WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«Вычислительные алгоритмы, методики и рекомендации для проектирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата с учетом электромагнитной совместимости ...»

На правах рукописи

Суровцев Роман Сергеевич

Вычислительные алгоритмы, методики и рекомендации

для проектирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры

космического аппарата с учетом электромагнитной

совместимости

Специальность 05.12.04 –

радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Томск–2015



Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР).

Научный руководитель: Газизов Тальгат Рашитович доктор технических наук, старший научный сотрудник, ТУСУР, г. Томск Дмитренко Анатолий Григорьевич, доктор

Официальные оппоненты:

физико-математических наук, профессор, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», г. Томск Майстренко Василий Андреевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», г. Омск Акционерное общество

Ведущая организация:

«Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск

Защита состоится 17 мая 2016 г. на заседании диссертационного совета Д212.268.01, созданного на базе федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» по адресу: 634050, г. Томск, пр.

Ленина, 40, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться на официальном сайте http://www.tusur.ru/ru/science/education/dissertations и в библиотеке ФГБОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» по адресу: 634045, г.Томск, ул. Красноармейская 146.

Автореферат разослан ____ марта 2016 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.268.01 доктор физико-математических наук Мандель А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) стала неотъемлемым компонентом самых разнообразных сфер деятельности человека. Нестабильная работа РЭА неприемлема для критичных систем, поскольку может привести к финансовым потерям, человеческим жертвам и катастрофам. Поэтому при проектировании РЭА все большее внимание уделяется обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Активное использование РЭА в ракетно-космической отрасли делает ее зависимой от работы РЭА. Сложная электромагнитная обстановка на орбите, переход на негерметичный корпус, повышение срока активного существования космических аппаратов (КА), наряду с повышающейся плотностью монтажа и увеличивающейся верхней граничной частотой спектра используемых сигналов, делают актуальным обеспечение ЭМС бортовой РЭА КА. Для этого проводятся комплексные испытания в условиях жесткой электромагнитной обстановки.

Нормативная база предполагает проведение этих испытаний в диапазонах частот вплоть до 100 ГГц, но финансовые и технические трудности являются преградой для обеспечения ЭМС бортовой РЭА КА. Преодолеть ее можно с помощью моделирования и обеспечения ЭМС на ранних этапах проектирования. Для этого необходимо уменьшение вычислительных затрат на моделирование, большим ресурсом которого является ускорение решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Исследования в этой области ведут T.K. Sarkar, Y. Saad, H.A. van der Vorst, J. Dongarra, C. Calrago, Е.Е. Тыртышников, С.П. Куксенко, В.К. Салов и др. Другой важной задачей является защита бортовой РЭА от преднамеренного силового электромагнитного воздействия, которое может проникать внутрь КА и выводить из строя цепи бортовой РЭА. Поэтому необходим поиск новых путей защиты для разработки устройств на их основе. Результаты исследований в этой области отражены в работах В.Ю. Кириллова, Л.Н. Кечиева, С.Ф. Чермошенцева, Р.М. Гизатуллина, А.М. Заболоцкого и др.

Перспективными для защиты от нежелательных воздействий видятся простые и широко распространенные элементы печатных плат, меандровые линии, поскольку реализация защиты на их основе не требует введения в бортовую РЭА сложных многоступенчатых устройств, увеличивающего ее массогабаритные показатели.





Исследованиями меандровых линий занимаются O. Ramahi, B. Archambeault, R.B. Wu, A. Kabiri, А.А. Лысенко и др. Наконец, одним из актуальных направлений ЭМС является обеспечение целостности сигналов (ЦС) в межсоединениях печатных плат бортовой РЭА КА. Результаты исследований по моделированию межсоединений печатных плат отражены в работах таких специалистов как F. Canavero, Л.Н. Кечиев, С.Ф. Чермошенцев, Е.Д. Пожидаев и др. Исследования устройств на связанных линиях ведут Б.А. Беляев, Н.Д. Малютин, А.Н. Сычев, Э.В. Семенов. Особое внимание в рамках обеспечения ЦС уделяется минимизации перекрестных наводок в межсоединениях печатных плат. Этому посвящены работы Y. Kami, F. Rachidi, M. Kazeroni, Н.А. Леонтьева, С.В. Полуэктова, А.М. Заболоцкого. Но анализ показывает, что ряд актуальных задач остаётся нерешенным.

Цель работы – разработать алгоритмы, рекомендации и методики для обеспечения ЭМС бортовой РЭА КА. Для ее достижения необходимо решить следующие задачи: разработать алгоритмы для квазистатического моделирования задач ЭМС с уменьшенными вычислительными затратами;

предложить способы совершенствования меандровых линий и новые устройства на их основе; показать новые возможности совершенствования ЭМС бортовой РЭА КА.

Научная новизна

1. Предложены алгоритмы многократного вычисления емкостной матрицы методом моментов, отличающиеся использованием блочного LU-разложения при решении СЛАУ.

2. Выполнено вычисление погонной задержки и волнового сопротивления одиночной линии, отличающееся использованием метода моментов и широким диапазоном изменения параметров и стеков печатных плат.

3. Показана возможность распространения импульсного сигнала в витке меандровой линии без искажения его формы перекрестными наводками.

4. Предложен способ защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов, отличающийся использованием свойств витка меандровой линии с сильной торцевой связью.

5. Показаны новые возможности совершенствования электромагнитной совместимости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата.

Теоретическая значимость

1. Применительно к анализу межсоединений печатных плат результативно использован комплекс численных методов, включающий метод моментов, метод матриц линий передачи, блочное LU-разложение.

2. Разработаны алгоритмы, расширяющие теоретический инструментарий подходов к многократному вычислению емкостной матрицы методом моментов с уменьшенными вычислительными затратами.

3. Получены выражения для аналитической оценки затрат и ускорения многократного вычисления емкостной матрицы усовершенствованными алгоритмами.

4. Изучены особенности влияния покрывающих диэлектрических слоев на погонную задержку и волновое сопротивление микрополосковой линии.

5. Сформулированы условия прохождения импульсного сигнала через виток меандровой линии задержки без искажений перекрестными наводками, с дополнительной задержкой, с разложением на последовательность импульсов меньшей амплитуды.

Практическая значимость

1. Разработаны и внедрены в систему компьютерного моделирования электромагнитной совместимости усовершенствованные с помощью блочного LU-разложения алгоритмы, позволяющие сократить время: решения системы линейных алгебраических уравнений – до 47 раз; вычисления емкостной матрицы – до 8,8 раза; моделирования временного отклика – до 2,15 раза.

2. Показано, что нанесение дополнительных диэлектрических слоев на поверхность микрополосковой линии для реальных стеков печатных плат и диапазонов изменения их параметров может существенно изменять ее погонную задержку (до 42%) и волновое сопротивление (до 29,5%).

3. Получены 2 патента на изобретение: линия задержки, неискажающая импульс; меандровая линия с дополнительной задержкой.

4. Предложена защита от сверхкоротких импульсов за счет их разложения на последовательность импульсов меньшей амплитуды в меандровой линии с сильной торцевой связью.

5. Показано, что коэффициенты взаимовлияний связанных микрополосковых линий на подложке из материала FR-4 могут быть в 1,5– 3 раза выше, чем из материала RT/duroid.

6. Показана возможность уменьшения в 2 раза амплитуды перекрестных наводок в многопроводной линии передачи реальной печатной платы бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата за счет нанесения влагозащитного покрытия оптимальной толщины.

7. В результате моделирования перекрестных наводок и коэффициента передачи в многопроводном межсоединении реальной печатной платы бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата в диапазоне частот от 10 МГц до 30 ГГц показано, что на частоте 1,5 ГГц, близкой к частотам работы навигационных систем, амплитуда перекрестной наводки может достигать 20% от амплитуды сигнала в активной линии.

8. Представленная методика распределения контактов питания соединителей DB-9, DB-25, СНП-393 бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата позволила уменьшить импеданс питания более чем в 2 раза.

9. Результаты использованы в учебном процессе двух университетов.

Методология и методы исследования. В работе применены метод моментов, метод матриц линий передачи, прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений, моделирование и эксперимент.

Положения, выносимые на защиту

1. Использование блочного LU-разложения позволяет значительно ускорить многократные вычисления: решение систем линейных алгебраических уравнений – до 47 раз; вычисление емкостной матрицы – до 8,8 раза;

моделирование временного отклика в диапазоне параметров – до 2,15 раза.

2. Обеспечение равенства погонных задержек четной и нечетной мод витка меандровой линии и произведения их суммы на длину линии большего, чем сумма длительностей фронта, плоской вершины и спада импульсного сигнала, позволяет задержку импульсного сигнала без искажения его формы перекрестными наводками.

3. Сверхкороткий импульс может быть разложен в витке меандровой линии на последовательность импульсов меньшей амплитуды, а оптимизация параметров витка меандровой линии позволяет минимизировать амплитуду выходного сигнала.

Использование результатов исследований

1. ОКР «Разработка комплекса программных и технических средств для контроля информационных магистралей, обеспечения электромагнитной совместимости и исследования надёжности унифицированного ряда электронных модулей на основе технологии «система-на-кристалле» для систем управления и электропитания космических аппаратов связи, навигации и дистанционного зондирования Земли с длительным сроком активного существования», тема «УЭМ-ТУСУР», хоздоговор 95/10 от 24.11.2010 в рамках реализации Постановления 218 Правительства РФ.

2. ОКР «Разработка принципов построения и элементов системы автономной навигации с применением отечественной специализированной элементной базы на основе наногетероструктурной технологии для космических аппаратов всех типов орбит», тема «САН», хоздоговор 96/12 от 16.11.2012 в рамках реализации Постановления 218 Правительства РФ.

3. Проект ТУСУРа в рамках реализации Постановления 219 Правительства РФ в 2011–2012 гг.

4. Подпроект 2.2.1.3 по программе стратегического развития ТУСУРа 2012–2016 гг.

5. НИР «Разработка математических моделей для трассировки меандровых линий задержки с оптимальными параметрами», по договору № Р-20130122 от 18.01.2013.

6. НИР «Комплексные исследования по разработке алгоритмов, математического обеспечения и средств проектирования для создания новых элементов защиты и контроля вычислительных систем на основе модальных явлений», грант РФФИ 14-29-09254, 2014–2016 гг.

7. НИР «Выявление, исследование и реализация новых возможностей уменьшения времени многократного решения СЛАУ с частично изменяющейся матрицей в задачах вычисления емкостной матрицы произвольной системы проводников и диэлектриков», грант РФФИ 14-07-31267, 2014–2015 гг.

8. НИР «Комплексное обоснование возможностей создания модальной технологии помехозащиты критичной радиоэлектронной аппаратуры и совершенствования существующих и разработки новых помехозащитных устройств на её основе», грант РНФ 14-19-01232, 2014–2016 гг.

9. НИР «Разработка новых программных и аппаратных средств для моделирования и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры» в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности 8.1802.2014/K, 2014–2016 гг.

10. Учебный процесс НИ ТГУ и ТУСУР.

Апробация результатов Подготовка заявок и победа в конкурсах: «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, 2015–2016; на назначение стипендии президента РФ аспирантам по приоритетным направлениям в 2014 и 2015 гг.; на соискание звания лауреата премии томской области в сфере образования, науки и здравоохранения и культуры 2013 г.;

грантов РФФИ 14-29-09254, 14-07-31267; гранта РНФ 14-19-01232; проектной части государственного задания Минобрнауки России 8.1802.2014/K.

Доклады и представление в материалах симпозиумов и конференций:

Всерос. научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР», г. Томск, 2011, 2012, 2013, 2015 гг.; Межд. научно-практ. конф.

«Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2012, 2015 гг.;

Общерос. молодёжная науч.-техн. конф. «Молодёжь. Техника. Космос», г. Санкт-Петербург, 2013, 2014 гг.; Int. Conf. on Applied Physics, Simulation and Computers, г. Вена (Австрия), 2015 г.; Int. Conf. on Modeling, Simulation and Applied Mathematics, г. Пхукет (Тайланд), 2015 г.; Int. Conf. of Numerical Analysis and Applied Mathematics, г. Родос (Греция), 2015 г.; Int. Siberian Conf. on Control and Communications, г. Омск, 2015 г.; Int. Conf. of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, Эрлагол (Алтай), 2015 г.

Публикации: 46 работ (4 работы без соавторов), в т.ч. 1 монография, 12 статей в журналах из перечня ВАК, 1 статья в рецензируемом журнале, 2 патента на изобретение, 14 свидетельств о регистрации программы для ЭВМ, 3 доклада в трудах зарубежных конференций, 13 – в отечественных.

Достоверность результатов основана на корректном использовании метода моментов и теории линий передачи, согласованности результатов моделирования разными численными методами, совпадении результатов моделирования и эксперимента.

Личный вклад. Все результаты работы получены автором лично или при непосредственном его участии. Алгоритмы решения СЛАУ разработаны и исследованы совместно с С.П. Куксенко. Меандровые линии исследованы совместно с А.М. Заболоцким. Обработка результатов выполнена лично автором. Часть результатов получена совместно с соавторами публикаций.

Структура и объём диссертации. В состав диссертации входят введение, 4 главы, заключение, список литературы из 203 наименований, приложение из 27 c. Объём диссертации с приложением – 247 с., в т.ч. 138 рис. и 39 табл. Во введении представлена краткая характеристика работы. В гл. 1 выполнен обзор актуальных задач. В гл. 2 представлены результаты по уменьшению времени моделирования задач ЭМС. В гл. 3 представлены способы совершенствования меандровых линий и новые устройства на их основе. В гл. 4 приведены результаты моделирования ЦС в печатных платах и соединителях бортовой РЭА. Далее приведён список литературы. В приложении представлены копии документов (патентов на изобретение, свидетельств о регистрации программы для ЭВМ, дипломов, актов внедрения).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ЭМС

В разделе 1.1 показана актуальность обеспечения ЭМС бортовой РЭА. В разделе 1.2 выделен метод моментов для решения задач ЭМС, в частности, для анализа многопроводных структур. В разделе 1.3 описана специфика изменения матрицы СЛАУ при многократном вычислении емкостной матрицы методом моментов, приведены подходы к уменьшению времени моделирования, в рамках которых рассмотрены прямые и итерационные методы решения СЛАУ, математические библиотеки линейной алгебры, эффективно реализующие матрично-векторные операции, тенденция использования графических процессоров и специализированных библиотек для них и компрессия данных. В разделе 1.4 представлены подходы к защите РЭА от преднамеренного силового электромагнитного воздействия, в рамках которых детально рассмотрена модальная фильтрация и для защиты предложены меандровые линии. В разделе 1.5 приведены подходы к обеспечению ЭМС бортовой РЭА КА. В разделе 1.6 сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ДЛЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАДАЧ ЭМС С УМЕНЬШЕННЫМИ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМИ ЗАТРАТАМИ

2.1 Разработка алгоритма многократного решения СЛАУ с частично изменяющейся матрицей Представлены результаты исследований по ускорению многократного решения СЛАУ с частично изменяющейся матрицей: выбран метод блочного LU-разложения, получено аналитическое выражение для оценки эффективности его применения, а для программной реализации выполнено сравнение библиотек, реализующих матрично-векторные операции, и оценено ускорение решения СЛАУ за счет использования блочного LU-разложения.

2.2 Разработка алгоритмов вычисления емкостной матрицы структуры проводников и диэлектриков в диапазоне параметров Детально рассмотрена специфика изменения матрицы СЛАУ при вычислении методом моментов емкостной матрицы структуры проводников и диэлектриков в диапазоне параметров. Для этого в общем случае необходимо решение СЛАУ, записанное в матричном виде (2.1) Skk=Vk, где Sk – квадратная и плотная матрица порядка N, являющаяся результатом применения метода моментов к анализируемой структуре, Vk – неизменная матрица размера NNCOND, состоящая из потенциалов на подобластях, на которые разбиты границы структуры, а k – искомая матрица размера NNCOND, дающая распределение плотности заряда на этих границах, NCOND – количество проводников, не считая опорного, k = 1, 2, … m, где m – число значений изменяемого параметра.

Изменение параметров матрицы СЛАУ может быть задано таким, что изменения затронут только диэлектрические границы (или малую часть этих границ), не затрагивая проводниковых. Для примера рассмотрим вычисление емкостной матрицы связанной микрополосковой линии (МПЛ) (рисунок 2.1).

Границы проводник–диэлектрик делятся на подобласти, последовательно нумерующиеся от 1 до NA, а диэлектрик–диэлектрик – от NA+1 до N. Из параметров этих подобластей вычисляются элементы матрицы СЛАУ, а ее порядок определяется суммой подобластей на границах проводник-диэлектрик (NA) и диэлектрик-диэлектрик w s t (ND), т.е. N=NA+ND. Необходимо hС r h отметить, что только при Рисунок 2.1 – Поперечное сечение связанной МПЛ изменении элементов матрицы S, соответствующих подобластям проводник-диэлектрик, необходим полный пересчет матриц L и U. Однако, структура на рисунке 2.1 имеет ряд параметров, изменение которых повлияет только на границы диэлектрик-диэлектрик. Один из них – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика r. Ее изменение приведет к изменению лишь части элементов на главной диагонали матрицы с индексами больше NA. Вид матрицы при изменении r приведен на рисунке 2.2а. Другим параметром является толщина диэлектрика между сигнальными проводниками hC, изменение которой приводит к изменению строк и столбцов в нижней и правой частях матрицы S. Вид матрицы СЛАУ при изменении hС приведен на рисунке 2.2б. Поэтому при таком (как на рисунке 2.2) изменении матрицы СЛАУ будут пересчитываться лишь несколько блоков матриц L и U, соответствующих изменившимся блокам матрицы СЛАУ.

Загрузка...

NA NA N N

NA NA

N N б а Рисунок 2.2 – Вид матрицы СЛАУ при изменении (жирная линия) r (а) и hC (б) Выполнено усовершенствование, с учетом изменения матрицы СЛАУ как на рисунке 2.2а, исходного алгоритма вычисления ряда емкостных матриц с помощью блочного LU-разложения и оценено ускорение усовершенствованным алгоритмом. Сначала для этого получены аналитические выражения арифметической сложности и ускорения усовершенствованным алгоритмом. По полученным выражениям проведены аналитические оценки, а после – вычислительные. Поскольку при получении аналитических выражений учитывались операции, связанные непосредственно с решением СЛАУ, то для проверки корректности аналитических оценок выполнена программная реализация многократного решения СЛАУ при нахождении m емкостных матриц исходным и усовершенствованным алгоритмами. Для проведения вычислительного эксперимента использовались 2 рабочих станции (РС) без параллельных вычислений, т.е. работало одно ядро процессора. Оценки ускорения при NA/N=0,9 для NCOND=1, 10 сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Вычислительная оценка ускорения решения СЛАУ за счет использования усовершенствованного алгоритма вычисления m емкостных матриц m

NCOND РС

1 5,98 11,97 16,93 22,09 27,07 31,53 35,56 38,72 42,1 44,56 2 7,13 1401 20,09 26,2 30,91 32,33 31,97 36,58 39,21 41,12 1 5,94 11,86 16,33 21,46 25,93 29,39 32,75 33,91 38,03 42,10 2 7,4 14,47 18,07 24,15 29,96 34,74 37,3 42,89 45,65 46,84 Таблица 2.1 подтверждает ряд оценок, полученных аналитически.

Ускорение вычислений возрастает по мере роста m, однако пределы этого роста ниже полученных аналитически. Примечателен нестабильный характер зависимости ускорения от NCOND. Таким образом, получено максимальное ускорение решения СЛАУ при вычислении емкостной матрицы 46,84 раза.

Также выполнено усовершенствование, с учетом изменения матрицы СЛАУ как на рисунке 2.2б, исходного алгоритма вычисления ряда емкостных матриц с помощью блочного LU-разложения. Получены аналитические выражения для априорной оценки ускорения. Выполнены аналитические и вычислительные оценки ускорения.

2.3 Использование блочного LU-разложения для ускорения квазистатического моделирования задач ЭМС Рассмотрено использование блочного LU-разложения для уменьшения времени вычисления ёмкостной матрицы в диапазоне параметров и временного отклика с учетом зависимости r(f). Для моделирования выбрана связанная МПЛ, поскольку в ней легко контролировать количество подобластей, на которые разбиваются её границы. Выполнен ряд оценок ускорения в зависимости от различных параметров матрицы S и количества вычислений m.

Примечательна оценка максимального Таблица 2.2 – Время 2k вычислений ускорения вычисления ёмкостной ёмкостной матрицы при N=165, 1650 матрицы при NA/N=0,87 для m=2k N=165 N=1650 вычислений, где k = 10, 11,..., 15 m=2k TИ, с TУ, с TИ/TУ TИ, с TУ, с TИ/TУ (таблица 2.2). Видно, что при больших 210 13,4 5,0 2,69 1853,4 209,6 8,86 m ускорение не зависит от количества 211 27,1 10,0 2,71 3707,8 418 8,87 212 53,7 19,8 2,71 7415,2 835,7 8,87 вычислений, но возрастает в 3,25 раза 213 107,1 38,8 2,76 14835 1672,1 8,87 при увеличении N в 10 раз. Таким 214 213,8 81,1 2,63 29600 3353,9 8,82 образом, показано максимальное 428,9 161,8 2,65 59230 6701,1 8,84 ускорение многократного вычисления емкостной матрицы 8,8 раза.

На примере той же связанной МПЛ выполнено моделирование временного отклика с учетом зависимости r(f) материала FR-4. Воздействием является импульс в виде трапеции с длительностями: фронта/спада 100 пс, а плоской вершины – 10 пс. Количество отсчётов сигнала по времени (а, следовательно, и количество решений СЛАУ) равно 216.

Для оценки ускорения вычислений проведено несколько вычислений отклика с изменением длины подынтервала d для границ диэлектрик-диэлектрик, в ходе которых с каждым вычислением отклика значение d увеличивалось в Таблица 2.3 – Время и ускорение вычисления отклика в зависимости от d 2 раза по сравнению с предыдущим l, мкм NA N NA/N TИ, с TУ, с TИ/TУ значением (от 5 мкм до 640 мкм). В 5 288 708 0,40 9825 4587 2,15 результате моделирования получено, что 10 288 498 0,58 4341 2012 2,16 увеличение d вносит некоторую ошибку 20 288 393 0,75 2668 1312 2,03 40 288 339 0,85 2057 1088 1,89 при вычислении ёмкостной матрицы, что 80 288 314 0,92 1820 1024 1,77 влияет на отклик: график сдвигается 160 288 302 0,95 1722 995 1,73 влево и увеличивается амплитуда 320 288 295 0,98 1654 976 1,69 импульсов. Полученные время и 640 288 291 0,99 1610 969 1,66 ускорение сведены в таблицу 2.3, из

–  –  –

Как видно из таблицы 3.2, Таблица 3.2 – Зависимости амплитуд первых трех импульсов на выходе витка уменьшение s приводит к увеличению меандровой линии от s амплитуды первого импульса и s, мкм 250 200 150 100 уменьшению амплитуд второго и V1, мВ 67,1 71,1 74 79 третьего импульсов, что подтверждает V2, мВ 93,8 89,9 86 84 возможность минимизации амплитуды V3, мВ 87 83 81,5 81 сигнала в конце витка меандровой 2–1, пс 1016 1016 1012 1012 линии за счет выравнивания амплитуд 3–2, пс 160 160 164 172 первых трех импульсов. Получено максимальное ослабление амплитуды СКИ 6,3 раза. Видно последовательное приближение к оптимальному выбору: амплитуда сигнала на выходе уменьшилась с 93,8 мВ до 84 мВ, а амплитуда первого импульса лишь на 5 мВ меньше. Также видно характерное увеличение при усилении связи между проводниками за счет уменьшения разноса. Таким образом, экспериментально подтверждена возможность разложения СКИ в витке меандровой линии на последовательность импульсов малой амплитуды.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕЛОСТНОСТИ СИГНАЛОВ В ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТАХ БОРТОВОЙ РЭА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

4.1 Сравнительная оценка параметров связанных микрополосковых линий на основе материалов RT/duroid и FR-4 Проведено сравнение параметров связанных МПЛ на основе материала FR-4 и нескольких марок материала RT/duroid. В результате выявлено, что при ширине проводников равной разносу между ними значения коэффициентов взаимовлияний для материала FR-4 значительно (в 1,5–3 раза) выше характеристик материалов марки duroid, а при фиксированном разносе 1 мм они ведут себя по-разному (отличаются в 0,5–1,4 раза).

4.2 Моделирование целостности сигналов в печатных платах Показана возможность уменьшения в 2 раза амплитуды перекрестных наводок в многопроводной линии передачи реальной печатной платы бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата за счет нанесения влагозащитного покрытия оптимальной толщины. В результате моделирования перекрестных наводок и коэффициента передачи в многопроводном межсоединении реальной печатной платы бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата в диапазоне частот от 10 МГц до 30 ГГц показано, что на частоте 1,5 ГГц, близкой к частотам работы навигационных систем, амплитуда перекрестной наводки может достигать 20% от амплитуды сигнала в активной линии.

4.3 Разработка методик для обеспечения электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры Предложена методика предварительного моделирования ЦС печатных плат бортовой РЭА в системе TALGAT, которая состоит из детального анализа прохождения печатных трасс по слоям платы; учета сложности диэлектрического заполнения стека платы; вычисления погонных параметров межсоединения; оценки вклада каждого из отрезков межсоединения в уровень перекрестных наводок; построения эквивалентной схемы фрагмента;

вычисления временного отклика; анализа полученных результатов. Предложена методика распределения контактов питания соединителей DB-9, DB-25, СНПбортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата, которая позволила уменьшить импеданс питания более чем в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении диссертации перечислены ее результаты, показавшие, что цель работы достигнута, а они имеют значение для технических наук в области исследования «Разработка научных и технических основ проектирования, конструирования, технологии производства, испытания и сертификации радиотехнических устройств» по п. 9 паспорта специальности 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

Монография

1. Совершенствование моделирования и обеспечения электромагнитной совместимости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов: моногр. / В.К. Салов, А.М. Заболоцкий, С.П. Куксенко, П.Е. Орлов, Р.С. Суровцев. Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2014. – 131 с.

Статьи в журналахиз перечня ВАК

2. Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Ускорение многократного решения СЛАУ с частично изменяющейся матрицей // Доклады Томск. гос. унта систем упр. и радиоэлектроники. – 2011, – №2 (24) часть 1. – С. 141–144.

3. Суровцев Р.С., Салов В.К. Исследование ускорения многократного решения СЛАУ с частично изменяющейся матрицей // Электромагнитные волны и и электронные системы. – 2012. – №10. – C. 22–24.

4. Суровцев Р.С., Куксенко С.П. Вычисление матрицы ёмкостей произвольной системы проводников и диэлектриков методом моментов:

зависимость ускорения за счет блочного LU-разложения от порядка матрицы СЛАУ // Известия вузов. Физика. – 2012. – Т. 55. – № 9/2. – C. 126–130.

5. Суровцев Р.С., Салов В.К. Использование блочного LU-разложения для ускорения вычислений матрицы ёмкостей в диапазоне изменения диэлектрической проницаемости диэлектрика: состояние дел, новые результаты и перспективы исследований // Доклады Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2012. – №2 (26), ч. 2. – С. 51–54.

6. Суровцев Р.С., Салов В.К., Куксенко С.П. Использование блочного LUразложения для ускорения вычисления временного отклика связанных линий передачи с учётом частотной зависимости диэлектрической проницаемости подложки / Инфокоммуникационные технологии, 2013. – №3, Т. 11. – С. 64–69.

7. Суровцев Р.С. Методика предварительного моделирования целостности сигналов в межсоединениях печатных плат бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата в системе TALGAT / Доклады Томск. гос.

ун-та систем упр. и радиоэлектроники – 2013. –3(29). – С. 165–169.

8. Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Аналитическая оценка вычислительных затрат на решение СЛАУ при многократном вычислении емкостной матрицы в диапазоне изменения диэлектрической проницаемости диэлектриков // Зап. научн. семин. ПОМИ. – 2014. – Т. 428. – С. 196–207.

9. Суровцев Р.С., Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р., Орлов П.Е.

Распространение импульса в меандровой линии с неоднородным диэлектрическим заполнением без искажений его формы перекрестными наводками // Доклады Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2014. – 4(34). –С. 36–40.

10. Суровцев Р.С., Газизов Т.Р. Оценка целостности сигналов в печатных платах системы автономной навигации космического аппарата // Электронный журнал «Труды МАИ». – 2015. – № 83. – С. 1–19. (дата публикации 5.10.2015).

11. Носов А.В., Суровцев Р.С., Газизов Т.Р. Меандровая линия задержки из двух витков, защищающая от сверхкоротких импульсов // Доклады Томск. гос.

ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2015. – 3(37). –С. 120–124.

12. Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Многократное решение системы линейных алгебраических уравнений с помощью блочного LUразложения для вычисления емкостной матрицы системы проводников и диэлектриков при изменении ее параметров // Доклады Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. – 2015. – №3 (37). – С. 132–139.

13. Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Многократное вычисление емкостной матрицы системы проводников и диэлектриков с изменяющимися параметрами с помощью блочного LU-разложения при решении СЛАУ // Инфокоммуникационные технологии. – 2015. – №4, Т. 14. (Принята).

Статья в рецензируемом журнале

14. Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Мелкозеров А.О., Куксенко С.П., Орлов П.Е., Салов В.К., Калимулин И.Ф., Аширбакиев Р.И., Ахунов Р.Р., Суровцев Р.С., Комнатнов М.Е. Пути решения актуальных проблем проектирования радиоэлектронных средств с учетом электромагнитной совместимости// Техника радиосвязи. – 2014. – №2(22). – С. 11–22.

Патенты и свидетельства

15. Патент на изобретение №2556438 Российская Федерация. Линия задержки, не искажающая импульс / Суровцев Р.С., Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. – Заявка №2013159347/08(092269); заявлен 30.12.2013; опубликован 16.06.2015, Бюл. №19.

16. Патент на изобретение №2568327 Российская Федерация. Меандровая линия с дополнительной задержкой / Суровцев Р.С., Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. – Заявка №2014108688/08(013789); заявлен 05.03.2014; опубликован 10.09.2015, Бюл. №25.

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012660373. TALGAT 2011. Авторы: Газизов Т.Р., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Заболоцкий А.М. и др. Всего 13 чел. Заявка №2012618426.

Дата поступления 5.10.2012 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 16.11.2012 г.

18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013619615. TALGAT 2012. Авторы: Газизов Т.Р., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Заболоцкий А.М. и др. Всего 13 чел. Заявка №2013617773.

Дата поступления 29.08.2013 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11.10.2013 г.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618171. SingleLineImpedanceWidth. Авторы: Салов В.К., Суровцев Р.С., Газизов Т.Р. Заявка №2014615809. Дата поступления 17.06.2014 г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.08.2014 г.

20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618169. DifferentialLineImpedanceWidth. Авторы: Салов В.К., Суровцев Р.С., Газизов Т.Р. Заявка №2014615807. Дата поступления 17.06.2014 г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.08.2014 г.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014660639. MicrostripNcond. Авторы: Салов В.К., Суровцев Р.С., Газизов Т.Р.

Заявка №2014615106. Дата поступления 29.05.2014 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.10.2014 г.

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014661020. ConnectorDB9Reponse. Авторы: Салов В.К., Суровцев Р.С., Газизов Т.Р. Заявка №2015612892. Заявка №2014615113. Дата поступления 29.06.2014 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.10.2014 г.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014661618. ConnectorDB25Parameters. Авторы: Суровцев Р.С., Газизов Т.Р.

Заявка №2014619249. Дата поступления 15.09.2014 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.11.2014 г.

24. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014661617. ConnectorSNP393Parameters. Авторы: Суровцев Р.С., Газизов Т.Р.

Заявка №2014619248. Дата поступления 15.09.2014 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.11.2014 г.

25. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015614365. TALGAT 2013. Авторы: Газизов Т.Р., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Заболоцкий А.М. и др. Всего 15 чел. Заявка №2015611288.

Дата поступления 03.03.2015 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 16.04.2015 г.

26. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015617207. Временной отклик последовательного интерфейса процессора. Авторы: Зырянова Н.А., Суровцев Р.С., Комнатнов М.Е, Газизов Т.Р. Заявка №2015614262. Дата поступления 22.05.2015 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 03.07.2015 г.

27. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015615793 РФ. Многократное решение систем линейных алгебраических уравнений с частично изменяющейся матрицей. Авторы: Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Заявка № 2015612566. Дата поступления 02.04.15 г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.05.15.

28. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618664 РФ. Вычисление комплексной емкостной матрицы многопроводной микрополосковой линии на подложке из FR-4 в диапазоне частот с помощью блочного LU-разложения. Авторы: Суровцев Р.С., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Заявка № 2015612938. Дата поступления 02.04.15.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.08.15.

29. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015617550 РФ. TALGAT 2014. Авторы: Т.Р. Газизов, А.О. Мелкозеров, Т.Т.

Газизов, С.П. Куксенко, А.М. Заболоцкий и др. Всего 17 чел. Заявка №2015614488. Дата поступления 27 мая 2015 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17 июля 2015 г.

30. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015660487. TALGAT 2015. Авторы: Т.Р. Газизов, А.О. Мелкозеров, Т.Т. Газизов, С.П. Куксенко, А.М. Заболоцкий и др. Всего 17 чел. Заявка №2015617580. Дата поступления 17 августа 2015 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 01 октября 2015 г.

Статьи в зарубежных конференциях и симпозиумах

31. Gazizov T., Melkozerov A., Zabolotsky A., Kuksenko S., Orlov P., Surovtsev R. etc. Ensurance and simulation of electromagnetic compatibility: recent results in TUSUR University // Proc. of the Int. Conf. on Applied Physics, Simulation and Computers (APSAC 2015), Austria, Vienna. – 2015. – P. 152–161.

32. Kuksenko S.P., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M., Ahunov R.R., Surovtsev R.S., Salov V.K., Lezhnin Eg.V. New developments for improved simulation of interconnects based on method of moments // Advances in Intelligent Systems Research. Proc. of the 2015 Int. Conf. on Modelling, Simulation and Applied Mathematics (MSAM2015), Phuket, Thailand. – 2015. – P. 293–301.

33. Gazizov T.R., Kuksenko S.P., Surovtsev R.S. Acceleration of multiple solution of a boundary value problem involving a linear algebraic system // Proc. of the 13th Int. Conf. of Numerical Analysis and Applied Mathematics, 2015. – Rhodes, Greece, P. 1–4.

Статьи в отечественных конференциях и симпозиумах

34. Суровцев Р.С. Обзор методов блочного LU-разложения // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР-2011». – Томск. – 2011. – С. 141–143.

35. Суровцев Р.С., Мелкозеров А.О. Выбор оптимальных параметров дифференциальной пары на печатной плате // Материалы докладов всерос.

науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР-2012». – Томск. – 2012. – C. 123–126.

36. Суровцев Р.С. Моделирование влияния толщины влагозащитного покрытия печатной платы на уровень ближней перекрестной помехи в восьмипроводной линии передачи // Труды V Общеросс. молодежн. научн.технич. конф. «Молодежь. Техника. Космос». – Спб. – 2013. – С. 249–251.

37. Суровцев Р.С., Заболоцкий А.М. Влияние покрывающих диэлектрических слоёв печатной платы на погонную задержку и волновое сопротивление микрополосковой линии передачи // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР-2013». – Томск. – 2013. – С. 144–146.

38. Почуев М.И., Суровцев Р.С. Вычисление перекрестных наводок трасс с лицевой связью в печатной плате аппаратуры радионавигации космического аппарата // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. «Научная сессия ТУСУР-2013». – Томск. – 2013. – С. 23–26.

39. Суровцев Р.С. Оценка применимости математических моделей для вычисления погонной задержки микрополосковых линий к линиям с диэлектрическими покрытиями // Труды VI общеросс. молодежн. научн.-технич.

конф. «Молодежь. Техника. Космос». – Спб. – 2014. – С. 76–78.

40. Салов В.К., Суровцев Р.С. Методика распределения контактов соединителя бортовой аппаратуры, обеспечивающая минимальный импеданс // Сборник научных трудов II Всерос. форума «Космическое приборостроение».

ФГБОУ ВПО НИ ТПУ. – Томск. – 2014. – С. 148–151.

41. Белоусов А.О., Суровцев Р.С., Комнатнов М.Е. Оценка перекрестных наводок в многопроводном межсоединении печатной платы системы автономной навигации // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф.

«Научная сессия ТУСУР-2015». – Томск. – 2015. – С. 163–165.

42. Джанбаев К.Э., Суровцев Р.С., Комнатнов М.Е. Моделирование дифференциальной пары на печатной плате системы автономной навигации // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. «Научная сессия ТУСУРТомск. – 2015. – С. 181–183.

43. Зырянова Н.А., Суровцев Р.С., Комнатнов М.Е. Анализ влияния сопротивления нагрузок связанных линий печатной платы системы автономной навигации // Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. «Научная сессия ТУСУР-2015». – Томск. – 2015. – С. 157–160.

44. Surovtsev R.S., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. Pulse Decomposition in a Turn of Meander Line as a New Concept of Protection against UWB Pulses // Proc.

of Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Omsk, Russian Federation. – 2015. – P. 1–7.

45. Surovtsev R.S., Nosov A.V., Zabolotsky A.M. Simple Method of Protection against UWB Pulses Based on a Turn of Meander Microstrip Line // 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. – 2015. – P. 175–177.

46. Носов А.В., Суровцев Р.С. Оценка влияния потерь на разложение сверхкороткого импульса в витке воздушной меандровой линии // Материалы XI междунар. науч.-практич. конф. «Электронные средства и системы управления» – Томск. – 2015. – ч. 2 – С. 47–52.



Похожие работы:

«Артищев Сергей Александрович ДИАГНОСТИКА КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ И ПРОВОДНИКОВ МЕТОДОМ НЕЛИНЕЙНОЙ ВИДЕОИМПУЛЬСНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ Специальность 05.12.04 – «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Томск – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет...»

«ВОЛОВАЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара 2015   Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский...»

«Ахметов Денис Булатович СИНТЕЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Научный...»

«ПАНКРАТОВА НАТАЛЬЯ МИХАЙЛОВНА ОБНАРУЖЕНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ МЕЖДУ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПО ДАННЫМ МАГНИТНОЙ ЭНЦЕФАЛОГРАФИИ Специальность: № 03.01.02 – Биофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2015 Работа выполнена в Отделе перспективных информационных технологий Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт математических проблем биологии Российской...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.