем использования управляемого контрольного элемента с датчиком обратной связи, содержащим экран из нового функционального материала – пористого кремния, позволяющим получать одновременно информацию о направлении и скорости перемещения.

3. Уточненное уравнения измерения для обобщенного интерференционно-кодового измерительного канала за счет введения операции сопряжения различных периодических пространственно-временных структур и операции выделения измеряемого информационного параметра из смеси сигнал/шум, основанной на взятии функционала от ряда сверток с различными базисными функциями. Уравнение может служить основой для получения расчетных соотношений, используемых при параметрическом синтезе оптического тракта.

4. Разработка методики проектирования ИКИК, заключающейся в решении задачи структурного синтеза по заданным параметрам измеряемой величины на основе проведенной классификации измерительных каналов и с учетом технологических возможностей предполагаемого изготовителя и стоимости используемых стандартных средств измерения, и параметрическом синтезе оптического тракта по заданным показателям качества. Методика может использоваться при проектировании не только ИКИК РТ-70, но других оптико-электронных информационно-измерительных систем.

Личный вклад автора в разработку избранной темы состоял в выборе, теоретическом обосновании и реализации методов и средств измерений и расчетов погрешностей, в постановке экспериментальных исследований, участии в их проведении, обработке результатов и их анализе.

Проведение конструкторских разработок для физического моделирования, компьютерное и физическое моделирование ОЭИС проводились совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

Апробация работы. Достоверность защищаемых положений подтверждена апробацией в научных публикациях (двух монографиях и одной статьи в рецензируемом научном журнале и четырех статьях в трудах российских и международных конференций), обсуждением научных результатов на трех Международных конференциях, экспериментальными исследованиями, компьютерным моделированием, успешным использованием в трех организациях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 монографии, 1 статья в рецензируемом журнале, 4 статьи в трудах российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Объем основной части работы: 326 страниц, включая 19 таблиц, 146 рисунков и список литературы из 96 наименований.

Подобные работы
Максимов Николай Васильевич
Разработка и исследование автоматизированной системы испытаний низкочастотных многоканальных информационно-измерительных систем
Андреев Сергей Викторович
Исследование и разработка человеко-машинных систем управления автомобилем с использованием аппарата нечеткой логики
Полозов Станислав Валерьевич
Разработка и исследование информационно-измерительной системы поддержки принятия решений при диагностике и прогнозировании
Краячич Александр Валерьевич
Исследование и разработка информационно-измерительной системы для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций
Муратов Ирек Мугазамович
Разработка и исследование информационно-измерительных систем контроля конвейерного оборудования
Братцев Кирилл Евгеньевич
Разработка и исследование информационно-измерительных систем параметров двухполюсных электрических цепей
Агальцов Андрей Геннадиевич
Разработка и исследование лазерного преобразователя информации для системы непрерывного автоматического контроля точек росы
Чикуров Тимофей Георгиевич
Исследование и разработка многофункциональной диэлькометрической информационно-измерительной системы
Ключников Андрей Иванович
Исследование и разработка проблемно-ориентированных информационно-измерительных систем для определения расхода нефти и газа
Дробков Владимир Петрович
Разработка и исследование ультразвуковых методов и информационно-измерительной системы измерения расхода нефтеводогазового потока

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net