Функциональная схема синтезатора радиостанции
реклама
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.Р.БЕРУНИ АВИАЦИОННЫЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА: «ЭКСПЛУАТАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И АЭРОПОРТОВ» Допустить к защите в ГЭК Зав.кафедрой «РЭО JIAи А» к.ф.-м.н., доц. И.М.Сайдумаров ____________________________ «_____»______________2014г. Направление образования: 5524600 - «Эксплуатация авиационного радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов» Выпускная квалификационная работа ТЕМА: "РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО УКВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ YHF DATA LINK (YDL-4)" Выполнил: Халиков Б. Х. Руководитель: доц. Сайдумаров И.М. Рецензент: Ташкент-2014г. 0 Содержание Введение ................................................................................................................... 2 ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОСТАНЦИИ БАКЛАН ............ 4 1.1. Общие сведения и принцип работы.......................................................... 4 1.2. Конструкция радиостанции Баклан .......................................................... 9 1.3. Приемопередатчик.................................................................................... 10 1.4. Функциональная схема радиостанции Баклан ...................................... 14 1.5. Принципиальная схема радиостанции Баклан ...................................... 22 ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО УКВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ YHF DATA LINK ....................... 36 2.1. Основные принципы построения радиостанции с режимом VDL-2 ..... 36 2.1.1. Руководящие документы. ........................................................................ 37 2.1.2. Возможные конфигурации оборудования ............................................. 38 2.1.3. Основные требования к радиостанции .................................................. 40 2.2. Текущее состояние разработки.................................................................. 41 2.3. Структурная схема и конструкция радиостанции ................................... 43 2.3.1 Конструкция радиостанции ..................................................................... 43 2.3.2 Функциональная схема радиостанции .................................................... 47 2.4. Функциональные возможности радиостанции ........................................ 48 2.5. Основные технические характеристики радиостанции .......................... 50 ГЛАВА III. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .......................................................... 51 Технико-экономическое обоснование ............................................................. 51 ГЛАВА IV. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ .............................. 60 Охрана труда ....................................................................................................... 60 Заключение ............................................................................................................ 71 Литература ............................................................................................................. 73 1 Введение Радиолокационное оборудование играет большую роль для обеспечения безопасности полетов. Бортовые приемопередающие диапазона УКВ радиостанции предназначены для обеспечения радиосвязью в симплексном режиме экипажей самолетов, вертолетов между собой и с диспетчерами наземных служб управления воздушным движением (УВД). Радиостанция конструктивно выполнена в виде четырех отдельных устройств: приемопередатчика, пульта дистанционного управления, дополнительного усилителя низкой частоты, амортизационной рамы. Приемопередатчик и дополнительный УНЧ устанавливаются на амортизационную раму. Пульт дистанционного управления размещается на приборной доске в кабине экипажа. Цифровой УКВ канал передачи данных режима 2 (VDL-2) является одним из каналов сети авиационной электросвязи (ATN), основанной на 7уровневой модели взаимодействия открытых систем (OSI) ISO. Канал VDL-2 выполняет функции трех нижних уровней модели OSI (рис. 2-1). • Уровень 1 (физический) обеспечивает управление частотой передачи, модуляцию и демодуляцию сигнала, а также функции уведомления. Руководящие документы определяют модуляцию VDL-2 как дифференциальную восьмипозиционную манипуляцию фазовым сдвигом (D8PSK) со скоростью 10,5 кБод или 31,5 кбит/с. • Уровень 2 (канальный) обеспечивает надежную передачу пакетов данных и доступ к физическому каналу, он разделяется на два подуровня и объект управления. Подуровень управления доступом к среде передачи (MAC) использует метод 2 множественного доступа с контролем занятости (CSMA). Подуровень услуг канала данных (DLS) использует протокол управления авиационным ОВЧ каналом (AVLC), являющийся частным случаем высокоуровневого протокола управления каналом передачи данных (HDLC или ISO 3309). Главные функции этого протокола – сборка и разборка кадров, обнаружение и исправление ошибок, повторная передача искаженных кадров. Объект управления каналом (LME) обеспечивает установку канала. 3 ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОСТАНЦИИ БАКЛАН 1.1. Общие сведения и принцип работы В радиостанции для формирования сетки частот применен цифровой метод частотного синтеза с фазовой автоподстройкой частоты по высокостабильному опорному генератору. Данный метод обеспечивает беспоисковую, бесподстроечную связь в пределах диапазона частот. Установка требуемой частоты производится при помощи двух ручек на пульте дистанционного управления (ПДУ). Пульт дистанционного управления может располагаться как в непосредственной близости от приемопередатчика, так и на расстоянии до 40 м. Питание радиостанции осуществляется от борт сети постоянного тока напряжением от 24 до 29,4 В. Радиостанция сохраняет работоспособность при снижении напряжения борт сети до 18 В. Радиостанция рассчитана для работы на самолетную антенну с волновым сопротивлением излучения 50 Ом и КБВ не менее 0,2. Связь с антенной осуществляется коаксиальным кабелем типа РК50-7-11 с волновым сопротивлением 50 Ом. В зависимости от типа СПУ, используемого в летательном аппарате, радиостанция выпускается либо с дополнительным УНЧ под низ-коомные телефоны, либо с дополнительным УНЧ под высокоомные телефоны, либо без дополнительного УНЧ при наличии УНЧ в составе СПУ. Назначение радиостанции Баклан Бортовая приемопередающая диапазона MB радиостанция «Баклан» предназначена для обеспечения радиосвязью в симплексном режиме экипажей самолетов, вертолетов между собой и с диспетчерами наземных служб управления воздушным движением (УВД). 4 Рис. 1. Общий вид радиостанции Баклан. 1- регулятор напряжения самопрослушивания; 2 - регулятор глубины модуляции; 3 - регулятор громкости; 4 переключатель частоты через 1 МГц; 5 - переключатель частоты через 100 и 25 кГц; 6 тумблер включения ПШ; 7 - земляная клемма. В радиостанции Баклан для формирования сетки частот применен цифровой метод частотного синтеза с фазовой автоподстройкой частоты по высокостабильному опорному генератору. Этот способ дает возможность вести беспоисковую, бесподстроечную связь в пределах диапазона частот. Выбор нужной частоты производится двумя ручками на пульте дистанционного управления (ПДУ). Пульт дистанционного управления может монтироваться как в непосредственной близости от приемопередатчика, так и на расстоянии до 40 м. Питание радиостанции производится от бортовой сети постоянного тока напряжением от 24 до 29,4 В. Работоспособность радиостанции Баклан сохраняется при снижении напряжения бортсети до 18 В. 5 Радиостанция рассчитана для работы на самолетную антенну с волновым сопротивлением излучения 50 Ом и КБВ не менее 0,2. Связь радиостанции с антенной осуществляется коаксиальным кабелем типа РК507-11 с волновым сопротивлением 50 Ом. В зависимости от типа СПУ, используемого в летательном аппарате, радиостанция выпускается либо с дополнительным УПЧ под низкоомные телефоны, либо с дополнительным УНЧ под высокоомные телефоны, либо без дополнительного УНЧ при наличии УНЧ в составе СПУ. Основные технические данные радиостанции Баклан Наименование параметров Величина параметра (требований) "Баклан-5/5Ш" "Баклан- 20/20Ш" Диапазон частот, МГц 118,000-135,975 118,000-135,975 Разнос частот между соседними каналами, кГц 25 25 Общее число каналов связи 720 720 Максимальный уход рабочей частоты радиостанции во всех условиях эксплуатации, %, не более 0,001 Выходная мощность передатчика, Вт, не менее 5 16 10 10 0,001 Коэффициент нелинейных искажений Передатчика, %, не более Коэффициент модуляции передатчика, %, не менее 85 85 6 6 Неравномерность частотной характеристики передатчика в диапазоне 300-3000 Гц, дБ, не более Напряжение самопрослушивания передатчика, В: - на низкоомных телефонах, в пределах 3,5-8,5 3,5-8,5 - на высокоомных телефонах, в пределах 20-50 20-50 Чувствительность приемника, мкВ, не хуже Порог срабатывания подавителя шума, мкВ, не более - при работе в системе со смещенной 6 2,5 2,5 2,5 2,5 несущей, мкВ, не более 20/30 20/30 Выходное напряжение приемника, В: - на нагрузке 600 Ом, не менее 7,8 7,8 - с дополнительным УНЧ на четырех парах низкоомных телефонов, в пределах 8,5-15,6 8,5-15,6 - с дополнительным УНЧ на четырех парах высокоомных телефонов, в пределах 50-100 50-100 Изменение напряжения на выходе приемника при изменении входного сигнала от 5 мкВ до 0,1 В, дБ, не более 3 3 Коэффициент нелинейных искажений приемника, %, не более10 Промежуточная частота приемника, МГц 10 20 20 Полоса пропускания приемника, кГц: - при ослаблении сигнала на 6 дБ, не менее - при ослаблении сигнала на 60 дБ, не более ±8/±16,5 ±8/±16,5 ±18,5/±37 ±18,5/±37 Ослабление ложных каналов приема, дБ 80 80 Ослабление гармонических составляющих передатчика, - дБ, не менее - - мкВт, не более 60 20 - Ослабление паразитных излучений передатчика, дБ, не менее 85 90 Неравномерность частотной характеристики приемника в диапазоне 300—2500 Гц, дБ, не более 6 6 Мощность, потребляемая от бортсети, Вт, не более - в режиме «прием» 30 - в режиме «передача» 30 85 180 Время перехода с канала на канал, с, не более 11 Время перехода с «приема» на «передачу», с, не более Высотность, м 0,5 0,5 14 000 14 000 Диапазон рабочих температур, К 219-328 Максимальная относительная влажность при температуре окружающей среды 313 К, % 7 98 98 219-328 Наработка на отказ, ч. 2000 2000 Назначенный ресурс, ч. 20000 20000 Технический ресурс до первого планового ремонта, ч. 8000 8000 Цикличность работы, мин. - в рабочем диапазоне температур: передача 1 1 прием 4 4 - при температуре 344 К в течение 30 мин.: передача 1 1 прием 9 9. Состав радиостанции Баклан Радиостанция выпускается в двух вариантах: - с выходной мощностью передатчика 5 Вт («Баклан-5»); - с выходной мощностью передатчика 16 Вт («Баклан-20»). В комплект радиостанции входят: - приемопередатчик; - амортизационная рама; - дополнительный усилитель низкой частоты; - пульт дистанционного управления. Комплект радиостанции Баклан показана на рисунки 2. 8 Рис.2. Комплект радиостанции Баклан. 1 - приемопередатчик; 2 - амортизационная рама; 3 - пульт дистанционного управления; 4 - дополнительный усилитель низкой частоты. Габаритные размеры блоков и масса радиостанции Баклан Длина (глубина), мм Приемопередатчик Ширина, мм Высота, мм Масса, кг 370 128 90 4±0,600 Амортизационная рама: под один приемопередатчик 1,15±0,115 410 134 125 под два приемопередатчика 2,3±0,230 410 270 125 Пульт дистанционного управления 102 Дополнительный УНЧ 0,3±0,030. 146 60 64 126 0,55±0,055 40 Конструкция радиостанции Баклан 1.2. Радиостанция конструктивно выполнена в виде четырех отдельных устройств: приемопередатчика, пульта дистанционного управления, дополнительного усилителя низкой частоты, амортизационной рамы. Приемопередатчик и дополнительный 9 УНЧ устанавливаются на амортизационную раму. Пульт дистанционного управления размещается на приборной доске в кабине экипажа. Рис.3. Монтажный чертеж радиостанции Баклан. 1.3. Приемопередатчик Приемопередатчик состоит из трех блоков: корпуса приемопередатчика, приемника и синтезатора частот. Приемник и синтезатор — съемные, крепятся к корпусу четырьмя невыпадающими винтами каждый. 1) Корпус приемопередатчика. Корпус является несущим элементом конструкции приемопередатчика. Для обеспечения тепловых режимов работы приемопередатчика корпус выполнен из алюминиевого сплава в виде радиатора. В переднем боковом отсеке корпуса размещена печатная плата модулятора. Транзисторы Т11 и Т12 модулятора размещены на лицевой стороне передней панели корпуса и закрыты защитной декоративной крышкой. Транзистор Т13 модулятора и транзистор Т2 субблока питания расположены на верхней стенке корпуса снаружи и закрыты защитной декоративной крышкой. В передней части корпуса размещены крупногабаритные элементы оконечного усилителя модулятора. В заднем боковом отсеке корпуса размещена печатная плата 10 усилителя мощности и антенный фильтр. Транзисторы усилителя крепятся непосредственно на стенку корпуса. Отсек усилителя закрывается крышкойэкраном. Внутри корпуса на верхней стенке размещается плата субблока питания, конденсаторы сетевого фильтра и соединительный жгут приемопередатчика. Транзисторы Т7 и Т8 субблока питания размещены на задней съемной крышке корпуса. В заднем отсеке корпуса размещены проходные фильтры и элементы сетевого фильтра. Внутри корпуса в задней части на приливах крепятся разьемы для сочленения со съемными блоками — приемником и синтезатором частот. На передней панели корпуса размещены узлы крепления приемопередатчика, к амортизационной раме, клемма «Земля» и потенциометры МОД (модуляция) и СП (самопрослушивание). На задней стенке корпуса установлен разъем для сочленения приемопередатчика приемника, синтезатора и с амортизационной передатчика рамой. закрываются Отсеки защитными декоративными крышками, каждая из которых крепится четырьмя винтами. 2) Приемник. Приемник выполнен в виде автономного съемного блока, который сочленяется с корпусом приемопередатчика с помощью разъема типа РП-15 и трех миниатюрных радиочастотных соединителей. Корпус приемника паяный, выполненный из листового алюминиевого сплава. Монтаж приемника комбинированный: объемный навесной в отсеках УВЧ и УПЧ и печатный в УНЧ (2 печатные платы). Отсеки УВЧ и УПЧ закрываются подпружиненными крышками-экранами. 3) Синтезатор частот. Конструкция синтезатора частот и его сочленение с корпусом приемопередатчика выполнена аналогично приемнику, с преобладанием 11 Рис.4. Принципиальная схема корпуса приемопередатчика радиостанции Баклан. печатного монтажа. С внутренней стороны синтезатора размещена плата ДПКД и соединительный разъем типа РП-15, с наружной стороны за перегородкой размещена плата ВЧД и ДОЧ с опорным генератором и ФНЧ, плата возбудителя с ГУН. Соединение плат ДПКД и ВЧД осуществляется разъемом типа СНП. Дополнительный УНЧ. Дополнительный УНЧ смонтирован в паяном корпусе из алюминиевого сплава. Монтаж блока объемный навесной. Сверху блок закрыт защитной декоративной крышкой. Блок устанавливается на амортизационной раме и сочленяется с монтажом комплекса разъемом типа РП-15. Крепление осуществляется двумя винтами. Амортизационная рама. Амортизационная рама для одного и двух приемопередатчиков конструктивно аналогична. На основаниях закреплены: спереди — замки крепления приемопередатчиков; снизу — амортизаторы типа АПН, кронштейн крепления дополнительного УНЧ, земляные шины; сзади установлена распределительная коробка. На распределительной коробке установлены: спереди — подпружиненные ловители и разъем для сочленения с приемопередатчиком; сверху — держатель предохранителя и 12 разъем типа 2РМДТ и СР-50 для соединения с бортовыми кабельными сетями; внутри — диод для защиты радиостанции при ошибочном включении питания обратной полярности. Рис.5. Принципиальная схема амортизационной рамы радиостанции Баклан. ПДУ. ПДУ состоит из панели, на которой установлены механизм набора каналов, арматура подсвета, тумблер ПШ и регулятор громкости. Спереди пульт закрыт светопроводом, сзади — защитным кожухом. Управление механизмом набора каналов осуществляется двумя ручками. Левая ручка связана с переключателем частоты через 1 и 10 МГц, правая — с переключателем через 25 и 100 кГц. Отсчет набранной частоты производится по счетчику, подвижные шкалы которого совмещены с кодовыми дисками переключателей. Кодовые диски представляют собой платы с нанесенным на них печатным рисунком. Крепление ПДУ к приборной доске осуществляется 13 четырьмя невыпадающими винтами, подключение к приемопередатчику - с помощью разъема [1-4]. 1.4. Функциональная схема радиостанции Баклан Функционально радиостанция состоит из трактов приема, передачи и общих устройств: системы питания, системы перестройки, системы управления. Рис.6. Функциональная схема радиостанции Баклан. Функциональная схема приемного устройства радиостанции Баклан В состав приемного устройства входят: усилитель высокой частоты (УВЧ); смеситель; усилитель промежуточной частоты (УПЧ); детектор сигнала и АРУ; усилитель низкой частоты (УПЧ); система подавления шумов; система автоматической регулировки громкости (АРГ); 14 система автоматической регулировки усиления (АРУ); усилитель «Селкол». Приемник выполнен по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Входной сигнал диапазона частот 118,000— 136,975 МГц от антенного коммутатора поступает на входной фильтр и далее на однокаскадный усилитель высокой частоты, нагрузкой которого служит полосовой фильтр. УВЧ обеспечивает эффективное усиление приходящего сигнала в полосе частот 1 МГц. Перестройка полосовых фильтров УВЧ осуществляется дискретно через 1 МГц электронным способом, путем подачи соответствующего напряжения управления на варикапы фильтров от матрицы электронной перестройки. Этим же напряжением осуществляется перестройка контура, выполняющего функцию согласования малого выходного сопротивления широкополосного усилителя гетеродина и большого входного сопротивления смесителя. Частота гетеродина в режиме «прием» изменяется дискретно через 25 кГц в диапазоне 138,000—156,975 МГц. Колебания сигнала и гетеродина преобразуются в смесителе в колебания разностной промежуточной частоты. Нагрузкой смесителя является кварцевый фильтр, настроенный на частоту fпр = 20 МГц с полосой пропускания 18 кГц, обеспечивающий необходимое ослабление по соседнему каналу. Далее сигнал промежуточной частоты поступает на четырехкаскадный усилитель промежуточной частоты, где усиливается до величины, обеспечивающей нормальную работу детектора сигнала и АРУ. Для увеличения реальной чувствительности приемника в тракте УПЧ применен однозвенный кварцевый фильтр. Продетектированный сигнал поступает на усилитель низкой частоты, усилитель «Селкол» и подавитель шума. Тракт УНЧ состоит из маломощного и дополнительного мощного усилителей. Для поддержания постоянного уровня выходного напряжения маломощный усилитель охвачен системой 15 АРУ. Сигнал с аттенюатора АРГ через фильтр нижних частот (ФНЧ), где происходит ослабление частот выше 2500 Гц, поступает на маломощный усилитель и далее на дополнительный УНЧ, который, в зависимости от варианта исполнения, работает либо на низкоомные, либо на высокоомные телефоны. Для устранения шума в телефонах в отсутствии сигнала от корреспондента предусмотрен подавитель шума (ПШ). Подавитель шума состоит из усилителя шума, детектора шума, триггера ПШ и ключа. На усилитель шума напряжение с детектора сигнала поступает через фильтр верхних частот, обеспечивающий необходимое ослабление речевых составляющих приходящего сигнала и пропускание более высокочастотного спектра шума. Усиленный сигнал детектируется, и управляющее напряжение постоянного тока поступает на триггер ПШ, выходное напряжение которого управляет ключом ПШ и обеспечивает коммутацию входа усилителя низкой частоты. Тумблер ПШ, установленный на ПДУ, позволяет открыть приемник независимо от наличия сигнала. Для обеспечения нормальной работы тракта УПЧ в широком интервале входного сигнала применена автоматическая регулировка усиления. С этой целью постоянная составляющая продетектированного сигнала усиливается усилителем постоянного тока и поступает на каскады, охваченные системой АРУ, изменяя их усиление в зависимости от величины приходящего сигнала. Функциональная схема передающего тракта радиостанции Баклан Передающий тракт радиостанции состоит из: усилителя мощности (субблок 3-1); модулятора (субблок 3-2). Усилитель мощности — широкополосный. Согласование входных и выходных сопротивлений транзисторов в каскадах усилителя осуществляется с помощью широкополосных реактивных трансформирующих четырехполюсников - трансформаторов сопротивлений. Для ослабления 16 влияния усилителя на возбудитель, вход усилителя подключен через делитель мощности, а первый и второй каскады питаются от отдельных источников. В передатчике применена амплитудная коллекторная модуляция в 3-х последних каскадах в р/станции «Баклан-20» и в 2-х последних каскадах в р/станции «Баклан-5». Выходные транзисторы модулятора являются управляемыми элементами стабилизатора напряжения питания модулируемых каскадов передатчика. Для обеспечения постоянства коэффициента модуляции не менее восьмидесяти пяти % при больших разбросах уровня входного сигнала, в модуляторе применена схема автоматической регулировки глубины модуляции. Регулятором глубины модуляции МОД, расположенным на передней панели радиостанции, можно понизить чувствительность модулятора при значительных акустических шумах внутри летательного аппарата, тем самым повышая качество передачи. Подключение антенны к выходу передатчика или ко входу приемника, в зависимости от режима работы, осуществляется с помощью антенного коммутатора. Контроль работоспособности передатчика производится прослушиванием собственной передачи. С этой целью часть мощности сигнала детектируется и подается на УНЧ приемника. Регулятором СП (регулировка самопрослушивания), расположенным на передней панели радиостанции, устанавливается желательная громкость в головных телефонах. Антенный фильтр служит для подавления гармонических составляющих передатчика [4-8]. Функциональная схема синтезатора радиостанции Баклан В состав синтезатора (блок 2) входят: 17 делитель с переменным коэффициентом деления (субблок 2-1); высокочастотный делитель (субблок 2-2); возбудитель-гетеродин (субблок 2-3). Для формирования сетки частот применен цифровой метод частотного синтеза с фазовой автоподстройкой частоты по высокостабильному опорному генератору. Генератор, управляемый напряжением (ГУН), обеспечивает перекрытие заданного диапазона частот 118,000—156,975 МГц. Напряжение с автогенератора усиливается широкополосным усилителем (ШУС) и через коммутатор «прием—передача», расположенный в блоке приемника, поступает на усилитель мощности или смеситель приемника в зависимости от выбранного режима работы. ГУН подстраивается в кольце фазовой автоподстройки синтезатора частоты. С этой целью с выхода ШУС через буферный усилитель (БУС) высокочастотное напряжение поступает на делители с постоянным (ВЧД) и переменным (ДПКД) коэффициентом деления, где частота ГУН понижается до частоты сравнения 6,25 кГц. ШУС и БУС обеспечивают усиление сигнала генератора до уровня, необходимого для нормальной работы передатчика и синтезатора, и ослабляют влияние нагрузки на частоту ГУН. Частота опорного генератора с помощью делителя опорной частоты (ДОЧ) понижается до частоты сравнения. Поделенные частоты ГУН и опорного генератора подаются для сравнения на частотно-фазовый детектор (ЧФД). Если выходная частота ДПКД не равна частоте сравнения, то частотно-фазовый детектор вырабатывает сигнал рассогласования. При этом управляющее частотой ГУН напряжение изменяется таким образом, чтобы выходная частота ДПКД стала равной частоте сравнения. Установка необходимого коэффициента деления ДПКД производится с ПДУ по 11 проводам управления одиннадцатиразрядным кодом. 18 Входные цепи обеспечивают работоспособность ДПКД при уровне помех до трех вольт. Коммутация матрицы электронной перестройки (МЭП) приемника осуществляется шестиразрядным кодом, который формируется из кода управления частотой синтезатора. Матрица перестройки приемника вырабатывает напряжение управления входными цепями приемника в зависимости от набранной частоты. В режиме «передача» выдается питание на схему запрета «передачи», которая обеспечивает задержку включения передатчика до тех пор, пока выходная частота ДПКД не станет равной частоте сравнения, то есть передатчик остается выключенным до окончания переходных процессов в синтезаторе. Схема запрета «передачи» обеспечивает также отключение передатчика при отказе синтезатора (отсутствие синхронизации по частоте между выходной частотой ДПКД и частотой сравнения). 19 Рис.7. Функциональная схема ДПКД. Функциональная схема субблока питания радиостанции Баклан Субблок питания обеспечивает напряжениями + 5 В, +10 В, +15 В, +16,5 В, +17 В, + 18 В блоки радиостанции. В состав субблока питания входят: сетевой фильтр; компенсационный стабилизатор +15 В; компенсационный стабилизатор +18 В; стабилизатор +10 В; стабилизатор +5 В; коммутатор «прием»—«передача»; схема защиты от бросков бортсети. 20 Первичным источником напряжения является бортсеть постоянного тока +24—29,4 В. Функциональная схема ПДУ радиостанции Баклан В радиостанции применена электронная перестройка частоты. Выбор канала связи производится с пульта дистанционного управления. Установка той или иной частоты производится набором определенной комбинации управляющих проводов при помощи переключателей, расположенных в ПДУ и связанных с рукоятками установки частоты на нем. Одновременно с переключением формируется управляющее напряжение, величина которого соответствует выбранному каналу связи. Это напряжение прикладывается к варикапам, расположенным в фильтрах УВЧ приемника, и гетеродинному контуру, настраивая их на частоту выбранного канала. Включение режима «прием» или «передача» осуществляется подачей питания на соответствующие каскады радиостанции. Включение радиостанции в режим «передача» осуществляется соединением с минусом источника питания управляющего провода, связанного с тангентой. Функциональная схема дополнительного УНЧ радиостанции Баклан. Дополнительный усилитель низкой частоты (дополнительный УНЧ) предназначен для обеспечения мощности, необходимой для нормального прослушивания сигнала при подключении от одной до четырех пар, либо низкоомных, либо высокоомных телефонов, в зависимости от варианта исполнения [8-11]. 21 1.5. Принципиальная схема радиостанции Баклан Рис.8. Электрическая схема подключения радиостанции Баклан. Принципиальная схема приемника радиостанции Баклан Блок приемника предназначен для усиления и выделения полезного сигнала при обеспечении достаточной мощности на нагрузке. 1) Входная цепь представляет собой двухконтурный полосовой фильтр, перестраиваемый варикапами. Элементами фильтра являются индуктивности 22 L1, L3, варикапы Д1—Д4 и конденсаторы C1, С3. Индуктивность L2 является элементом внутренней индуктивной связи между контурами. Связь первого контура с антенной и второго со входом УВЧ — автотрансформаторная. Конденсатор С4 — разделительный. Для улучшения линейности колебательной системы применено встречно-последовательное включение варикапов. Управляющее напряжение подается на варикапы через резисторы R1, R2. Конденсатор С2 — блокировочный, С86* — разделительный. 2) УВЧ приемника однокаскадный, выполнен на полевом тетроде Т1 по схеме с общим истоком. Режим транзистора по постоянному току обеспечивается резистивными делителями R5*, R6 — в цепи первого затвора, R3, R4 — в цепи второго затвора и резистором R7* — в цепи истока. Питание истока — параллельное, через дроссель Др1. На выходе каскада включен двухконтурный полосовой фильтр, перестраиваемый варикапами. Управляющее напряжение подается через резисторы R1O, R11. Элементами фильтра являются индуктивности L4, L6, варикапы Д5— Д8 и конденсаторы СП, С13. Индуктивность L5 является элементом внутренней индуктивной связи между контурами. Конденсаторы С10, С14 разделительные, а С6—С9, С12— блокировочные. Дроссель Др2 является элементом фильтра в цепи питания. В УВЧ применена автоматическая регулировка усиления изменением потенциала второго затвора. С этой целью резистивный делитель в цепи второго затвора подключен к выходу УПТ АРУ. Резистор R8 создает опорное смещение на истоке, что увеличивает эффективность АРУ. 3) Смеситель выполнен на полевом триоде Т2 по схеме с общим истоком. Режим транзистора по постоянному току задается резистивным делителем R13*, R14 в цепи затвора и резистором R16 в цепи истока. Колебания гетеродина поступают на исток транзистора через резистивный аттенюатор R15, R17 и одноконтурный фильтр гетеродина, элементами которого являются индуктивность L7, варикапы Д9, Д10 и конденсатор С15. Связь контура с аттенюатором и истоком транзистора автотрансформаторная. Для улучшения линейности колебательной системы применено встречно23 последовательное включение варикапов. Напряжение управления подается на варикапы через резистор R12. Конденсаторы С16, С18 — блокировочные. Нагрузкой смесителя является кварцевый фильтр У2. Для согласования фильтра с выходом транзистора Т2 и входом транзистора Т4 применены параллельные контуры У1, У3 и конденсаторы С20, С82, С25, С83. Питание смесителя осуществляется через дроссель фильтра Др3, С87*. Конденсатор С26 — разделительный. Рис.9. Принципиальная электрическая схема приемника радиостанции Баклан. 4) Усилитель промежуточной частоты состоит из четырех усилительных каскадов. Первый каскад УПЧ выполнен по каскодной схеме общий исток — общая база на транзисторах ТЗ, Т4. Режим каскада по постоянному току обеспечивается резисторами R20*, R21, R23, R24, R26, R28, R30. Конденсаторы С30, С31, С33 и С36 — блокировочные. Делитель R28, R30 создает опорное напряжение на истоке для увеличения глубины АРУ. Напряжение АРУ с выхода У4 подается на второй затвор транзистора Т4 через цепочку Д.1-1, R18, R26. Нагрузкой каскада является контур У5. Для устранения паразитных обратных связей питающее напряжение подается 24 через фильтр Др6, С33. Резисторы R25, R27 применены для обеспечения устойчивой работы каскада. Сигнал с выхода первого каскада УПЧ через разделительный конденсатор С34 поступает на вход второго каскада УПЧ, выполненного на полевом транзисторе Т5 по схеме с общим истоком. Режим транзистора Т5 обеспечивается резисторами R33, R34*, R35, R37, R41. Делитель R37, R41 создает опорное напряжение на истоке для увеличения глубины АРУ. Конденсаторы С38, С41, С44 - блокировочные. Для устранения паразитных обратных связей, питание подается через фильтр Др7, С41. Нагрузкой второго каскада УПЧ является однозвенный широкополосный кварцевый фильтр У8. Для согласования кварцевого фильтра с выходом транзистора Т5 и входом транзистора Т8 применены контуры У7 и У9. Включение контуров со стороны кварцевого фильтра полное, со стороны выхода Т5 и входа Т8 — частичное. Напряжение АРУ с выхода У4 подается на второй затвор транзистора Т5 через цепь Д11, R18, R33. Резистор R36 обеспечивает устойчивую работу каскада. Сигнал с выхода второго каскада УПЧ через разделительный конденсатор С48 поступает на вход третьего каскада УПЧ. Третий и четвертый каскады УПЧ выполнены по схеме общий эмиттер — общая база на транзисторах Т7, Т8 и Т9, Т10. Режим третьего каскада УПЧ обеспечивается резисторами R48—R50, R54 и четвертого каскада — резисторами R57—R59, R64. Конденсаторы С49—С51, С56—С58 — блокировочные. Для устранения паразитных обратных связей питающее напряжение подается через фильтры Др8, С51; Др9, С58. Нагрузками каскадов служат контуры У10, У12. Резисторы R51—R53, R61, R62, R63* обеспечивают устойчивую работу каскадов. Через разделительный конденсатор С61 сигнал промежуточной частоты поступает на вход детектора сигнала и АРУ. 5) Детектор сигнала и АРУ выполнен на транзисторе Т12 по схеме с общим коллектором для напряжения сигнала и по схеме с общим эмиттером 25 для напряжения АРУ. Режим транзистора по постоянному току задается базовым делителем R68, R69, R66* и Т11, эмиттерной нагрузкой R72 и коллекторной нагрузкой R70*, R71. Для обеспечения работы детектора в интервале температур в цепи базового делителя применен термокомпенсирующий транзистор Т11. Режим транзистора Т11 задается резистором R66*. Конденсаторы С63, С65 — блокировочные. Постоянная составляющая продетектированного сигнала с резистора R71 поступает на вход усилителя постоянного тока АРУ. Звуковой сигнал с эмиттера транзистора Т12 через фильтр R73, С64, С66 поступает на вход усилителя низкой частоты, усилитель «Селкол», систему ПШ. 6) Система автоматической регулировки усиления предназначена для стабилизации уровня выходных сигналов приемника при изменении амплитудных входных сигналов. В систему АРУ входят детектор АРУ-Т12, усилитель постоянного тока У4 и регулируемые каскады на транзисторах Т1, Т4, Т5. R71, C32-фильтр по цепи АРУ. Постоянное напряжение, снимаемое с резистора R71, подается на вход усилителя постоянного тока У4. Для устойчивой работы системы АРУ в усилителе постоянного тока У4 введена цепь отрицательной обратной связи по переменному току-конденсаторы С22, С23. Конденсатор С28 устраняет возбуждение на высоких частотах. Управляющее напряжение, снимаемое с микросхемы У4/6, подается на вторые затворы транзисторов Т4, Т5 двух регулируемых каскадов УПЧ и на второй затвор транзистора Т1 УВЧ. На регулируемые каскады напряжение АРУ поступает через диод Д11. 7) Подавитель шума предназначен для отключения усилителя низкой частоты при отсутствии сигнала на входе приемника или при слабых, неразборчивых на фоне шумов, сигналах. При отношении уровней сигнала и шума равном или больше трех подавитель шума включает УНЧ. Подавитель шума состоит из двухзвенного фильтра верхних частот С35, R29, С37, R31*, R32, R38, усилителя шума У6, детектора шума Д16, Д17, триггера У13, ключа Т15. Сигнал с выхода детектора сигнала через двухзвенный фильтр 26 верхних частот поступает на вход усилителя шума У6. Режим по постоянному току усилителя задается резисторами R31*, R32, R38, R40, R42, R105. Резисторы R39, R40, R42, R105 и конденсатор С42 образуют цепь отрицательной обратной связи по постоянному току. Конденсатор С39 устраняет возбуждение усилителя на высоких частотах. С выхода усилителя напряжение шумов через разделительный конденсатор С46 поступает на детектор шума, выполненный по схеме удвоения на диодах Д16, Д17. Для термостабилизации рабочей точки детектора шума на диоды подается смещение через резистор R43 и термостабилизирующий транзистор Т6, режим которого задается резистором R44. Детектор шума детектирует напряжение шумов, в результате чего постоянное напряжение на нагрузке детектора R45, С47 увеличивается и поступает на вход триггера ПШ. Под действием возрастающего постоянного напряжения на нагрузке детектора ПШ триггер срабатывает, при этом напряжение на затворе ключа ПШ транзистора Т15 велико. Переход сток— исток транзистора Т15 закрывается, и сигнал с тракта УПЧ не проходит в тракт УНЧ. Резисторы R79, R88, R77, R93, R94, R112* — режимозадающие. При появлении сигнала уменьшается уровень шумов на входе усилителя ПШ У6 и соответственно уменьшается постоянная составляющая на выходе детектора шума Д16, Д17, что переводит триггер У13 в другое устойчивое состояние, при котором напряжение на затворе транзистора Т15 равно нулю, переход сток — исток транзистора Т15 открыт, и сигнал без ослабления поступает с выхода усилителя У14 на вход фильтра нижних частот и усиливается усилителем низкой частоты. При работе приемника в системе со сдвигом несущей возникают биения с частотами, которые могут оказаться в спектре шумов тракта ПШ. Чтобы при этом обеспечивалось прохождение сигнала, в тракте введено автоматическое отключение подавителя шума. Управление отключением производится от УПТ АРУ через цепь Д13, R101, R19, R102, Д15, R103, R104. При малых уровнях несущей напряжение АРУ велико, диод Д13 открыт, диод Д15 закрыт и цепь 27 отключения ПШ не влияет на работу усилителя шума. С увеличением сигнала на входе приемника напряжение на выходе УПТ падает, диод Д13 закрывается, диод Д15 открывается и изменяет режим усилителя шума У6. При этом уменьшаются шумы на входе детектора шума Д16, Д17, уменьшается постоянная составляющая на входе триггера У13. Триггер переходит в другое устойчивое состояние, при котором ключ Т15 открыт и сигнал проходит через тракт УНЧ. Резистор R38 задает нужный порог автоматического отключения ПШ. В приемнике предусмотрено ручное отключение ПШ, которое осуществляется с передней панели ПДУ коммутацией диода Д19. При этом вход триггера замыкается на корпус и УНЧ включается. Цепь R46, Д18 — для отключения УНЧ в режиме «передача». 8) Усилитель низкой частоты предназначен для усиления сигналов звуковой частоты, поступающих с детектора приемника; для усиления сигналов звуковой частоты, поступающих с детектора самопрослушивания передатчика в режиме «передача». Маломощный усилитель состоит из автоматического регулятора громкости, первого предварительного усилителя, фильтра нижних частот второго предварительного усилителя и усилителя мощности. Напряжение звуковой частоты с детектора сигнала через разделительный конденсатор С67 и делитель R74, R76 поступает на регулируемый делитель напряжения системы АРГ-Т13. Автоматический регулятор громкости предназначен для стабилизации выходного напряжения УНЧ. В систему АРГ входят: детектор АРГ-Т17, усилитель постоянного тока — Т16, аттенюатор АРГ-Т13. Принцип регулировки заключается в изменении сопротивления сток—исток транзистора аттенюатора АРГ-Т13 при изменении сигнала на входе блока. В результате происходит деление сигнала между балластным резистором R74 и изменяющимся от сигнала сопротивлением сток—исток аттенюатора АРГ-Т13. С выхода предварительного усилителя У16 сигнал поступает на базу транзистора Т17, являющегося детектором АРУ. Режим детектора задается 28 термокомпенсированным делителем R100, Д24. Если выходной сигнал У16 превышает порог открывания детектора, то Т17 открывается импульсами переменного напряжения. С коллектора транзистора Т17 выпрямленное напряжение поступает на базу транзистора Т16. Открывание транзистора приводит к разряду С75 и понижению управляющего напряжения на затворе Т13, что в свою очередь приводит к уменьшению его сопротивления и уменьшению сигнала на входе усилителя и стабилизирует его величину на выходе усилителя. Далее сигнал через разделительный конденсатор С69 поступает на вход первого предварительного усилителя У14. Режим по постоянному току задается делителем R96, R78, R80, R107. Конденсатор С68—фильтр по цепи смещения. Конденсатор С72 — фильтр по цепи питания. Конденсатор С71 препятствует возбуждению усилителя на высокой частоте. Резистивный делитель R81, R82 и конденсатор С73 обеспечивают необходимую величину отрицательной обратной связи, определяющую усиление усилителя. С выхода, У14 сигнал через разделительный конденсатор С74, ключ ПШ-Т15, резистор R84, фильтр нижних частот (У15) поступает на второй предварительный усилитель У16. Фильтр нижних частот улучшает соотношение сигнал-шум на выходе приемника и обеспечивает затухание частоты 3920 Гц на 20 дБ. Предварительный усилитель выполнен на микросхеме У16. предварительным Питание и усилителем. цепи смещения Резистор R106 общие с обеспечивает первым 100% отрицательную обратную связь по постоянному току, стабилизирующую режим микросхемы. Отрицательная обратная связь по переменному току обеспечивается резистором R106. Конденсатор С78 служит для устранения возбуждения по высокой частоте. С выхода микросхемы У16 сигнал поступает на оконечный усилитель, выполненный по схеме с последовательным возбуждением на транзисторах Т18—Т20. Связь между предварительным и оконечным каскадом— непосредственная, потенциал на базу Т18 задается режимом микросхемы 29 У16. Резистор R109 является коллекторной нагрузкой транзистора Т18 и режимозадающим для транзистора Т19. Резисторами R108, R110 и конденсатором С80 обеспечивается отрицательная обратная связь по переменному току. Резистор R111 — коллекторная нагрузка транзистора Т19. Конденсатор С81 служит для предотвращения возбуждения схемы в области высоких частот. С выхода усилителя мощности сигнал поступает на согласующий трансформатор подключается вход Тр2, мощного ко вторичной усилителя. обмотке Конденсатор которого С84 — разделительный. Конденсатор С85 — фильтр по цепи питания +17 В. Усилитель «Селкол» предназначен для усиления сигнала, поступающего от детектора сигнала, до величины, достаточной для работы оконечного устройства. Усилитель выполнен на микросхеме У11. Сигнал через разделительный конденсатор С53 поступает на микросхему У11. Резисторами R55, R56, R67 обеспечивается режим по постоянному току. Резисторы R67, R65 и конденсатор С60 образуют цепь регулируемой обратной связи по переменному напряжению. Конденсатор С55 предотвращает возбуждение схемы в области высоких частот. Через разделительный конденсатор С62 сигнал поступает на трансформатор Тр1 и далее на вход аппаратуры «Селкол». Резистор R60 и конденсатор С52 образуют фильтр по цепи питания. 9) Коммутатор предназначен для подключения выхода возбудителягетеродина либо ко входу смесителя в режиме «прием», либо ко входу передатчика в режиме «передача». Коммутатор состоит из цепи R22, С27, Др4, Д12, Д14, L8. Конденсаторы С21, С29, С88 — блокировочные. В режиме «прием» напряжение +18 В открывает диод Д12 и напряжение гетеродина подается на смеситель. В режиме «передача» напряжение +18 В снимается, поэтому диод Д12 закрыт и напряжение возбудителя подается на вход передатчика. 10) Дополнительный усилитель низкой частоты предназначен для усиления сигнала с маломощного усилителя до мощности, необходимой для 30 нормального прослушивания сигнала при подключении от одной из четырех пар, в зависимости от варианта исполнения, либо низкоомных, либо высокоомных телефонов. Дополнительный усилитель низкой частоты выполнен по двухтактной схеме на транзисторах одинаковой проводимости Tl, Т2, работающих в режиме класса В. В качестве фазоинвертора используется входной трансформатор Тр1 с заземленной средней точкой во вторичной обмотке. Сигнал с трансформатора Тр2 маломощного усилителя через разъем поступает на входной трансформатор Тр1 дополнительного УНЧ. Со вторичной обмотки трансформатора сигнал поступает на базы транзисторов Tl, Т2, попеременно их открывая. Усиленный сигнал выделяется на первичной обмотке трансформатора Тр2. Со вторичной обмотки трансформатора Тр2 сигнал поступает на авиагарнитуры. Для выравнивания амплитудно-частотной характеристики усилителя во вторичную обмотку трансформатора Тр2 включается корректирующая цепь Rl, C1, С2. Конденсатор С3 — фильтр высокой частоты по цепи питания усилителя [12,13]. Рис.10. Принципиальная схема дополнительного УНЧ радиостанции Баклан. Принципиальная схема усилителя мощности радиостанции Баклан-20 31 Усилитель мощности радиостанции «Баклан-20» предназначен для усиления высокочастотных колебаний возбудителя-гетеродина до заданной мощности в антенне. Усилитель мощности состоит из четырех каскадов, три из которых модулируемые, антенного коммутатора, детектора самопрослушивания и антенного фильтра. Все каскады выполнены по схеме с общим эмиттером на кремниевых мощных СВЧ транзисторах T1—Т4. Сигнал высокой частоты с возбудителя поступает на цепочку контроля Д1, С1, где может контролироваться вольтметром постоянного тока, и на Побразный делитель мощности Rl, R2, R3. Ослабленный делителем сигнал поступает через согласующий трансформатор L1, L2, СЗ, С4 на базу транзистора Т1. Транзистор Т1 работает в режиме класса А. Режим задается резисторами R5, R6* и термостабилизирующими диодами Д2 и Д3. Диод Д3 служит, кроме того, для коммутации входного высокочастотного сигнала. Дроссель Др1 исключает возможность шунтирования сигнала диодом Д2. Конденсаторы С5, С7 — блокировочные. Питание каскада осуществляется от источника +16,5 В через проходной фильтр У1 и дроссель Др2. Резистор R4 — антипаразитный. Конденсаторы С2, С6 — блокировочные. Нагрузкой первого каскада является входное сопротивление транзистора подключенное через согласующий трансформатор L3, С8, С9, L4 [14-17]. 32 Т2, Рис.11. Принципиальная электрическая схема усилителя мощности радиостанции Баклан-20. Модулируемые каскады выполнены на транзисторах Т2, ТЗ, Т4. Транзистор Т2 работает в режиме класса А. Режим задается резисторами R7, R9, R10, R11*. Нагрузкой транзистора Т2 является входное сопротивление транзистора Т3, подключенное через согласующий трансформатор L5, С12, С15, С16, L6. Питание каскада осуществляется двумя напряжениями +18 В и модулируемым +13,5 В. Напряжение +18 В поступает через проходной фильтр У2, резистор R10, диод Д4, дроссель Др3. Напряжение 13,5 В с модулятора поступает через проходной фильтр УЗ, диод Д5, дроссель Др3. Резистор R8 - аитипаразитный. Конденсаторы С10, С11, С13, С14 блокировочные. Транзисторы ТЗ и Т4 работают в режиме класса С, который создается подачей нулевого смещения на базы транзисторов. При этом цепочки L7, R13 и L12, R14 исключают возможность появления низкочастотной генерации в усилителе. Нагрузкой транзистора Т3 является входное сопротивление транзистора Т4, подключенное через согласующий трансформатор L8, С19*, L9, С20, С21, L10, С22, С24, С25, Lll, С27, С28. Конденсатор С23 разделительный. Частично промодулированный сигнал снимается с коллектора Т3 и через согласующий трансформатор поступает на базу транзистора Т4. Питание транзисторов ТЗ и Т4 осуществляется модулируемым напряжением +13,5 В через проходные фильтры УЗ, У4 и дроссели Др4, Др7, Др8. Резисторы R12, R15 - антипаразитные. Конденсаторы С17, С18, С29, СЗО - блокировочные. Согласование выходного сопротивления транзистора Т4 с волновым сопротивлением антенного фильтра 33 осуществляется с помощью согласующего трансформатора L14, С31*, L15, С32, СЗЗ, L16, С35, С36. Конденсаторы С34, С38 - разделительные. На входе антенного фильтра установлен антенный коммутатор Д6, Д7, L17, R18, С39, С40. В режиме «передача» напряжение +16,5 В через дроссель Др9 поступает на диоды Д6, Д7 и открывает их. Промодулированный сигнал с коллектора транзистора Т4 через согласующий трансформатор и открытый диод Д7 поступает в антенный фильтр. Часть сигнала, который может пройти на вход приемника через резонансную цепь L17, С40, шунтируется открытым диодом Д6. В режиме «прием» диоды Д6, Д7 закрыты и сигнал от антенны проходит антенный фильтр и через цепь L17, С39, С40 поступает на вход приемника. Часть промоделированного сигнала через емкость связи С37 поступает на детектор самопрослушивания Д8, R17*. Продетектированный сигнал через проходной фильтр У5 поступает на УНЧ приемника. Антенный фильтр служит для подавления гармонических составляющих частоты сигнала и представляет собой фильтр нижних частот, состоящий из трех звеньев типа «m». Дроссель Др1 фильтра служит для защиты выхода высокочастотного накапливающихся в антенне [18-21]. 34 тракта от статических зарядов, Рис.12. Принципиальная электрическая схема антенного фильтра радиостанции Баклан. 35 ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО УКВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ YHF DATA LINK 2.1. Основные принципы построения радиостанции с режимом VDL-2 Обзор системы Цифровой УКВ канал передачи данных режима 2 (VDL-2) является одним из каналов сети авиационной электросвязи (ATN), основанной на 7уровневой модели взаимодействия открытых систем (OSI) ISO. Канал VDL-2 выполняет функции трех нижних уровней модели OSI (рис. 2-1). • Уровень 1 (физический) обеспечивает управление частотой передачи, модуляцию и демодуляцию сигнала, а также функции уведомления. Руководящие документы определяют модуляцию VDL-2 как дифференциальную восьмипозиционную манипуляцию фазовым сдвигом (D8PSK) со скоростью 10,5 кБод или 31,5 кбит/с. • Уровень 2 (канальный) обеспечивает надежную передачу пакетов данных и доступ к физическому каналу, он разделяется на два подуровня и объект управления. Подуровень управления доступом к среде передачи (MAC) использует метод множественного доступа с контролем занятости (CSMA). Подуровень услуг канала данных (DLS) использует протокол управления авиационным ОВЧ каналом (AVLC), являющийся частным случаем высокоуровневого протокола управления каналом передачи данных (HDLC или ISO 3309). Главные функции этого протокола – сборка и разборка кадров, обнаружение и исправление ошибок, повторная передача искаженных кадров. Объект управления каналом (LME) обеспечивает установку канала. • Уровень 3 (сетевой) обеспечивает доступ к подсети ATN и определяется ISO 8208. 36 Этот протокол используется также в сетях Х.25 и отвечает за передачу пакетов в сети, восстановление в случае ошибок, управление потоком данных, фрагментацию и сборку пакетов, а также управление соединениями. Кроме основного режима связи точка-точка обеспечивается также однонаправленная широковещательная передача от наземной станции к нескольким бортовым. Рисунок 2-1: Соответствие уровней VDL-2 уровням ATN/OSI. Основной пропускной чертой способности VDL-2 является канала и значительное эффективности повышение использования радиочастотного спектра. В силу этого преимущества предполагается, что VDL-2 заменит имеющиеся системы ACARS. Однако, в течение переходного периода существует возможность использования физического канала VDL-2 в существующих системах. 2.1.1. Руководящие документы. Требования к бортовой радиостанции с режимом VDL-2 определяются следующими документами: 1. ARINC Characteristic 750. VHF data radio. 2. EUROCAE ED-92. Minimum operational performance specification for an airborne 37 VDL mode-2 transceiver operating in the frequency range 118 – 136.975 MHz 3. DO-281. Minimum operational performance standards for aircraft VDL mode 2 physical, link, and network layer. 4. RTCA DO-224A. Signal-in-space minimum aviation system performance standards (MAPS) for advanced VHF digital data communication including compatibility with digital voice techniques. 5. ARINC Report 604. Guidance for design and use of built-in test equipment. 2.1.2. Возможные конфигурации оборудования В руководящих документах определяются две основных конфигурации бортовых систем VDL-2 для ОВЧ-радиоканала: раздельная и интегрированная. В первом случае функции системы разделяются между бортовой радиостанцией (VDR) и блоком управления соединениями (CMU). При этом радиостанция выполняет функции двух нижних уровней: физического (VDLL1) и части канального (VDL-L2a). Блок управления соединениями выполняет оставшиеся функции канального (VDL-L2b) и функции сетевого уровня (VDL-L3). Взаимодействие осуществляется через высокоскоростной стык ARINC-429 с использованием бит-ориентированного протокола передачи файла (ARINC429-3) и протокола ASIP, определенного в ARINC-750. Данный вариант построения представлен на рис. 2.2. и соответствует рекомендациям ARINC750. 38 Рисунок 2.2.: Раздельная конфигурация системы VDL-2. Во втором случае (рис. 2.3) все функции интегрированы в одном устройстве, совмещающем радиостанцию и блок управления соединениями. Для управления функциями речевой связи предполагается наличие пульта управления. Однако, имеющиеся руководящие документы не определяют, как будет осуществляться взаимодействие с внешним оборудованием. Рисунок 2.3.: Интегрированная конфигурация системы VDL-2. 39 Зарубежный опыт разработки оборудования VDL-2, отраженный в рекомендациях ARINC и RTCA, показывает, что наиболее востребованы радиостанции, совмещающие традиционные режимы речевой связи (DSBAM) и передачи данных (ACARS) с перспективными режимами VDL-2 и VDL-3. Это позволяет внедрять новые технологии по мере необходимости, а также улучшать массогабаритные характеристики и обеспечивать резервирование оборудования. В настоящее время зарубежными (в основном американскими) фирмами разработаны и выпускаются радиостанции с режимом VDL-2. Это радиостанции Rockwell Collins VHF-920 и VHF-4000, а также Honeywell RTA-50D. Все конфигурации, указанные определяемой радиостанции ARINC-750. соответствуют По раздельной имеющимся данным, стоимость радиостанции составляет от 30 до 50 тыс. USD. 2.1.3. Основные требования к радиостанции В соответствии с ARINC-750 бортовая радиостанция МВ диапазона с режимом VDL-2 должна обеспечивать: - двустороннюю симплексную речевую связь экипажа с наземными службами ОрВД, а также между экипажами самолетов в воздухе, при работе с сеткой частот 25 и 8,33 кГц, в том числе в режиме со смещенными несущими; - автоматизированный обмен данными в линиях «земля-воздух» и «воздух-земля» со скоростью 2400 бит/с при использовании встроенного или внешнего модема AM-MSK для работы в системе ACARS; - автоматизированный обмен данными в линиях «земля-воздух» и «воздух-земля» со скоростью 31500 бит/с при использовании встроенного модема D8PSK для работы в системе ATN; - непрерывный контроль исправности радиостанции с точностью до оперативно сменного блока, с сохранением информации об обнаруженных неисправностях на последних 10 участках полета в энергонезависимой 40 памяти, а также взаимодействие с бортовым модулем технического обслуживания или системой локализации отказов. Технические требования к радиостанции в режиме VDL-2, определяемые и ED-92 DO-281, гарантируют электромагнитную совместимость при работе на одном борту и в одном диапазоне частот нескольких радиостанций с режимами аналоговой и цифровой связи, а также взаимозаменяемость образом, оборудования соответствие этим различных требованиям производителей. является главной Таким задачей разработки. 2.2. Текущее состояние разработки Разработка радиостанции «Орлан-85СТД» началась в 2001г., в рамках ОКР «Разработка бортовых авиационных ДКМВ и МВ радиостанций телефонной связи и приёма-передачи данных в сетях HFDL», финансируемой Российским агентством по системам управления, в рамках федеральной целевой программы «Создание технических средств связи, телевидения и радиовещания». Так как работа не была профинансирована в требуемом объеме, в течение полутора лет, определяемых договором, был создан макет радиостанции и отработаны методики испытаний. В дальнейшем работа проводилась за счет собственных средств предприятия. На сегодняшний день разработана конструкторская документация, которая согласована с представителем заказчика на предприятии. Изготовлены опытные образцы радиостанции, на которых проведены лабораторные испытания. В ходе испытаний были получены требуемые значения основных технических характеристик, но также выявлены проблемы, связанные обеспечением устойчивости передающего тракта при пониженной температуре окружающей среды. Для их устранения в настоящее время проводится коррекция аппаратной части и конструкторской документации. 41 Для сертификации радиостанции была подана заявка в авиационный регистр МАК, при этом выяснилось, что национальных квалификационных требований на этот режим не существует. Нами разработаны и согласованы на рабочей группе, назначенной авиационным регистром. Квалификационные требования КТ-23-04. «Требования к эксплуатационным характеристикам бортового приемопередатчика УКВлинии цифровой связи режима 2, работающего в частотном диапазоне 118 – 136,975 МГц (Физический уровень)», а также план-проспект сертификационного базиса, который в настоящее время находится на согласовании в ГосНИИ «Аэронавигация». Кроме того, разработана и согласована программа предварительных испытаний, которые планируется начать после завершения коррекции документации и доработки опытных образцов. Для проведения испытаний в режиме VDL-2 требуется специализированное дорогостоящее оборудование. Для контроля параметров передатчика нами закуплены анализаторы сигнала и специальное программное обеспечение фирмы Agilent. В настоящее время приобретается векторный генератор для контроля параметров приемника. Кроме того, в соответствии с квалификационными требованиями в процессе испытаний необходим имитатор оборудования верхнего уровня, т.е. аппаратура передачи данных соответствующая рекомендациям ARINC-758. Нами разработан имитатор блока управления соединениями (CMU) на базе компьютера, поддерживающий работу по протоколу ASIP в соответствии с рекомендациями ARINC-750. Следует отметить, что имеющаяся в настоящее время аппаратура передачи данных «Брик-324», разработанная НПП «Полет», позволяет использовать нашу радиостанцию только в режиме ACARS при работе с внешним модемом и не поддерживает протокол ASIP. Для обеспечения взаимодействия управления 42 с комплексными пультами КПРТС-95М-1 и системой локализации отказов ССЛО-95 были разработаны и согласованы с НИИАО соответствующие протоколы. В настоящее время программное обеспечение радиостанции готово для проведения стыковочных испытаний. Так как сертификация для сертификации программного радиостанции обеспечения, нами требуется ведутся также работы по разработке программной документации в соответствии с КТ-178В. 2.3. Структурная схема и конструкция радиостанции 2.3.1 Конструкция радиостанции Радиостанция состоит из отдельных, конструктивно законченных блоков: приемопередатчика, пульта дистанционного управления и рамы амортизационной. Приемопередатчик может устанавливаться на раму или стеллажное устройство. Пульт дистанционного управления размещается на приборной доске в кабине экипажа. Общий вид радиостанции приведен на рисунке 2.4. Рисунок 2.4: Общий вид радиостанции 1 - Пульт дистанционного управления 2 - Рама амортизационная 3 – Приемопередатчик. 43 В состав приемопередатчика входят следующие субблоки (см. рисунки 2-2, 2-3): приемник, синтезатор-возбудитель, усилитель мощности, блок питания, блок управления и обработки сигналов (БУОС), плата кросс. Все блоки съемные и крепятся к корпусу приемопередатчика винтами. Корпус является несущим элементом конструкции приемопередатчика и изготовлен из алюминиевого сплава. Для обеспечения тепловых режимов передняя часть корпуса выполнена в виде радиатора. В верхней части корпуса находится блок усилителя мощности. Печатная плата крепится к литому радиатору. Блок сочленяется с платой кросс с помощью разъема типа СНП-268 и крепится винтами к корпусу. Корпус разделяет внутренний объем приемопередатчика на два отсека. В правом отсеке непосредственно к перегородке корпуса крепятся платы приемника и фильтра-коммутатора. В левом отсеке расположены БУОС и синтезатор-возбудитель, которые сопрягаются с помощью разъемов типа PВD с платой кросс. Правый и левый отсеки закрываются крышками, каждая из которых крепится шестью невыпадающими винтами. На задней стенке корпуса приемопередатчика установлен стандартный разъем для подключения к бортовой проводке. Разъем может сочленяться с амортизационной рамой или разъемом стеллажного устройства. К передней стенке приемопередатчика крепится блок питания, который соединяется с платой кросс с помощью разъема типа CНП-268. На лицевой поверхности блока питания расположены светодиодные индикаторы исправности радиостанции, кнопка включения режима контроля исправности и разъем RS-232 для подключения компьютера. 44 Рисунок 2.5.: Приемопередатчик со снятой правой боковой крышкой 1. Передатчик. 2. Приемник. 3. Блок питания. Рисунок 2.6.: Приемопередатчик со снятой левой боковой крышкой 1. Блок управления обработки сигнала. 2. Плата кросс. 3. Синтезатор – возбудитель. 45 Пульт дистанционного управления выполнен на двух печатных платах. Спереди на основании расположена плата управления и индикации, на которой размещены цифровые индикаторы, переключатели набора частоты, тумблеры ПШ и АП, индикатор АС и лампочки подсвета. На второй плате расположен блок питания. ПДУ закрывается защитным кожухом, который крепится к основанию винтами. В основании сделаны резьбовые отверстия для крепления ПДУ на самолете. Сзади на основании расположен разъем СНЦ 23–28/27–В–1–В для подключения пульта к бортовой проводке. Внешний вид ПДУ изображен на рисунке 2.7. Рисунок 2.7.: Внешний вид пульта управления 1. Два 6-разрядных индикатора рабочей и резервной частоты. 2. Кнопка КАНАЛ для перехода в режим набора / выбора / программирования частот. 3. Кнопка РЕЗ, переход на резервный канал. 4. Переключатель кГц. 5. Переключатель АП, включение/выключение режима контроля наличия сигнала на аварийной частоте 121,5 МГц. 6. Переключатель ПШ, включение/выключение подавителя шума. 7. Переключатель МГц. 8. Светодиод АП, индицирующий наличие сигнала на аварийном канале. 46 Амортизационная рама изготовлена из листового алюминиевого сплава. На основании рамы, спереди установлены замки крепления приемопередатчика, снизу амортизаторы типа АПН и земляная шина. Сзади на распределительной коробке установлен разъем сочленения с приемопередатчиком. Сверху распределительной коробки установлены разъемы типа СНЦ-23 и СР-50 для соединения с бортовыми кабельными сетями. Также на раме имеется контрольный разъем для подключения испытательного оборудования в условиях мастерской. 2.3.2 Функциональная схема радиостанции Функциональная схема приемопередатчика радиостанции приведена на рисунке 2.8. Приемопередатчик состоит из следующих субблоков: - платы кросс; - синтезатора-возбудителя; - передатчика; - приемника; - БУОС; - блока питания. Все субблоки выполнены в виде функционально законченных модулей. Низкочастотные соединения обеспечиваются платой кросс. Высокочастотные соединения выполнены ВЧ кабелями непосредственно между субблоками. От опорного генератора, расположенного в синтезаторе-возбудителе, частота 9,6 МГц поступает на плату кросс для формирования тактовых частот микроконтроллеров. В приемник из синтезатора-возбудителя поступает частота гетеродина Fг = Fc + 20 МГц, где Fc – рабочая частота радиостанции. В режиме передачи из синтезатора-возбудителя на усилитель мощности поступает модулированный ВЧ-сигнал на рабочей частоте радиостанции. Усиленный до заданной мощности, сигнал подается на 47 фильтр-коммутатор и затем на антенный выход радиостанции. Из фильтракоммутатора на синтезатор-возбудитель подается ВЧ-сигнал обратной связи для компенсации искажений усилителя мощности и регулировки уровня мощности. В режиме приема сигнал на рабочей частоте радиостанции поступает из фильтра-коммутатора на вход приемника. Обмен сигналами с внешней аппаратурой осуществляется через внешний разъем приемопередатчика, соединенный с платой кросс. Рисунок 2.8.: Блок-схема радиостанции. 2.4. Функциональные возможности радиостанции Для работы в сети авиационной радиотелефонной связи радиостанция обеспечивает симплексную передачу речи. Модуляция сигнала – амплитудная, с двумя боковыми полосами. Частотный разнос между каналами 25 или 8,33 КГц. Также обеспечивается прием сигнала со смещенной несущей. 48 Совместно с внешним модемом AM-MSK радиостанция может использоваться для работы в существующих сетях передачи данных ACARS (Aircraft Communication Addressing and Reporting System). При этом она полностью соответствует рекомендациям ARINC-716 и ARINC-597. Радиостанция также может использоваться для работы в перспективных сетях передачи данных ATN (Aeronautical Telecommunications Network), использующих ОВЧ-каналы передачи данных в режиме 2 (VDL-2). При этом она соответствует рекомендациям ARINC-750, ED-92, DO-281 и DO-224. Для взаимодействия с внешней аппаратурой обмена данными могут использоваться два высокоскоростных (100 кбит/с) стыка ARINC-429 с поддержкой протокола передачи файлов. В дополнение к основным, радиостанция обеспечивает ряд дополнительных режимов и сервисных функций. Имеется возможность ограничения времени передачи и снижения мощности передатчика при подаче внешних команд. При работе в режиме речевой связи включение тумблера АП на пульте управления включает режим прослушивания аварийного канал 121,500 МГц с сохранением всех функций на рабочем канале. При наличии аварийного сигнала в телефоны авиагарнитуры подается специальный звуковой сигнал и загорается индикатор АС на пульте управления. В радиостанции имеется система встроенного самоконтроля, позволяющая определять неисправности оперативно сменных блоков при включении питания, во время работы, при нажатии кнопки «Контроль» на лицевой панели приемопередатчика или по внешней команде. Информация об исправности блоков радиостанции отображается индикаторами на лицевой панели приемопередатчика, а также передается по отдельным линиям в ССЛО и КИСС. Кроме того, радиостанция сохраняет информацию об обнаруженных неисправностях на 10 последних участках полета и обеспечивает взаимодействие с бортовым модулем обслуживания в соответствии с рекомендацией ARINC-604. 49 технического 2.5. Основные технические характеристики радиостанции 5.1. Технические характеристики радиостанции в режимах аналоговой связи Основные технические характеристики радиостанции для режима речевой связи и режима ACARS при работе с внешним модемом соответствуют рекомендациям ARINC-716 и ARINC-750, а также требованиям главы 8 ЕНЛГ-С и DO-186A. 5.2 Технические характеристики радиостанции в режиме цифровой связи Основные технические характеристики радиостанции в режиме VDL-2 соответствуют требованиям ED-92, DO-281, а также Квалификационным требованиям КТ-23-04 «Требования к эксплуатационным характеристикам бортового приемо-передатчика УКВ-линии цифровой связи режима 2, работающего в частотном диапазоне 118 - 136,975 МГц (Физический уровень)». 5.3 Габаритные размеры и масса радиостанции. Габаритные размеры радиостанции соответствуют рекомендациям ARINC-600 (размер 3MCU), а также требованиям ГОСТ 26765.16-87. Масса приемопередатчика радиостанции составляет 5,5 кг. 50 ГЛАВА III. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Технико-экономическое обоснование Характеристика и оценка прогрессивности научно – технической продукции. Целесообразность разработки новой техники определяется ее ролью и значением для народного хозяйства. При этом важно, чтобы эта техника была экономически эффективна и высокого качества. Качество же зависит от функционально-технических характеристик, а его изменение оценивается индексом технического уровня разрабатываемой техники. Для определения индекса технического уровня требуется: обосновать перечень функционально-технических характеристик, отражающих уровень качества проектируемой техники; качестве выбрать аналог (прототип), который будет использоваться в базы для сравнения. Прототип должен иметь такое же функциональное назначение. В качестве аналога радиосистемы мониторинга транспортных средств с позиционированием по сигналам GPS/ГЛОНАСС с ретрансляцией результатов измерений через GSM/GPRSмодуль была выбрана система, имеющая с разрабатываемой радиосистемой одинаковое функциональное назначение. Основные характеристики базовой и новой НТПр приведены в таблице 1. Таблица 1 Существенные свойства НТПр Уровень свойств новойНТПр Уровень свойств базовойНТПр Значимость (вес) свойства Научно-технический уровень 7 7 10% Масштабируемость 8 6 30% Ремонтопригодность 7 6 20% 51 Надёжность 8 7 30% Эргономичность 8 8 10% На основе таблицы определим эксплуатационную прогрессивность результатов радиосистемы. Для этого воспользуемся формулой: HЭ J НТП HЭ Н Б где J НТП - индекс эксплуатационной прогрессивности результатовНТПр, HЭ Н - обобщенный количественный показатель эксплуатационного уровня НТПр, являющийся результатом дипломной работы. HЭ Б - обобщенный количественный показатель эксплуатационного уровня базовой НТПр. Обобщенный количественный показатель как для базовой НТПр, так и для разрабатываемой НТПр определяется с помощью средневзвешенной оценки: i HЭ j QЭij RЭi i RЭi Где QЭij - значение j-го показателя i-го свойства НТПр, выраженного в баллах. RЭi - значение «весового коэффициента» i-го свойства НТПр, выраженного в процентах. Тогда обобщенный показатель эксплуатационного радиосистемы: Б HЭ = 7 *0,1 6*0,3 6*0, 2 7 *0,3 8*0,1 6, 6 1 52 уровня для Обобщенный показатель эксплуатационного уровня для новой радиосистемы: HЭ Н = 7 *0,1 8*0,3 7 *0, 2 8*0,3 8*0,1 7, 7 1 Оценим индекс эксплуатационной прогрессивности результатов НТПр: J НТП 7, 7 1,16 6, 6 Полученный индекс эксплуатационной прогрессивности показывает целесообразность разработки новой системы. Календарное планирование работ Календарное планирование работ осуществляется согласно директивному графику. Разработка календарного плана производится на основе данных о трудоемкости работ, связанных с выполнением дипломной работы. Структуру трудоемкости отдельных этапов определяют, используя данные о видах работ, подлежащих выполнению. Результаты сведены в таблицу 2. Таблица 2 № Наименование этапов Удельный вес этапа в % Трудоемк ость этапа, чел*ч Количе ство исполн ителей Производственн ый цикл этапа Длительность этапа в календарных днях 1 Анализ исх. Данных, разработка ТЗ 10% 28 2 3,5 4,9 2 Разработка базовой функциональной схемы 20% 56 2 7 9,8 3 Выбор и обоснование вариантов каналов беспроводной передачи данных 20% 56 2 7 9,8 53 4 Выбор модулей 20% 56 2 7 9,8 5 Расчет параметров радиолинии 10% 28 4 1,75 2,45 6 Разработка электрической схемы 15% 42 2 5,25 7,35 7 Разработка элементов конструктивного исполнения модулей 5% 14 2 1,75 2,45 ИТОГО 100% 280 33,25 46,55 Общая трудоемкость работы 280 чел-часов. В графе «удельный вес этапа» приведена длительность этапа в процентах от полной длительности. В графе «трудоемкость этапа» приведена трудоемкость этапа в чел-часах, рассчитанная с помощью предыдущей графы. В графе «производственный цикл этапа» приведено количество рабочих дней, требующееся для выполнения этапа. Производственный цикл этапа TЦ рассчитывается по формуле: TЦ Где ТЭ ТЭ t РД q - это трудоемкость этапа вчел-час., t РД = 8 часов – продолжительность рабочего дня, q – количество работников, одновременно участвующих в выполнении работ. Пересчет длительности производственного цикла в календарные дни осуществляют умножением на коэффициент 1.4. Директивный график работ: 54 Рис.13 Определение показателей экономического обоснования Определим сначала затраты на НТПр. Затраты на выполняемую НТПр определяются по следующим статьям расходов: Заработная плата разработчиков Затраты на социальные нужды Накладные расходы Прочие расходы Оплата труда персонала определяется на основе общей трудоемкости создания радиосистемы и формах оплаты труда, расценок и тарифов. Оплата труда определяется по формуле: k З Т Эi i i 1 где k – количество этапов, Т Эi - трудоёмкость i-го этапа, i - средняя часовая тарифная ставка оплаты работ i-го этапа. 55 Часовая ставка разработчиков определяется на основе их должностных окладов, количества рабочих дней в месяце и количества рабочих часов за день. Таблица 3 Месячный оклад (р.) Категория исполнителей Инженер 15000 Техник 15000 Исходя из того, что количество рабочих часов за день t РД = 8 часов и среднее количество рабочих дней в месяце d = 23 дня, получим величину часовой ставки инженера и техника: инж 15000 15000 81.5 р t РД d 8 * 23 Величина премии не превышает 40% (по данным с предприятия) от рассчитанной заработной платы. Величина заработной платы с учетом премии рассчитывается по формуле: Зосн З (1 Пр ) 100 Расчет заработной платы сводится в таблицу 4. Таблица 4 № Трудоемкост ь Исполнители Стадии (чел-ч.) 1 2 28 56 Часова я ставка( р.) Должность Численн ость Инженер 1 160 Техник 1 120 Инженер 1 160 Техник 1 120 56 Средня я ставка( р.) Зарплат а Зарплат ас учетом премии 140 3920 5488 140 7840 10976 3 56 4 56 5 28 6 42 7 14 ИТОГО Инженер 1 160 Техник 1 120 Техник 1 120 Инженер 1 160 Инженер 2 160 Техник 2 120 Инженер 1 160 Техник 1 120 Инженер 1 160 Техник 1 120 140 7840 10976 140 7840 10976 140 3920 5488 140 5880 8232 140 1960 27447 39200 54880 280 Определение затрат, себестоимости и цены на НТПр Таблица 5 Удельный вес в% № Наименование статей затрат Затраты в р. 1 Заработная плата 54880 29 2 Отчисления на социальные нужды 16464 9 3 Накладные расходы 109760 59 4 Прочие расходы 5488 3 З затр = 186592 100% ИТОГО разработки обеспечения радиосистемы безубыточности определяется деятельности исходя из предприятия, принципа получения прибыли, позволяющей выплатить обязательные платежи в бюджет и инвестировать расширение ее деятельности. Цена первоначальной продажи п Ц НТПр определяется как [6]: п Ц НТПр З затр Зосн 57 ЗП , 100 где Ззатр - текущие затраты на создание НТПр, Зосн - оплата труда персонала в общих текущих затратах с учетом премии, ЗП - уровень рентабельности, обеспечивающий безубыточность деятельности, ЗП =200% ЦnНТПр= 186592+ 54880 = 241472 Оценка экономической эффективности НТПр Экономическая эффективность оценивается путем расчета годового экономического эффекта Э НТПр . Величина Э НТПр определяется по следующей формуле: ЭНТПр ЗНТПрБ - З НТПрБ J НТП З НТПрН Tн затраты на выполнение темы прототипа, руб.; Tн - продолжительность разработки новой темы, лет (46 дней); J НТП - уровень технической прогрессивности техники и технологического процесса; Таким образом, годовой экономический эффект составляет: ЭНТПр= (190000*1.16-373184)/0.126 = 268315 Характеристикой эффективности работы является уровень эффективности затрат на создание новой радиосистемы, рассчитываемый по формуле [8]: E=ЭНТПр/ ЦnНТПр= 268315 / 241472 = 1.11 58 Полученная величина Е =1.11 свидетельствует об эффективности проведенной разработки. Экономия достигается за счет повышения качества проектирования. 59 ГЛАВА IV. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ Охрана труда В данной выпускной квалификационной работе осуществляется разработка бортового модема для управление воздушным движением, соответствующего требованиям FANS. Основным инструментом при проектировании является персональный компьютер. Применение ПЭВМ позволяет освободить человека от непроизводительной работы, связанной с обработкой информации, изменяет характер его труда. Но при этом увеличивается доля умственного труда, возрастает психоэмоциональная нагрузка. При значительной трудовой нагрузке, нерациональной организации работы и неблагоприятных факторах производственной среды быстро снижается производительность труда лиц, работающих за ПЭВМ, что приводит к уменьшению производительности труда и снижению качества работы, могут возникнуть перенапряжения, а в отдельных случаях срыв трудовой деятельности. Длительная и неправильно организованная работа инженера - исследователя с ЭВМ может бьггь причиной следующих негативных явлений: - постоянная работа сидя приводит к мышечному утомлению, нарушению кровообращения в нижних конечностях и тазовой области; - утомление органов зрения из-за постоянной работы с монитором компьютера; - нервно-психологическое расстройство вследствие ошибок, неисправностей, отказов и сбоев в работе программы, чрезмерного темпа работы и т.п. Все это приводит к необходимости обеспечения безопасности работы с ЭВМ, правильной организации рабочего места и графика работы. Все операции, связанные с моделировании 60 использованием компьютера при указанных процессов, производится в производственном помещении. Оно расположено на седьмом этаже двенадцати этажного блочного дома. Площадь помещения: 4.9x7.35=36 м2, а его объем 89.6 м2. Помещение имеет одно окно, размерами 1.5x1.8 м обращенное на юг. Для искусственного освещения используется два светильника с лампами 100x60 Вт. Система отопления центральная водяная [22]. В помещении расположены два стола, один из которых оборудован ЭВМ. Помимо разработчика в помещении во время работы может находиться с один человек, занятый канцелярской работой без участия ЭВМ. Площадь помещения, согласно СанПИн 2.2.2.542-96, где на одного работающего устанавливается объем производственного помещения не менее 19.5 м и площадью менее 6 м2, полностью соответствует нормам для работы на ЭВМ. Для обеспечения микроклиматических условий, соответствующих ГО 12.1.005-88 , в холодный период года, в помещении предусмотрено централы водяное отопление, которое поддерживает температуру 22-24°С. В теплое в мя года температура воздуха в помещении зависит от внешней температуры среднем составляет 20-23°С. Искусственной вентиляции воздуха не предусмотрено, поэтому в помещение необходимо регулярно проветривать, для чего oi имеет открывающиеся проемы. Влажность воздуха в помещении составляет ■ 50%. Требования к микроклиматическим условиям определяются согласно ГОСТ 12.1.055-88 и представлены в таблице 7 Основными источниками шума в рабочем помещении являются системный блок и принтер. Уровень звукового давления, создаваемого компьютером не превышает 15 дБ в полосе частот до 10 кГц. Уровень звукового давления принтера «Epson АР-3250» не более 20 дБ в полосе частот до 15 кГц. Шумы, проникающие в комнату с улицы, незначительны. Требования к уровням шума указаны в ГОСТ 12.1.009-83 . Уровни звука и звукового давления в помещении, где работает инженерисследователь, не должны превышать 50 дБА. 61 Холодный период года (фактически) Параметр Теплый период года (фактически) Оптимальная температура, с 22-24 23-25 Допустимая температура, с 21-25(22) 22-26(24) Относительная влажность воздуха, % 40-60(50) 40-60(50) Скорость движения воздуха, м/с 0.2« 0.2В Поражение электрическим током опасно для здоровья и жизни оператора ЭВМ, а также может привести к выходу из строя оборудования и возникновению пожара. Значения напряжения и тока прикосновения для аварийного режима при продолжительности воздействия свыше 1 сек, составляют согласно ГОСТ 12.1.038-82 , соответственно 36 В и 6 мА. В помещении предусмотрена открытая электропроводка. Напряжение в сети 220 В, частота 50 Гц, сила тока 5 А. напряжение питания используемого оборудования значительно превышает указанные выше нормы, следовательно, необходимо проведение мероприятий по обеспечению электробезопасности. Источниками электропоражения являются: розетка электропроводки сетевой фильтр, системный блок ПЭВМ. Помещение согласно ПУЭ по степени поражения людей электрическим током относится к классу «помещение без повышенной опасности». В рабочем помещении предусмотрена система противопожарной сигнализации. В качестве первичного средства 62 тушения пожара применяется углекислотный огнетушитель ОУ-2,с расположенный в специальном шкафу, в коридоре. Разработка компьютерной модели согласно СниП 22-05-95 , соответствует разряду Шг (рабочие места: пульты ЭВМ, дисплеев). Нормируемое значение освещенности при работе с экраном составляет 200 лк, а при работе с экраном в сочетании с работой над документами - 500 лк. Для искусственного освещения применяется комбинированная система с использованием комнатных ламп общего и местного освещения, мощностью 100 и 60 Вт соответственно [23]. В данной главе рассматривается непосредственно рабочее место инженера исследователя, и определяются требования, предъявляемые к нему. Рабочее место расположено в углу комнаты, возле окна. Рабочим местом разработчика является специализированный компьютерный стол прямоугольной формы, размерами: 900x800x^50 мм. на котором расположен монитор, клавиатура, манипулятор типа «мышь» и принтер. Системный блок расположен на специальной полке, под поверхностью стола. Рабочее место можно представить как совокупность трех основных элементов: рабочей зоны. рабочего положения монитора, рабочего сидения. Рабочая зова представляет собой непосредственное место работы, на котором располагаются предметы, используемые в процессе составления компьютерной модели. Построение оптимального рабочего места состоит в оптимальном расположении предметов рабочей зоне. Конструкцией рабочей зоны должно быть обеспечено оптимальное положение работающего, которое достигается путем регулированием высоты рабочей поверхности, сидения и пространства для ног. При организации антропометрические рабочего данные человека места и в сформулированы следующие требования: - высота рабочей поверхности - 725 мм; - высота пространства хтя ног - 680 мм; 63 учитывается соответствии средние с ними - высота рабочего сиденияР480 мм. Для размещения ног предусматривается свободное пространства под рабочей поверхностью высотой не менее 600 мм, шириной не менее 530 мм. Желательно для предотвращения усталости, поместить под стол специальную подставку под ноги. Оптимальными размерами компьютерного стола прямоугольной формы, с точки зрения средних размеров аппаратуры и антропометрических данных операторов, являются следующие размеры: 1600x800x750 мм. Высота рабочего стола тесно связана с высотой сидения. Высота сидения приспосабливается к высоте стола. Рекомендуемая высота сидения 460 мм, но для обеспечения комфортных условий работы различными операторами необходимо предусмотреть возможность регулирования высоты в пределах 400-500 мм. Тип сидения выбирается в виде рабочего кресла, которое снабжено подъемно-повбротным устройством, обеспечивающим регулировку высоты сидения, а также изменением угла наклона спинки. Рекомендуемые параметры рабочего кресла: - ширина сидения: 400-500 мм; - глубина сидения: 380-420 мм; - угол наклона сидения: 0-5°; - высота верхней кромки спинки относительно сидения -320 мм; - ширина спинки: 360-400 мм; - вертикальный радиус: 620мм; - угол наклона: 95-130°; - высота опорной поверхности спинки: 150-180 мм; - длина подлокотников: 200-280мм; - ширина подлокотников: 50-80мм. Рассмотрим вертикальный размер рабочей зоны. Согласно нормам линия взора человека должна быть перпендикулярно верхней кромки экрана, а оптимальное отклонение в вертикальной плоскости составлять не более 5°. Это можно добиться путем регулировки 64 угла наклона монитора. Оптимальный угол обзора в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана не должен превышать 15°. По ГОСТ 22.2.032-78 допустимый поворот головы в вертикальной плоскости не должен превышать 3° от горизонтальной линии взора, соответствен! и нормальная линия взора смещается не более чем на 30°. При работе с клавиатурой ее плоскость должна быть перпендикулярной линии взора. Для этого необходимо отрегулировать угол наклона клавиатуры в пределах от 7°до11 Это осуществляется с помощью регулируемой упоров предусмотренных конструкцией клавиатуры. Для обеспечения мер электробезопасности в рабочем помещении применяется зануление. Цель защитного зануления - обеспечить отключение электрических» установок от источников питания при пробое корпуса. В нашем случае отключение происходит при перегорании плавной вставки (предохранителя). Плавна ставка для устройства зануления выбрана в силу более простой конструкции меньшей стоимости по сравнению с механическим размыкателем. Условие отключения электроустановки можно записать в следующим виде: Iз ≥ K·1 где: I3 - ток однофазного замыкания, I - номинальный ток плавкой вставки, К ≥ 3. Ток однофазного замыкания можно определить в с высокой точв стью(±5%) по следующий формуле: Iз = Uф Z T (З+𝑍 ) п где: UФ - напряжение в сети; ZТ - полное сопротивление трансформного блока питания; Zn — полное сопротивление петли фаза-нуль, определяемое выражением: Zn=(RФ+RН)2+(ХФ+ХН+ХП)2 65 где: RФ, Rh - активное сопротивление фазного и нулевого защитного npoвoда соответственно; ХФ, ХН - внутренние индуктивное сопротивление фазового и нулевого защитного проводов соответственно; ХН- внешние активное сопротивление петли фаза-нуль. Активные сопротивления R, X определяют по величинам сечения, длины и исходя из проводящего материала проводов: I R = 𝜌( ) S где: ρ - удельное сопротивление материалов проводов; I,S–длина и сечение проводника соответственно. Сечение нулевого защитного провода и его материал выбирают таким образом, чтобы полная проводимость нулевого провода была не менее 50% полной проводимости фазного провода: 1 1 = ∙ Zф Zn 2 Для изолированных проводов минимальный размер сечения S заземляющий и нулевых проводов должен составлять: 1.5 ÷2.5 мм2. Будем считать ее в нашем случае равной 2 мм2. В нашем случае можно принять величины внутреннего сопротивления проводов ХФ, ХН - приблизительно равными нулю, то и внешнее индуктивное сопротивление Х-: можно считать равным нулю. Считая площадь сечения фазового провода равной 2 мм , а длину провода 1 м, величину удельного сопротивления материала провода равной 1.0280 м/мм", что соответствует алюминию, можно вычислить: 𝐼 1000 𝑅ф = ρ ∙ ( ) = 0,028 ∙ ( ) = 14Om S 2 66 R H ≥ 7Om Полное сопротивление петли фаза-нуль, рассчитывается по выше приведенной формуле и равно: Zn = 28 Ом. Тогда имеем: I= Uф Z (З+𝑍T ) п = 220 50 (3+38) = 5A Следовательно, номинальный ток плавкой вставки должен быть не более 5 А. Вместе с тем. ток плавной вставки должен быть равен: 𝐈э = К ∙ 𝑰𝑯 = 𝟑 ∙ 𝟏, 𝟓 = 𝟒, 𝟓𝑨 где: Iн — тег взгрел, для блока питания компьютера составляет 1.5 А. Таким образом, для зануления нужно использовать плавкую предохранительную вставку с током плавления 4.5 А. Расчет освещенности рабочего места Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения [24]. Работу инженера - исследователя следует отнести к разряду зрительных работ разряда III, следовательно, минимальная освещенность согласно СНиП 23-05-95 должна составлять 500 Лк. Будим использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества: - по спектральному составу света они близки к дневному, естественному освещению; - обладают более высоким кпд (в 1.5-2 раза выше, чем кпд ламп накаливания); - обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания); - более длительный срок службы. 67 Расчет освещения производится для комнаты площадью 36 м. воспользуемся методом светового потока. Воспользуемся методом светового потока. При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Для определения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхность по формуле: 𝐅= 𝐄∙𝐊∙𝐒∙𝐙 𝐧 где: F- рассчитываемый световой поток, JIк; Е — нормированная минимальная освещенность, Лк; S - площадь освещаемого помещения (в нашем случае S=36 м2); Z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным расчет проведем для Z = 1.1); 1.1-1.2, К — коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение определяется по таблице коэффициентов запаса для различных помещений и в нашем случае К=1.5); n - коэффициент использования (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единиц) зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (Рс1 и потолка (Рп), значение коэффициентов Рс и Pn определим по таблице зависимостей коэффициентов отражения от характера поверхности: Рс определим по светильников. таблице Для = коэффициентов этого вычислим формуле: 𝐈= 𝐒 𝐡 ∙ (𝐀 + 𝐁) 68 30% Рп = 50%. Значение n использования индекс различных помещения по где: S — площадь помещения, S=36 м ; h — расчетная высота подвеса, h=3.39 м; А - ширина помещения, А=4.9 м; В — длина помещения, В=7.35 м. Подставив значения, получим: 𝟑𝟔 = 𝟎, 𝟖 𝟑, 𝟑𝟗 ∙ (𝟒, 𝟗 + 𝟕, 𝟑𝟓) 𝐈= Зная индекс помещения I, Рс и Рп выбираем для светильников типа МНОГЛ=0.28. Подставим все значения в формулу для определения светового потока F: 𝐅= 𝟓𝟎𝟎 ∙ 𝟏, 𝟓 ∙ 𝟑𝟔 ∙ 𝟏. 𝟏 𝟎, 𝟐𝟖 Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток F=4320 Лм, 𝐍= 𝐅 𝟏𝟎𝟔𝟎𝟕𝟏, 𝟒𝟑 = = 𝟐𝟒 𝐅Л 𝟎, 𝟐𝟖 где: N - определяемое число ламп; F - световой поток, F=106071.43 Лм; Рл - световой поток лампы, Рл=4320 Лм; Каждый светильник типа М-НОГЛ комплектуется двумя лампами. Размещаются светильники двумя рядами, по четыре в каждом ряду. Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. В этой части выпускной квалификационной работе были рассмотрены условия труда инженера-исследователя (пользователя ПК). Проведенный анализ характеристик помещения, микроклимата шума и расчет освещенности позволяют утверждать, что созданные условия отвечают всем требованиям санитарных и строительных норм и правил, способны обеспечить комфортную работу, сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня. Рабочее место, хорошо приспособлено к 69 трудовой деятельности инженера, правильно и целесообразно организовано, в отношении пространства, формы и размера. Обеспечивает ему удобное рабочее положение и высокую работоспособность при наименьшем физическом и психическом напряжении. А выполнение изложенных рекомендаций может повысить, как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда инженера. 70 Заключение На сегодняшний день разработана конструкторская документация, которая согласована с представителем заказчика на предприятии. Изготовлены опытные образцы радиостанции, на которых проведены лабораторные испытания. В ходе испытаний были получены требуемые значения основных технических характеристик, но также выявлены проблемы, связанные обеспечением устойчивости передающего тракта при пониженной температуре окружающей среды. Для их устранения в настоящее время проводится коррекция аппаратной части и конструкторской документации. Радиостанция также может использоваться для работы в перспективных сетях передачи данных ATN (Aeronautical Telecommunications Network), использующих ОВЧ-каналы передачи данных в режиме 2 (VDL-2). При этом она соответствует рекомендациям ARINC-750, ED-92, DO-281 и DO-224. Для взаимодействия с внешней аппаратурой обмена данными могут использоваться два высокоскоростных (100 кбит/с) стыка ARINC-429 с поддержкой протокола передачи файлов. В дополнение к основным, радиостанция обеспечивает ряд дополнительных режимов и сервисных функций. Имеется возможность ограничения времени передачи и снижения мощности передатчика при подаче внешних команд. При работе в режиме речевой связи включение тумблера АП на пульте управления включает режим прослушивания аварийного канал 121,500 МГц с сохранением всех функций на рабочем канале. При наличии аварийного сигнала в телефоны авиагарнитуры подается специальный звуковой сигнал и загорается индикатор АС на пульте управления. В радиостанции имеется система встроенного самоконтроля, позволяющая определять неисправности оперативно сменных блоков при включении питания, во время работы, при нажатии кнопки «Контроль» на лицевой панели приемопередатчика или по внешней команде. Информация 71 об исправности блоков радиостанции отображается индикаторами на лицевой панели приемопередатчика, а также передается по отдельным линиям в ССЛО и КИСС. Кроме того, радиостанция сохраняет информацию об обнаруженных неисправностях на 10 последних участках полета и обеспечивает взаимодействие с бортовым модулем технического обслуживания в соответствии с рекомендацией ARINC-604. В выпускной квалификационной работе было поставлено задач разработка бортового УКВ приемопередатчика с возможностью работы в режиме YHF DATA LINK. Технические определяемые требования ED-92 и к радиостанции DO-281, в гарантируют режиме VDL-2, электромагнитную совместимость при работе на одном борту и в одном диапазоне частот нескольких радиостанций с режимами аналоговой и цифровой связи, а также взаимозаменяемость образом, оборудования соответствие этим различных требованиям производителей. являлся главной Таким задачей разработки. Проведено экономическое обоснование разработки, рекомендации по охране труда и окружающей среды. 72 а также Литература 1. Дуров А.А., Рябышкин В.Н. Судовые УКВ-радиостанции: Учебное пособие по дисциплине "Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования". - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. - 91 с. 2. Насыров И.К., Толок В.И. Самолет ТУ-154 Радиоэлектронное оборудование. Часть 1-2, Казан, 2008.с.128. 3. Под ред. П. С. Давыдова. Радиолокационные системы воздушных судов. -М.:Транспорт, 1988. 4. Егоров Н.С., Андреев Г.Н.Радиооборудование летательных аппаратов: Учебное пособие. -М.: МИИГА, 1990. 5. Старых А.В. «Бортовые радиоэлектронные системы». Пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине ч.4 –М.: МГТУГА, 2007. 6. Евдокимов А.Е.Радиостанция Р-161А2М. Учебное пособие для студентов. Рязань. 1999.с.84. 7. Зарубский В.Г. Применение средств радиосвязи, навигации и видеонаблюдения в ФСИН России: учеб. пособие. ФГОУ ВПО Пермский институт ФСИН России. – Пермь: [б.и.], 2010. – 68 с. 8. Как выбрать, настроить и использовать GPS-навигатор: Н. Р. Ильин, В. С. Найман - Москва, НТ Пресс, 2007 г.- 256 с. 9. Лучшие GPS-навигаторы: В. С. Найман - Санкт-Петербург, НТ Пресс, 2008 г.- 400 с. 10. Корнеев В.М. Конструкция и эксплуатация воздушных судов для пилотов и бортинженеров: конспект лекций. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2006. 11. Руководство МАМПС. Том II. Изд.2008.с.476. 12. Руководство по обучению. Часть Е-2. Персонал по электроники средствам для обеспечения безопасности воздушного движения (ATSEP). Изд.2011.с.214. 13. Константинов В.Д. Основы авиационной техники. М.: МГТУ ГА. 2004. 73 технической эксплуатации 14. Константинов В.Д. Техническая эксплуатация авиационного оборудования. -М.: МГТУ ГА, 2000. 15. Высоцкий В.З. Влияние качества речевого радиообмена в системах УВД на безопасность полетов. Научный вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация ВТ и ремонт AT. Безопасность полетов, № 99,2006. 16. Логвин А.И., Андреев Г.Н., Еремин А.В. Использование нормативной базы гражданской авиации для выявления функционально значимых элементов РЭО. Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №112,2007. 17. ФАП «Радиотехническое обеспечение полетов и авиационной электросвязи. Сертификационные требования». М.2000. 18. П.А. Бакулев. Радиолокационные системы. –М.: Радиотехника, 2004, 234 с. 19. А.Б. Борзов, Р.П. Быстров, Э.А. Засовин и др. Радиотехнические и радиооптические системы. –М.: Изд. Дом «Круглый стол», 2001, 456 с. 20. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебное пособие. –М.: Форум Инфра-М, 2005, 260 с. 21. Берикашвили В.Ш., Василенко Е.В., Соколов В.Г. и др. Обнаружение и распознавание радиолокационных объектов. -М.: Изд. предпр. Ж. «Радиотехника», 2005, 262 с. 22. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С.В. Белов.,В.А. Девисилов. А-В. Ильницкая, и др.; Под общей редакцией С.В. Белова. - 8-е издание, стереотипное - М.: Высшая школа, 2009. 23. Девисилов В.А. Охрана труда: учебник / В.А. Девисилов. - 4-е изд., пере- раб. и доп. - NL: ФОРУМ, 2009. (Профессиональное образование). 24. Б.С. Мастрюков. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. - Изд. 5-е, пе- рераб.- \1.: Академия, 2008. 74
