Информационное обеспечение систем регистрации информации и телеуправления объектов ракетно-космической техники

Актуальность темы

В мае 1946 года постановлением Правительства СССР была создана кооперация научно-исследовательских, опытно-конструкторских и производственных предприятий с целью создания новых видов вооружений — баллистических ракет дальнего действия и зенитных управляемых ракет. Важность поставленных задач предопределила бурное развитие целого ряда научно-технических направлений. Для их выполнения были созданы новые Особые конструкторские бюро во главе с Главными конструкторами — академиками В. П. Макеевым и М. К. Янгелем, НИИ-88, в последствии ЦНИИМАШ, руководимый членом-корреспондентом РАН Ю. А. Мозжориным. Позднее выделились из них НПО измерительной техники (НПО ИТ), Российский НИИ космического приборостроения (РНИИ КП), НИИ точных приборов (НИИТП), НИИ физических измерений, НИИ технологии машиностроения. Отработка двигателей и узлов ракетно-космической техники (РКТ) требовала проведения многочисленных пусков и испытаний с целью получения параметров испытываемых систем в процессе полета. Для этого было необходимо разрабатывать телеметрические системы, включающие датчико-преобразующую аппаратуру, радиотелеметрию и автономные системы, стендовые измерительные системы, автоматизированную обработку результатов измерений, создавать конструкторский, технологический отделы, лабораторию испытаний и организовывать опытное производство.

Особая проблема заключалась в обеспечении телеметрических систем оконечными устройствами: прецизионными приборами цифровой записи-воспроизведения медленноменяющихся сигналов, регистрации быстропроте-кающих процессов, обеспечения качественной визуализации и документирования графической и полутоновой информации. Для этого требовались комплексные исследования по оптимизации параметров магнитной, электроэрозионной, электрохимической, электростатической и др. видов регистрации аналого-цифровых сигналов, а также проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью достижения высокой динамической точности механизмов транспортирования ленточного носителя (МТЛ).

Создание первых опытных изделий для стендового оборудования в первое время велось с помощью малофункционального универсального оборудования производственных баз институтов. Изготовление постоянно затягивалось из-за неподготовленности производств этих баз. Для ускорения изготовления опытных образцов изделий и подготовки их к серийному выпуску были подключены ряд заводов Москвы, Киева, Харькова, Ижевска и Чернигова.

Перед научно-исследовательскими и промышленными предприятиями отрасли была поставлена серьезная задача — в кратчайшие сроки разработать радиотехнические комплексы и телеметрические системы для обеспечения испытаний новейших образцов РКТ, провести переоборудование механических заводов на изготовление и выпуск новых изделий приборостроительного направления для систем РКТ, разработанных различными НИИ, в установленных количествах, в заданные сроки.

Согласно постановлению СМ СССР НПО ИТ был определен головным в отрасли по обеспечению испытаний ракет-носителей с оснащением полигонов Минобороны системами телеизмерений на базе системы БРС-4 и ее модификаций. Фактически, с 1966 г. НПО ИТ стал головной организацией в стране в области ракетной радиотелеметрии. Большой вклад в разработку и создание телеметрических систем внесли видные ученые и конструкторы этого института: И. И. Уткин, O.A. Сулимов, Комиссаров О. Д., Чернов В. В., С. А. Джанумов, А. Д. Курмаев, Н. М. Грибков, Н. М. Пушкин, Б. П. Турченев, М. И. Субботин и др.

Безусловные заслуги в основании направления телеметрии дальнего космоса и создании радиотелеметрических систем типа РТС принадлежат созданному в 1963 г. РНИИ КП. Ведущими специалистами-разработчиками в этом институте в разное время являлись такие ученые как Л. И. Гусев, К. В. Черевков, A.B. Чуркин, A.C. Селиванов, Б. Г. Сергеев, H.A. Бойко и др.

В это же время под руководством члена-корреспондента РАН Г. Я. Гусько-ва, генерального конструктора НПО «ЭЛАС», велись разработки в области радиоуправления ракетоносителями и космическими аппаратами, космического микроэлектронного аппаратостроения и бортовых управляющих информационно-вычислительных комплексов. Существенный вклад в разработку аппаратуры внесли следующие ученые-специалисты: В. И. Карасев, E.H. Егоров и др.

Известными учеными и конструкторами НИИ ТП A.C. Мнакацаняном, A.B. Шишановым, А. Ф. Калининым, В. Г. Победоносцев, В. А. Комисаровым, A.C. Моргулевым и др. были разработаны прецизионные механические системы стыковки космических аппаратов, снабженные робототехническими комплексами и системами автоматического управления с элементами искусственного интеллекта.

Под руководством крупного ученого — члена-корреспондента РАН, Генерального конструктора «ЦСКБ-Прогресс» Д. И. Козлова разрабатывались ракетно-космические комплексы наблюдения с борта летательного аппарата.

В период принятия Правительством постановления в 1946 г. Ижевский мотозавод осваивал выпуск (1950 г.) изделия ПУАЗО-5 — прибора управления ар-тиллерийско-зенитным огнем. Приборы предназначались для оснащения войск ПВО страны. Авторами разработки являлись работники института НИИ-20: Главный конструктор К. Н. Богданов, специалисты — теоретики З. М. Бененсон, JI.A. Серебровский, К. Я. Гохштейн, Забелин, С. Н. Тимачев и др.

Цель работы состоит в получении научно-обоснованных технических и технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в создание информационного обеспечения систем регистрации информации и телеуправления объектами РКТ, предназначенных для проведения испытаний РКТ и управления полетами орбитальных комплексов, и оснащение указанных систем устройствами для отображения цифровой и графической информации, обладающих высокими информативностью и достоверностью, обеспечивающих надежное документирование и наглядное представление зафиксированных параметрических зависимостей.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

— получены новые научно-технические решения в области разработки и создания радиотелеметрической аппаратуры, позволяющие повысить точность и надежность цифровой записи телеметрических сигналов и графического построения их диаграмм, в том числе расширить функциональные возможности аппаратуры записи-воспроизведения при визуализации и документировании полезной, служебной и сопроводительной информации;

— проведен анализ оценок погрешностей записи и воспроизведения в случае, когда на регистратор действуют случайные помехи, представляющие собой двумерный стационарный случайный процесс во времени, которые являются количественной характеристикой суммарного влияния погрешностей всех узлов и блоков регистраторапроведен анализ среднего и дисперсии установленных оценок погрешностей;

— получены достаточно точные и удобные для применения оценки сверху для вероятности, что оценки погрешности регистрации превысят заданный уровень, поскольку точный подсчет функций распределения оценок погрешностей обычно невозможенустановлена асимптотическая нормальность оценок погрешностей записи-воспроизведения и при неограниченно возрастающем времени регистрации;

— изучено влияние нестабильности скорости и колебаний угла между координатами развертки на динамическую точность записи-воспроизведенияопределена суммарная статистическая погрешность при записи-воспроизведениис целью прогнозирования динамических свойств МТЛ исследованы продольные стохастические колебания участка ленточного носителя, находящегося под воздействием возмущений, которые рассматриваются как стационарный случайный процесс;

— определена степень влияния параметров движения ленточного носителя на динамические характеристики МТЛпроведены исследования вынужденных продольных и планарных колебаний участка ленты под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметроввыведены аналитические выражения для напряженно-деформированного состояния ленты;

— получено математическое выражение для остаточного магнитного потока на лентеизучен спектральный состав сигнала, полученного при считывании электростатическим регистратором контрольной сигналограммы при наличии поперечных и перпендикулярных колебаний ленточного носителяпроведена оценка влияния перпендикулярных колебаний ленты при записи и воспроизведении электростатографами на исходную информациюопределен закон распределения поперечных колебаний диэлектрического носителя;

— создана методика имитационного моделирования процесса помех для воздействия их на аппаратурное обеспечение приема-передачи и регистрации дискретных сигналов в канале связи (КС) для локализации дефектных узловразработан вид тестовых сигналов, сообразующихся с количеством разрядов, длительностью и плотностью передаваемой информации, позволяющих определять количество искажений нулей и единиц, а также пропаданий синхроимпульсов;

— разработан алгоритм восстановления искаженного тестового сигнала, включающего процедуры определения процесса ошибок и оптимизации расстановки измененных двоичных символовпроведен анализ процесса ошибок по статистическим оценкамисследованы спектральные плотности и относительные вероятности появления ошибок в разрядах кодовых векторов;

— разработан диагностический комплекс информационно-измерительных средств для определения параметров движения ленты, позволяющих проводить измерения динамических деформаций, перекосов и скорости движения различных типов ленточного носителя с более высокой точностью измерения за счет увеличения разрешающей способности, одновременного измерения нескольких параметров движения и сокращения времени измерения;

— решены конструкторско-технологические проблемы производства радиотелеметрических систем путем глобальной реконструкции существующей про-зводственно-технологической базы, создания новых мощностей (строительства корпусов и приобретения современного оборудования), разработки и внедрения новых технологических процессов, совершенствования методов организации и управления производством и обеспечения эффективной системы организации технической подготовки производства;

— созданы системы автоматизированного проектирования прецизионных динамических систем устройств регистрации и обработки телеметрической информации (ТМИ), внедрены программно-аппаратные средства автоматизированного контроля производимых изделийразработаны принципы стимулирования и заинтересованности работников предприятия в улучшении качества и надежности продукции, а также в результатах внедрения новой техники.

Объектом исследования являются: радиотехнические комплексытелеметрические системы, аппаратура цифровой записи-воспроизведения информацииграфические регистраторы измерительных сигналов, диагностический комплекс информационно-измерительных средств для контроля динамической точности отображения информацииимитационное моделирование помех в регистраторахтестовые сигналы для выявления ошибок в кодовых векторахалгоритмы восстановления искажений и коррекции сигналов, технология производства радиоэлектронных средств.

Предметом исследования являются: анализ оценок погрешностей записи и воспроизведения информацииоценки среднего, дисперсии и вероятности распределения погрешностей регистраторов сигналовопределение суммарной статистической погрешности записи-воспроизведения при наличии возмущений в работе узла развертки носителя информацииисследования вынужденных продольных и планарных колебаний участка ленты под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметровполучение математического выражения для остаточного магнитного потока на лентеизучение спектрального состава контрольного сигнала, полученного при наличии взаимно-перпендикулярных колебаний ленточного носителяисследование спектральных плотностей и относительных вероятностей появления ошибок в разрядах кодовых векторов.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные исследования. Созданные радиоэлектронные средства построены на основе метода структурной декомпозиции блоков и узлов, позволяющего обеспечить удобство настройки блоков и их адаптации к условиям эксплуатации. Структурные схемы телеметрических систем созданы с учетом теоретических основ информатики и микропроцессорных вычислительных средств. Создание аналоговых блоков преобразования низкочастотных измерительных сигналов осуществлено на основе теоретических основ проектирования полупроводниковых и гибридных микросхем с применением схемотехнических методов слаботочной и импульсной электроники. При проектировании цифровых магнитных регистраторов (ЦМР) и получении оценок погрешностей записи-воспроизведения сигналов использовались теоретические основы радиоэлектроники, теория точной магнитной записи и теоретические основы вычислительной техники. Создание электростатических регистраторов и применение электростатической головки как датчика измерения погрешностей движения ленточного носителя базировались на записи и считывании контрольных сигналограмм методами скрытой потенциальной рельефографии и теории электростатики и электродинамики. Разработка МТЛ осуществлялась на основе теории машин и механизмов, теории колебаний и динамики, прочности машин, приборов и аппаратуры.

Для изучения свойств записи-воспроизведения информации применялись методы теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций. Установление реологических моделей участков ленточных носителей осуществлено на основе методов теории упругости и пластичности. Теоретические исследования базируются на основах теории колебаний, математического моделирования систем с распределенными параметрами, корреляционной теории стационарных случайных процессов.

В целях проверки теоретических положений были спроектированы и изготовлены устройства для записи-воспроизведения цифровых данных и регистраторы графической информации (РГИ) на движущемся ленточном носителе. Экспериментальные исследования базируются на использовании методов кинематического и динамического анализа параметров и характеристик механизмов с учетом метрологических характеристик средств измерений. Использовалась математическая теория эксперимента, обработка полученных результатов проводилась с привлечением аппарата математической статистики.

Разработка информационно-измерительных средств МТЛ проводилась на основе теории измерения электрических и механических величин. Оценка погрешностей измерений основана на теории точности измерительных систем.

Достоверность изложенных положений работы подтверждается результатами обеспечения серийных производств 253 наименований изделий для регистрации и обработки ТМИ РКТ, а также опубликованными тематическими отчетами, научно-техническими работами и авторскими свидетельствами на изобретения. Достоверность и обоснованность полученных в работе научно-технических результатов и выводов подтверждена результатами системного анализа и технической диагностики устройств магнитной записи-воспроиз-ведения и графических регистраторов и их внедрением в производственную эксплуатацию в составе радиотехнических и телеметрических систем.

Математические модели точности работы устройств отображения информации, предложенные в диссертации, основаны на фундаментальных положениях функционального анализа, теории вероятностей и случайных функций, а также теории статистической радиотехники и информатики.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений динамических характеристик тракта МТЛ, большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся теоретические разработки и технические решения научной проблемы создания профессиональной аппаратуры регистрации информации радиотехнических и телеметрических систем, в том числе:

— теоретические основы создания и исследования ЦМР и РГИ, обеспечивающих более высокую точность (не менее чем на 15−25%) записи измерительных сигналов на магнитную ленту, повышение информативности и достоверности (на 3−33%) отображаемой информации, а также надежное документирование и наглядное представление результатов визуализации;

— структурные электрические схемы оригинальных устройств цифровой магнитной записи и регистраторов графической и буквенно-цифровой информации, а также средств вывода информации из микропроцессорных вычислительных средств;

— теоретические исследования влияния нестабильности скорости развертки, колебаний угла между координатами записи-воспроизведения и плоскопараллельных перемещений ленточного носителя на динамическую точность записи-воспроизведения, анализ спектрального состава тестового сигнала в виде эквипотенциальной прямой полосы, полученного при считывании его электростатической головкой при наличии поперечных и перпендикулярных колебаний ленты, получение оценки влияния перпендикулярных колебаний при записи и воспроизведении электростатографами на исходную информацию;

— принципы создания РГИ, работающих на электрохимическом и электростатическом принципах записи и осуществляющих документирование в необходимом количестве экземпляров измерительных диаграмм с выбором оптимального масштаба развертки, и ЦМР, обеспечивающего точную многоканальную магнитную запись данных в оригинальном формате расположения информационных блоков на ленточном носителе;

— методика получения оценок точности записи-воспроизведения информации, включающая формулирование достаточных условий на случайные помехи, при которых возможно удовлетворительно описать вероятностные свойства оценок записи-воспроизведения информацииустановление формул для среднего через дисперсии помех, а для дисперсии оценок погрешностей через корреляционную функцию и спектральную плотность помехразработка метода воспроизведения с калиброванной лентой, позволяющей исключить продольные помехи, которые на практике существенно больше поперечных;

— получение аналитических зависимостей вероятностных характеристик смещения ленты, реологические свойства которой идентифицируются моделью Кельвина-Фойгта, на которую воздействуют случайные возмущения, рассматриваемые как стационарный случайный процесс, путем применения метода Бубно-ва-Галеркина для нестационарных задач с предварительным сведением краевой задачи к виду, в котором краевые условия становятся нулевыми, решения системы дифференциальных уравнений второго порядка относительно «обобщенных координат», являющихся случайными функциями, вероятностные характеристики которых определяются по известной корреляционной функции натяжения ленты;

— методика имитационного моделирования процесса помех, воздействующих на ЦМР, являющийся составной частью аппаратурного обеспечения функционирования дискретного КСреализация возможности полного определения искажения цифровой информации путем использования тестового сигнала в виде чередования кодовых последовательностей возрастающих и убывающих чиселразработка алгоритма восстановления искаженного контрольного сигнала, анализ процесса ошибок по статистическим оценкамприменение непараметрических методов для получения спектральной плотности процесса ошибок;

— разработка новых форм контрольных сигналов и алгоритмов вычисления параметров движения ленты, позволивших создать и конструктивно проработать комплекс информационно-измерительных средств для измерений деформаций, перекосов и скорости движения ленточных носителей информациидостижение отличительной особенности данных технических решений, заключающейся в высокой точности и быстродействии за счет возможности измерения нескольких параметров одновременно;

— методология реконструкции механического завода в приборостроительный завод для обеспечения возможности создания радиоэлектронных средств крупных приборных комплексов, включающих как прецизионную механику, так и твердотельную электронику;

— организационная структура предприятияструктура управления производством с помощью информационно-вычислительных и управляющих системгибкость системы организации технической подготовки производства и системы управления качеством применительно к широкой номенклатуре выпускаемых изделий;

— организация серийного производства изделий широкой номенклатурыидеология и методика «быстрого реагирования» производства на внесение доработок в изделия при их испытаниях на полигонах и космодромах.

Научная новизна. В результате впервые проведенных комплексных исследований решена научная проблема разработки принципов, теории и методики создания многофункциональной аппаратуры регистрации информации радиотехнических и телеметрических систем, обладающих более высокой точностью и надежностью отображения цифровой и графической информации, расширенными функциональными возможностями при визуализации и документировании полезной, служебной и сопроводительной информации, в ходе которых:

— разработаны оригинальные технические средства для регистрации аналоговой, цифровой, и алфавитно-цифровой измерительной информации на основе электрохимического и электростатического принципов записи;

— повышены точность на 5−20% и надежность (время наработки на отказ увеличено до 3 раз) созданного для космической бортовой телеметрии ЦМР за счет разработки основополагающих принципов многоканальной цифровой магнитной записи исследуемых параметров в оригинальном формате: кодовые посылки формируют без промежутков массивы информации отдельными блоками, соответствующими различным методам исследований параметров полета космического аппарата;

— получены аналитические выражения для: одномерной плотности вероятности случайной функции искажения частоты считывания гармонического сигнала при нестабильных скоростях развертки ленточного носителя при регистрации и считываниизависимости плотности распределения амплитуды зарегистрированного и считанного сигналов при обработке информации на устройствах с неперпендикулярными координатами развертки, когда функция распределения угла между координатами равновероятна в соответствующих интервалахзависимости плотности вероятности амплитуды зарегистрированного и считанного сигнала при различных дисперсиях нормально распределенной функции изменения угла между координатами разверткизависимости амплитуды гармоник и коэффициента искажения от угла между координатами разверткифункции искажения амплитуды считанного сигнала;

— использование аналогии между упругостью и вязко-упругостью, применение к уравнениям движения, реологического состояния и краевым условиям для вязкоуиругого тела преобразования Лапласа, сведения краевой задачи с помощью обобщения метода Бубнова-Галеркина к системе линейных алгебраических уравнений относительно переменных, к которым впоследствии применяется метод обращения Лапласа с помощью полиномов Лежандра, позволил получать расчетные зависимости для вынужденных продольных и планарных колебаний ленточного носителя под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметров для трехзвенной реологической модели;

— построена математическая модель работы регистратора со случайными помехамиопределены оценки погрешности записи и воспроизведенияполучены формулы для среднего и дисперсии оценок погрешностейустановлена асимптотическая нормальность оценок погрешностей при неограниченно возрастающем времени регистрацииполучены пригодные для построения доверительных интервалов экспоненциальные оценки сверху вероятностей для оценок погрешностей;

— разработана методика имитационного моделирования процесса помех, предложены два вида тестовых сигналов: с чередующимися нулями и единицами и на основе псевдослучайных М-последовательностейсоздан алгоритм, включающий нахождение процесса ошибок, восстановление искаженного сигнала и достижение оптимума коррекции сигналаполучены ошибко-частотные характеристики и относительные вероятности появления ошибок по разрядам кодовых векторов в результате воздействия помех.

— разработан и создан диагностический контрольно-измерительный комплекс аппаратуры для исследования динамической точности функционирования МТЛ, обладающий повышенной точностью измерений (на 10−35%) и исключающий влияние измерения одних параметров на точность измерения других;

Практическая ценность работы. Разработана методология технического перевооружения, технологического переоснащения приборостроительного предприятия и ускоренной технической подготовки производства, обеспечившая изготовление сложнейших наукоемких радиотехнических комплексов и телеметрических систем в регламентированные сроки и заданных количествах.

Разработаны и обоснованы требования к разработчикам изделий, выполнение которых необходимо при передаче конструкторской документации (КД) на заводы с обоснованием выбора конструкторских, схемных решений, выбора покупных электрорадиоизделий (ЭРИ), обеспечивающих заданный уровень технологичности изготовления деталей из металла, материалов органической химии, резинотехнических полуфабрикатов, пластмасс.

Обоснованы мероприятия по контрольно-испытательному, стендовому оборудованию (камер тепла, влаги, вибростенды, отдельные помещения проверки антенно-фидерных систем, проверки блоков, узлов, стоек, систем, комплексов) на соответствие требованиям технических условий (ТУ) на изделия в целом при приемо-сдаточных и периодических испытаниях.

Предложены и внедрены мероприятия по комплексному подходу к проектированию и изготовлению аппаратуры различного функционального назначения путем разработки и обеспечения НИИ-разработчиков руководящими материалами по требованиям к конструкторско-технологическим решениям и метрологическому обеспечению производства аппаратуры.

Внедрены комплексные подходы к организации проектирования и производства аппаратуры различных НИИ-разработчиков. Внедрение такого подхода обеспечило значительное сокращение затрат на проектирование аппаратуры и подготовку ее производства на предприятии-изготовителе.

Созданные теоретические основы разработки и методики настройки, регулировки и контроля профессиональной аппаратуры регистрации информации обеспечили целый ряд радиотелеметрических систем, производимых на предприятиях, подведомственных Агентству РФ «Росавиакосмос», прецизионными устройствами записи-воспроизведения и регистрации ТМИ.

Созданный комплекс устройств отображения ТМИ в цифровом и графическом виде позволил решить проблему автоматизации документирования и оперативной предварительной обработки измерительной информации, а также обеспечить целый ряд радиотехнических комплексов высокоточными и надежными бортовыми и наземными оконечными устройствами.

Техническая новизна серийно изготовленных в условиях производства аппаратных средств регистрации информации, разработанных только автором работы, защищена 18 авторскими свидетельствами СССР.

Работа выполнялась в соответствии с постановлениями ЦК КПСС, постановлениями Правительства СССР и Правительства РФ, постановлениями ВПК СССР, приказами Министра общего машиностроения и Руководителя Агентства РФ «Росавиакосмос», а также решениями руководителей и коллегий других министерств и ведомств СССР и РФ.

Внедрение результатов работы. Положения, разработки и рекомендации диссертационной работы внедрены в работе предприятий: ОАО «Ижевский мотозавод «Аксион-Холдинг" — ОАО «Ижевский радиозавод" — НПО ИТРНИИ КП иНИИТП.

За большой вклад в разработку, создание, и внедрение современных радиотехнических комплексов и телеметрических систем, обеспечивших успешное проведение испытаний новых образцов РКТ и управление полетами космических кораблей и орбитальных станций автор диссертационной работы удостоен почетных званий «Лауреат Государственной премии СССР» (1987), «Заслуженный машиностроитель Российской Федерации» (1995), «Заслуженный испытатель космической техники» (2000), награжден Орденами «Знак Почета» (1969), «Трудового Красного Знамени» (1975), медалью имени Ю. А. Гагарина (1984).

Общий экономический эффект от внедрения диссертационной работы и вклада ее автора в освоение 253 наименований производств по созданию радиотелеметрических систем для объектов РКТ исчисляется десятками миллионов рублей, рассчитанный в ценах 1991 года.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзных, отраслевых, российских и международных научно-технических конференциях и совещаниях: Международной научно-технической конференции «Об опыте передачи военной техники Чехословацкой Армии комплексов зенитных батарей с прибором управления ПУАЗО-5 и методах обучения офицерского состава Чехословацкой Армии» (Прага — Брно, ЧССР, 1956) (в процессе работы конференции прочитан курс лекций по теории и основам проектирования прибора ПУАЗО-5 и изложен метод управления зенитным огнем батарей, обеспечивающих полет снаряда и встречу с целью) — Общероссийском совещании Главных инженеров предприятий и воинских частей «Об опыте эксплуатации станций КИПС для испытаний изделий РКТ и выработки мероприятий по дальнейшей их эксплуатации» (Киев, 1959) — Научно-технической конференции «Опыт и перспективы развития аппаратуры по телеметрическим измерениям РКТ» (Москва, 1964) — Межотраслевом совещании предприятий MOM «О состоянии изготовления новых изделий и выработки мероприятий, направленных на увеличение объемов производства на каждом предприятии» (Калининград М.О., 1967) — Отраслевом совещании предприятий 5-Главка MOM «Внедрение новых технологических процессов, обеспечивающих качественное изготовление изделий РКТ» (Ижевск, 1970) — Отраслевом совещании-семинаре Главных инженеров предприятий MOM, Главных инженеров НИИ MOM и руководства MOM «По обмену опытом внедрения средств новой техники, механизации и автоматизации производственных процессов и контрольных операций» (Киев, 1973) — Общероссийской технической конференции Главных инженеров промышленных предприятий, командиров Воинских частей, руководителей MOM и Минобороны обороны «Анализ работы радиотехнической аппаратуры и изделий РКТ при эксплуатации в Воинских частях, полигонах, трассах и пути улучшения качества и надежности аппаратуры» (Москва, 1976) — VII Всесоюзном съезде НТО Машиностроительной промышленности «Широкое внедрение автоматизированных систем управления предприятиями машиностроения (АСУП)» (Москва, 1977) — Научно-технической конференции «Об опыте изготовления изделий в микроэлектронном исполнении», (Зеленоград, НПО «Элас», 1979) — Научно-техническом семинаре предприятий MOM, НИИ Микроприбор, ЦСКБ «Прогресс» «Об опыте освоения новых изделий в микроэлектронном исполнении» (Ижевск, 1980) — III Всесоюзной научно-технической конференции «Борьба с шумом и вибрацией» (1979) — Научно-техническом семинаре предприятий MOM, НИИ MOM, «О состоянии выполнения заданий по изготовлению аппаратуры и доставки к месту назначения для обеспечения успешного запуска МКС „Энергия-Буран“ и успешного его возвращения» (Ижевск, 1982) — Всесоюзной научно-технической конференции («Конструкторско-технологическое обеспечение качества микрои радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производстве» (Ижевск, 1988) — Научно-технической школе ВИТО РЭС им. A.C. Попова (Секция радиоприемных устройств и усилителей, Москва, 1988) — Зональной научно-технической «Методы оценки и повышения надежности РЭА» (Пенза, 1989) — Научно-техническом совете предприятий MOM «О состоянии изготовления комплексов устройств КУМР-В, 42,64,2000 и выработки дальнейших направлений развития магнитной регистрации информации» (Ижевск, 1989) — 34 Международном технологическом коллоквиуме (Ильменау, Германия, 1989) — 31−33 Научно-технической конференции ИжГТУ (Ижевск, 1999;2001 гг.) — Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2000,2001) — Российской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001).

Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы 129 научных работ, в том числе: 2 монографии (одна — 130 е., вторая-депонированная-103 е.) — 3 депонированных в ВИНИТИ рукописи (объемом, соответственно, 35 е., 52 с. и 66 е.) — 20 статей в центральной печати- 72 научно-технических отчетов- 14 тезисов докладов на Всесоюзных, российских и международных научно-технических конференциях и семинарах. Автором диссертационной работы получено 18 авторских свидетельств СССР на изобретения, под его руководством выполнено 145 проектно-конструкторских работ по созданию радиотехнических комплексов для испытания и управления полетами PKT.

Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований. Проведен обзор принципов действия, динамической точности и технического диагностирования регистраторов информации телеметрических систем. Решена задача разработки устройств регистрации телеметрических систем и диагностического комплекса информационно-измерительных средств для контроля динамической точности MTJ1.

Изложены разработанные автором теоретические основы создания профессиональной аппаратуры записи-воспроизведения и регистрации аналого-цифровой и графической информации. Разработаны алгоритмы восстановления цифровых сигналов, записанных в условиях моделирования помех при типовых испытаниях, и получены спектральные оценок их потерь. Предложены оригинальные способы измерения динамических характеристик широкоформатных ленточных носителей информации для электростатической записи.

Описан комплекс организационно-технических мероприятий для решения важной народно-хозяйственной проблемы по реконструкции производственных мощностей и освоению производств радиоэлектронных средств для PKT.

Диссертация содержит введение, 6 глав и заключение, изложенные на 339 с. машинописного текста. В работу включены 72 рис., 11 табл., список литературы из 347 наименований.

6.13. Выводы.

1. Предложено и осуществлено решение конструкторско-технологических проблем производства радиои телеметрических систем путем глобальной реконструкции существующей прозводственно-технологической базы, создания новых мощностей, совершенствования методов организации и управления производством и обеспечения эффективной системы организации технической подготовки производства.

2. Созданы теоретических основы и внедрены системы автоматизированного проектирования прецизионных динамических систем устройств регистрации и обработки ТМИ, обеспечено повышение достоверности технического контроляразработаны и внедрены принципы стимулирования и заинтересованности работников предприятия в улучшении качества и надежности продукции, а также за результаты внедрения новой техники.

3. За период работы 1958;1989 годы под личным техническим руководством автора данной работы обеспечено освоение и постановка на серийное производство свыше 250 наименований радиотелеметрических систем. Благодаря неукоснительному выполнению заданий ПО «Ижевский Мотозавод» с 1969 по 1980 год занимал в соревновании по MOM первые классные места 51 раз, получал Знамя 8 раз, был занесен на Доску Почета ВДНХ четыре раза.

4. Автором работы внесен большой личный вклад в разработку мероприятий по реконструкции механического. завода в приборостроительный заводв совместную с разработчиками доработку конструкций изделий и выпуском целого ряда изменений, качественно улучшающих их тактико-технические характеристики, уже в процессе изготовления изделийв тщательную разработку и внедрение в производство всех технологических процессов: гальвано-лакопок-рытия, сварочных, монтажной пайки, механообработки и механосборки, сборочных операций радиоэлектронной и микроэлектронной аппаратуры, регулировочных работ с применением контрольно-регулировочных работ, автоматизированного контроля, контрольных операций, начиная с входного контроля всех покупных ЭРИ и до сдачи изделий «заказчику», для контроля изделий, от детали до изделия в готовом виде, для контроля изделий при проведении климатических испытаний, виброиспытаний, транспортных испытаний и другихв создание культуры производства и подготовку квалифицированных кадров. Предприятие, используя вышеуказанное, превратилось в современный приборостроительный холдинг, способный осваивать новые изделия как для РКТ, так и гражданского назначения, любого класса точности, в заданных количествах, в заданные сроки.

5. В начале 80-х годов на основании постановлений Правительства СССР ПО «Ижевский мотозавод» обеспечил освоение новых направлений микроэлектронной техники для создания бортовой и морской телеметрической аппаратуры. Были освоены новые площади для микроэлектронного производства, новое прогрессивное оборудование, поднята культура производства, отработаны химико-технологические процессы.

6. Аппаратурой, изготовленной на предприятии, оснащены наземные пункты слежения и управления космическими объектами, в том числе и на кораблях. Созданная аппаратура использовалась для исследования кометы Галлея (проект Фобос). Начиная с 1980 г., велось изготовление аппаратуры для оснащения средствами телеметрии и обработки программы «Буран».

7. Экономический эффект от внедрения результатов деятельности автора диссертационной работы исчисляется десятками миллионов рублей, рассчитанных в ценах 1991 г. Он достигнут за счет внедрения 16 изобретений автора как в сфере производства на АО «Ижевский мотозавод «Аксион-Холдинг», так и в сфере эксплуатации на полигонах, наземных и морских пунктах слежения и управления полетами объектов РКТ и космодромах.

Повышению экономической эффективности от использования разработанных и созданных при участии автора диссертации радиотелеметрических систем в штатных режимах работы способствовали их более высокие тактико-технические характеристики, которые были достигнуты в результате применения разработанных диссертантом теоретических основ проектирования и производства блоков и узлов телеметрических систем РКТ. Кроме того, значительный экономический эффект достигнут в сфере производства радиотехнических комплексов за счет разработки и внедрения современных технологий, радиоматериалов и радиокомпонентов, совершенствования систем технической подготовки производства и глубокой автоматизации сборки, регулировки, производственного контроля и испытаний радиоэлектронных средств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В работе получены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в создание информационного обеспечения систем регистрации информации и телеуправления объектами РКТ, предназначенных для проведения испытаний РКТ и управления полетами орбитальных комплексов, и оснащение указанных систем устройствами для отображения цифровой и графической информации, обладающих высокими информативностью и достоверностью, обеспечивающих надежное документирование и наглядное представление зафиксированных параметрических зависимостей.

2. При непосредственном участии и руководстве автора работы созданием и освоением в серийном производстве изготовлены в промышленном исполнении:

— магнитные регистраторы наземной телеметрии (КУМР, MP, УРЦ, НСИ-302А, КАПРИ, КУМРВ, АВЦ);

— магнитные регистраторы бортовой телеметрии (регистраторы комплекса «СПЛАВ», ЦМР);

— графические регистраторы (ГУ-1, ЭСГ, АОПИ, ПГЦР, СМР);

— системы радиотелеметрии (БРС-4, УРТС, РТС-9, МА-9, Зефир А, Фазан);

— системы проводной телеметрии (БПР, МКТМЗ-ОЗ, Крым 97);

— системы телеуправления (комплекс «КАЛИНА» и ее составные части, «ТАМАНЬ-БАЗА МС»);

— наземный автоматизированный комплекс управления всеми космическими аппаратами НАКУКА, включающий системы СТИ;

— приемно-регистрирующие устройства (17Н96−17Н99, 17Н915, ПРА, УПД, ТУ 544, СПБ-529М, АПМД, Вершина).

3. Созданы высокоточные и надежные системы документирования информации: СД, КСД, СПРУТ, КДС, АРБП, 9УРТС-2М, ЭА, СЗСИ, АВБП-М, — и бортовые и наземные комплексы оперативной обработки измерительной информации: ВЛ-1033, СПЕКТР-А, СПЕКТР-Б, СОИ-1, КВАНТ-ЗА, МО-9, АСМ,.

СПС, СКП, УУВД, ВЛ-1045, УВВХ, УВСХ, КПУ, УПК СЗУМ, АСПР, ППИ «Сатурн», ППИ «Серна», ПНФ «Спица», ВЛ-УКО.

4. Разработан ряд оригинальных оконечных устройств телеметрических систем. Первое из них предназначено для вычисления и обработки характеристик случайных процессов, достоинством которого является более высокая точность, достигаемая путем устранения погрешностей отсчетов по оси аргумента при переходе от одной характеристики, полученной на отрезке, к другой. Второе устройство, фиксирующее информацию на электрочувствительной бумаге, обладает автономным контролем. Преимуществом этого устройства является то, что в нем реализована возможность контроля быстродействия регистрации. Третье устройство предназначено для магнитной записи-воспроизведения цифровой информации, содержит автономные тракты записи и воспроизведения, рассчитано на высокую плотность регистрации информации на магнитные носители и имеет повышенную помехозащищенность к временным сдвигам или смещениям воспроизводимых импульсов при малой плотности информации.

5. Создано устройство для регистрации графической и буквенно-цифровой информации на электрочувствительном носителе, позволившее повысить качество записи за счет обеспечения возможности регулирования усилия прижима пишущих электродов в зависимости от скорости движения носителя информации и изменения диаметра общего электрода. Внедрен электрохимический регистратор графической и цифровой информации, отображающий информацию в виде^{-разрядного} двоичного кода, считываемую с магнитного носителя, в котором информация представлена в виде многоканального кадра, где регистрируемый кадр состоит из последовательно записанных цифровых кодов аналоговой информации от отдельных источников записи, а последний записанный код есть код служебной информации. Предложено оригинальное устройство для регистрации информации с помощью электронно-лучевого блока электростатической записи, которое содержит встроенную систему компенсации поперечной деформации ленточного носителя с помощью двух линейных пьезокерамических преобразователей движения.

6. Достигнуто повышение точности на 5−20% и надежности (время наработки на отказ увеличено до 3 раз) разработанных для космической бортовой телеметрии гаммы ЦМР за счет разработки основополагающих принципов многоканальной цифровой магнитной записи исследуемых параметров в оригинальном формате: кодовые посылки формируют без промежутков массивы информации отдельными блоками, соответствующими различным методам исследований параметров полета космического аппарата. В результате проведения статистического анализа случайных сбоев в структуре кадра информации, записываемой ЦМР, с помощью разработанных автором алгоритма и программного модуля для оценки качества введенной информации установлено, что процент таких искажений очень мал относительно общего. объема информации, и составляет в среднем 0,01%.

7. Изучены результаты аналитических исследований точности регистраций и считывания в зависимости от пространственных относительных колебаний органа записи-воспроизведения и носителя информации. Установлено, что функция искажения частоты прямо пропорциональна колебаниям шага дискретизации при считывании и обратно пропорциональна колебаниям развертки при регистрации. При нормальных законах распределения колебаний скорости развертки при регистрации и шага дискретизации при считывании величина искажения частоты не подчиняется нормальному закону распределения. Суммарная погрешность обработки информации на устройствах, в которых имеют место колебания скорости развертки и шага дискретизации, в большой степени зависит от дисперсии скорости развертки при регистрации, поэтому стабилизация скорости механической развертки носителя регистрирующих устройств имеет первостепенное значение.

8. Статистический анализ динамической точности МТЛ показывает, что: частотные искажения информации при регистрации ее и считывании на устройствах, в которых имеют место колебания угла между координатами развертки, подчиняются нормальному закону распределениявеличина амплитудных искажений информации не распределена нормально, и имеет место нелинейное уменьшение амплитуды сигнала при регистрации и увеличение ее при считываниистепень влияния колебаний угла между координатами развертки при регистрации и считывании оценивается качественным анализом дисперсии суммарной функции амплитудных искаженийстатический перекос угла между координатами развертки при регистрации и считывании информации вызывает расширение спектрального состава последнейпогрешности, вызываемые плоскопараллельными перемещениями носителя информации при регистрации или считывании, определяются простым суммированием амплитуды обрабатываемой информации и случайной функции плоскопараллельных перемещений.

9. Результаты аналитических исследований точности регистрации и считывания при наличии колебаний носителя информации могут быть сформулированы следующим образом: спектр сигнала, считанного с движущегося носителя с нанесенной на него контрольной сигналограммой в виде эквипотенциальной полосы, при наличии перпендикулярных и поперечных колебаний имеет бесконечные множества боковых составляющих с комбинационными частотамифункция искажения амплитуды считанного сигнала при записываемом сигнале, имеющем постоянный уровень, определяется эллиптическими интегралами первого родаплотность вероятности перпендикулярных колебаний носителя в случае, когда толщина носителя распределена нормально и ее математическое ожидание равно О, а аргумент гармонической функции, по которой осуществляется перпендикулярные колебания, распределен равномерно, выражается через функцию Мак-дональда нулевого порядка.

10. Для проведения динамического расчета поведения ленточного носителя в МТЛ составлена математическая модель, учитывающая сложный характер зависимости между напряжением и деформацией. Использование в ней аналогии между упругостью и вязкоупругостью, применение к уравнениям движения, реологического состояния и краевым условиям для вязкоупругого тела преобразования Лапласа, сведения краевой задачи с помощью обобщения метода Бубно-ва-Галеркина к системе линейных алгебраических уравнений позволило получить расчетные зависимости для вынужденных продольных и планарных колебаний участка ленточного носителя под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметров для трехзвенной реологической модели. Кроме того, применение метода Бубнова-Галеркина для нестационарных задач с предварительным сведением краевой задачи к виду, в котором краевые условия становятся нулевыми, позволяет находить стохастические характеристики смещения ленты, реологические свойства которой идентифицируются моделью Кельвина-Фойгта, на которую воздействуют стационарные случайные процессы. Эффективность методики заключается в возможности численно-аналитического решения без неоправданно больших затрат. Она позволяет определить степень влияния параметров ленточного носителя на динамические характеристики.

11. Составлена стохастическая модель продольных колебаний вязкоупру-гого ленточного носителя с учетом распределенности его параметров. В результате применения корреляционной теории случайных процессов и обобщения метода Бубнова-Галеркина получены расчетные формулы для нахождения корреляционной функции натяжения ленты, что позволяет определить степень влияния параметров внешнего воздействия на колебания ленты и прогнозировать динамические свойства МТЛ при случайном воздействии.

12. Построена и исследована математическая модель работы регистратора со случайными помехами, представляющими собой двумерный случайный процесс: установлены формулы для среднего и дисперсии оценок погрешностей записи и воспроизведения <2з и для дисперсии оценок погрешностей установлены оценки сверху через дисперсии и времена перемешивания помехустановлена асимптотическая нормальность оценок погрешностей Оз и Ов при неограниченно возрастающем времени регистрацииполучены сравнительно простые и пригодные для построения доверительных интервалов экспоненциальные оценки сверху вероятностей распределения оценок погрешностейпредложен метод воспроизведения с калиброванной лентой, позволяющей исключить продольные помехи, которые на практике бывают существенно больше поперечных. На основе результатов работы можно количественно описывать оценки погрешностей <2з и Из результатов работы видно, какие помехи и как влияют на вероятностные свойства оценок погрешностей.

13. Созданные на основе разработанной автором теории проектирования профессиональной аппаратуры записитвоспроизведения информации телеметрических систем и систем телеуправления РКТ, предложенных оригинальных технических решений для регистрации ТМИ и контрольно-измерительных средств для диагностики динамической точности функционирования устройств отображения информации обладают следующими основными техническими характеристиками качества: повышено время безотказной работы в 1,3−2,7 разаувеличено время наработки на отказ на 15−35%- вероятность безотказной работы повышена на 3−17%- повышена достоверность (на 3−33%) отображаемой информации.

14. Для проведения регламентированных заводских и стендовых испытаний телеметрических систем создана контрольно-испытательная аппаратура: КИА «Спица», ФКИА, КИА-ПНФ, КИМЛ, БКИ-4К, разработана методика имитационного моделирования процесса помех для воздействия их на аппаратурное обеспечение приема-передачи и регистрации дискретных сигналов для локализации дефектных узловпредложен вид тестовых сигналов, позволяющих определять количество искажений информации типа пропадания записанного сигнала и ложного считывания, а также пропаданий синхроимпульсов.

15. Созданы алгоритмы, осуществляющие нахождение процесса ошибок в устройствах регистрации цифровой информации, восстановление искаженного сигнала и достижение оптимума коррекции сигнала, а также получены ошибко-частотные характеристики и относительные вероятности появления ошибок по разрядам кодовых векторов в результате воздействия помех на процесс записи-воспроизведения телеметрической информации.

16. Получены спектральные плотности процесса ошибок в кодовых векторах, уточняющие резонансные режимы работы МТЛ и магнитной ленты вблизи головки записи. В результате анализа спектральных плотностей потерь достоверности дискретного сигнала установлено, что максимумы появления ошибок имеют место, практически, на всех дорожках, кроме первой. Это говорит о более случайном характере появления ошибки на этой дорожке. Произведена оценка вида распределения процесса потерь, позволяющая судить о резонансных режимах работы узла развертки носителя ЦМР без применения специальных спектральных методов.

17. С целью диагностики динамической точности MTJI устройств записи-воспроизведения и регистрации информации автором работы разработан комплекс контрольно-измерительных средств для измерения параметров движения магнитной и электростатической ленты, сутью функционирования которых является предварительная запись на носитель контрольных сигналограмм, необходимого для каждого типа измеряемого параметра вида, считывание этой сигна-лограммы, формирование импульсов, модулированных по амплитуде, длительности, частоте и скважности, последующая их демодуляция, определение значений модулирующих зависимостей в определенные моменты времени и расчет параметров движения ленты по наперед выведенным формулам на основании определенных значений модулирующих зависимостей.

18. Разработанный автором комплекс контрольно-измерительной аппаратуры позволяет измерять скорость движения носителя, его продольные колебания, угол перекоса, продольную и поперечную деформации ленты, а также обеспечивает возможность одновременного измерения нескольких параметров движения ленточного носителя, при этом устраняя влияние одного параметра на точность измерения другого. Достоинствами созданного комплекса являются повышенная на 10−35% точность, увеличенные в среднем в 3−5 раз быстродействие и разрешающая способность по сравнению с существующими.

19. За период работы 1958;1989 годы под личным техническим руководством автора данной работы обеспечено освоение и постановка на серийное производство свыше 250 наименований новых наукоемких изделий для объектов РКТ в заданные Правительством страны сроки. Благодаря неукоснительному выполнению заданий ПО «Ижевский Мотозавод» с 1969 по 1980 год занимал в соревновании по MOM первые классные места 51 раз, получал Знамя 8 раз, был занесен на Доску Почета ВДНХ четыре раза.

20. Автором работы внесен большой личный вклад в разработку мероприятий по реконструкции завода в приборостроительное предприятиев создание системы организации работ по совместной с разработчиками доработке конструкций изделий и выпуском целого ряда изменений, качественно улучшающих их тактико-технические характеристики, уже в процессе освоения изделий в производствев разработку и внедрение в производство всех современных и уникальных технологических процессов. Созданная при участии автора гибкая система ускоренной технической подготовки производства превратила предприятие в современный приборостроительный холдинг, способный осваивать как новые изделия для объектов РКТ, так и продукцию гражданского назначения.

21. В начале 80-х годов на основании постановлений Правительства СССР ПО «Ижевский мотозавод» обеспечил освоение новых направлений микроэлектронной техники для создания бортовой и морской телеметрической аппаратуры. Были освоены новые площади для микроэлектронного производства, новое прогрессивное оборудование, поднята культура производства, отработаны химико-технологические процессы. Разработка и внедрение в производство новейшей технологии, позволило запустить в серийное производство высокоточные приборы, используемые в подсистеме приема информации высокоскоростные с большим объемом информации накопители на широкой магнитной ленте с металлическим покрытием.

22. Аппаратурой, изготовленной на предприятии, оснащены наземные и корабельные пункты слежения и управления полетами космических объектов. Созданная аппаратура использовалась для исследования кометы Галлея (проект Фобос). Начиная с 1980 г., велось изготовление аппаратуры для оснащения средствами телеметрии и обработки по программе «Буран».

23. Экономический эффект от внедрения результатов деятельности автора диссертационной работы исчисляется десятками миллионов рублей, рассчитанных в ценах 1991 г. Он достигнут за счет внедрения 18 изобретений автора как в сфере производства на АО «Ижевский мотозавод «Аксион-Холдинг», так и в сфере эксплуатации на полигонах, наземных и морских пунктах слежения и.

303 управления полетами объектов РКТ и космодромах.

Повышению экономической эффективности от использования разработанных и созданных при участии автора диссертации радиотелеметрических систем в штатных режимах работы способствовали их более высокие тактико-технические характеристики, которые были достигнуты в результате применения разработанных диссертантом теоретических основ проектирования и производства блоков и узлов телеметрических систем РКТ.

Кроме того, значительный экономический эффект достигнут в сфере производства радиотехнических комплексов за счет разработки и внедрения современных технологий, радиоматериалов и радиокомпонентов, совершенствования систем технической подготовки производства и глубокой автоматизации сборки, регулировки, производственного контроля и испытаний радиоэлектронных средств.

24. Создание радиотелеметрических систем и комплексов телеуправления обеспечило проведение заводских, стендовых и летно-конструкторских испытаний и эксплуатации стратегических ракет и космических объектов, что, в конечном счете, способствовало достижению паритета в области стратегических вооружений и научно-космических исследований между СССР и США, который действует и в настоящее время.