Стенд-тренажер по поиску неисправных управляемых излучателей в полотне фазированной антенной решетки

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам практического обучения при выполнении операций по техническому обслуживанию фазированных антенных решеток. Она может быть использована для повышения эффективности образовательного процесса по дисциплине «Военно-техническая подготовка», при обучении специалистов по эксплуатации радиолокационных систем в военных учебных центрах при федеральных государственных образовательных организациях высшего образования, осуществляющих обучение граждан РФ по программе военной подготовки офицеров кадра, офицеров запаса.
В действующем радиолокационном комплексе известно устройство вычисления фазового распределения (УВФР), в комплектацию которого входит блок для управления режимами контроля работы управляемых излучателей различных по назначению модулей фазированной антенной решетки (ФАР) и отображения на индикаторах поступающей в него контрольной информации. В соответствии с функциональным назначением (управление режимами контроля и отображение результатов контроля) блок работает совместно с УВФР и ФАР. Регулярный контроль технического состояния антенных устройств и правильное заполнение технической документации в соответствующем разделе являются важными критериями при эксплуатации и поддержании в исправном состоянии сложных, многофункциональных образцов радиолокационной техники.
Однако в виду ряда факторов большинство военных учебных центров в настоящее время не имеют в составе учебно-материальной базы данного образца техники. При имеющемся образце техники, посещении других ВУЦ, войсковых частей для проведения групповых, практических занятий, тренировок характерна в первую очередь большими временными затратами, отрывом от аудитории, зависит от большого числа взаимосвязанных факторов: согласование, погодные условия, техническое состояние и т.д. Также многократное включение аппаратуры и длительная её работа характерны в первую очередь большими энергетическими затратами и, конечно же, расходом рабочего ресурса.
Таким образом, технической проблемой является создание стенд-тренажера с широкими функциональными возможностями, которые позволят при изучении данной темы в пределах учебной аудитории охватить более полный спектр теоретической и практической подготовки обучаемых. Среди которых следует выделить: знание конструкционного построения ФАР, размещения антенн, управляемых излучателей в антеннах, основных принципов их работы; умение включать УВФР в режим контроля, управлять режимами контроля, оценивать результаты контроля, заполнять по результатам контроля диаграмму ФАР в технической документации.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что стенд-тренажёр по поиску неисправных управляемых излучателей в полотне фазированной антенной решётки, имитирующий работу УВФР в режиме контроля, содержит корпус, в котором смонтированы: разъём, обеспечивающий возможность подключения внешнего источника электропитания, соединенный с тумблером для включения и отключения тренажёра, светодиодный модуль для отображения результатов контроля управляемых излучателей, цифровой индикаторный модуль для отображения информации в процессе работы, кнопка выбора тестируемого столбца, переключатель галетный для выбора антенного устройства и проведения функционального контроля, кнопка пуска автоматического функционального контроля, а также модуль имитации сигналов, при этом светодиодный и цифровой индикаторный модули получают сигналы от модуля имитации сигналов, а галетный переключатель и кнопки обеспечивают передачу сигналов управления на модуль имитации сигналов. Модуль имитации сигналов включает: устройство ввода-вывода, обрабатывающее входные и выходные потоки данных, имитатор неисправности ФАР, генерирующий случайное распределение неисправных излучателей на полотне ФАР, имитатор УВФР, имитирующий работу в режиме контроля исправности ФАР, цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), выполняющее преобразование и обработку данных, сформированных имитаторами неисправности и органами управления устройством, в том числе вычисляющее и формирующее выходные данные, поступающие через устройство ввода-вывода на светодиодный модуль и цифровой индикаторный модуль, внутренний преобразователь питания, обеспечивающий питание всех устройств модуля имитации сигналов. Цифровое вычислительное устройство выполнено на основе микроконтроллера STM32F103C8T6. Светодиодный модуль включает устройство ввода-вывода, драйвер-дешифратор и светодиодную матрицу, при этом устройство ввода-вывода обрабатывает данные, поступающие на драйвер-дешифратор, преобразующий их в сигнал для светодиодной матрицы. Светодиодная матрица содержит одиннадцать строк, каждая из которых включает четыре светодиода. Цифровой индикаторный модуль включает устройство ввода-вывода, драйвер-дешифратор и светодиодный семисегментный четырёхразрядный индикатор, при этом устройство ввода-вывода обрабатывает данные, поступающие на драйвер-дешифратор, преобразующий их в сигнал для светодиодного семисегментного четырёхразрядного индикатора. Размер корпуса составляет 270×270×70 мм.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного тренажера, заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет формирования в реальном времени сигналов, имитирующих работу УВФР в режиме контроля, позволяющих воссоздать практически любое, даже самое плохое техническое состояние устройства, что сложно получить в натурных условиях в реальном времени, так как это связано с недопустимо большими сроками и материальными затратами. Тренажер позволяет повысить эффективность образовательного процесса специалистов по эксплуатации радиолокационных систем, достигнуть более полного охвата теоретической и практической подготовки обучаемых в пределах учебной аудитории.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг. 1 представлен внешний вид стенд-тренажера с приборами системы управления и контроля;
- на фиг. 2 представлена диаграмма состояния ФАР, заполняемая оператором в процессе тестового контроля модулей 01, АК;
- на фиг. 3 представлена диаграмма состояния ФАР, заполняемая оператором в процессе тестового контроля модуля РЗ;
- на фиг. 4 представлен стенд-тренажер в рабочем режиме с отображением результата автоматического функционального контроля;
- на фиг. 5 представлен стенд-тренажер в рабочем режиме с отображением результата поиска неисправных управляемых излучателей в столбце контролируемого модуля ФАР;
- на фиг. 6 представлена структурная схема стенд-тренажера.
Стенд-тренажер (фиг. 1) выполнен в сборном корпусе с сохранением оригинальных размеров прототипа, в частности размер корпуса может быть 270×270×70 мм. На лицевой панели стенд-тренажера размещены приборы системы управления и контроля:
- тумблер 1 для включения тренажера в рабочий режим и его отключения;
- светодиодный модуль 2 в виде матрицы светодиодов для отображения неисправного управляемого излучателя в контролируемом столбце (строке) фазированной антенной решетки (контролируемого модуля антенны);
- цифровой индикатор 3, отображающий в режиме функционального контроля общее число неисправных управляемых излучателей, в режиме поиска неисправностей - номер контролируемого столбца (строки) на антенном полотне;
- кнопка 4 без фиксации для выбора номера тестируемого столбца (строки) фазированной антенной решетки (контролируемого модуля антенны) при однократном нажатии или удержании в нажатом состоянии до появления на цифровом индикаторе 3 требуемого номера столбца;
- переключатель галетный 5 для выбора антенного устройства и проведения функционального контроля с определением общего количества неисправных управляемых излучателей, для выбора антенного устройства с целью поиска неисправных управляемых излучателей;
- кнопка 6 без фиксации для запуска автоматического функционального контроля;
- разъём 7 для подключения кабеля электропитания, обеспечивающего работу стенда-тренажера, установлен на боковой стенке.
В качестве материала для изготовления корпуса может использоваться металл, пластик, композитные материалы, стекловолокно, дерево.
ФАР (фиг. 2) представляет собой сложную конструкцию, в основе которой размещены блоки 10. В каждом блоке 10 установлены в виде четырех столбцов управляемые излучатели 11. В процессе контроля исправности проверке подвергается выбранный столбец 12 управляемых излучателей 11 во всем вертикальном ряду блоков 10.
При выполнении учебной задачи пользователь подключает стенд к источнику электропитания (условное подключение к устройству ВФР через кабель) разъём 7 и при помощи тумблера 1 включает стенд в рабочий режим. С помощью галетного переключателя 5 устанавливается режим «ФК 01» (функциональный контроль основного модуля ФАР), нажатием кнопки «Пуск» 6 запускается автоматический функциональный контроль. По цифровому индикатору 3 через 30 сек. пользователь контролирует результат теста в виде общего числа неисправных управляемых излучателей (фиг. 4).
При установке галетного переключателя 5 в положение «ФК РЗ» и нажатии кнопки «Пуск» 6 осуществляется автоматическое тестирование и определение неисправных управляемых излучателей в модуле ФАР РЗ, которое также через 30 сек. отображается на цифровом индикаторе 3.
Далее пользователь с помощью галетного переключателя 5 осуществляет перевод стенд-тренажера в режим пошагового поиска неисправных управляемых излучателей и их местоположения на одном из модулей ФАР. Для этого галетный переключатель 5 устанавливается в положение «01» («РЗ», «АК»). При помощи кнопки 4 «Установка столбца» выбирает требуемый столбец (строку), номер которого отображается на цифровом индикаторе 3. По светящимся элементам светодиодного модуля 2 «Столбец» (фиг. 5) определяется наличие и место неисправных управляемых излучателей в столбце, и эти данные заносятся в диаграмму состояния ФАР (фиг. 2, 3).
Структурная схема стенд-тренажера (фиг. 6) в свой состав включает:
- тумблер 1 для включения тренажёра;
- светодиодный модуль 2 в виде матрицы светодиодов для отображения неисправных управляемых излучателей;
- цифровой индикаторный модуль 3 светодиодный семисегментный четырёхразрядный;
- кнопка 4 выбора тестируемого столбца;
- переключатель галетный 5;
- кнопка 6 запуска автоматического ФК;
- разъём 7 для подключения кабеля электропитания;
- модуль имитации сигналов (МИС) 8, включающий цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), выполненное на основе микроконтроллера, в частности это может быть STM32F103C8T6, так как он содержит требуемые вычислительные ресурсы и количество памяти необходимое для функционирования устройства, а также шины данных и блоки ввода-вывода, способные обрабатывать требуемое количество потоков данных.
Модуль 8 имитирует:
а) функции УВФР, которые реализуются при проведении автоматического функционального контроля (АФК), выбранного оператором модуля ФАР и подсчете общего количества неисправных управляемых излучателей;
б) функции УВФР, которые реализуются при поиске неисправных управляемых излучателей в проверяемом по выбору оператора модуле ФАР и их местоположении;
в) функции основной ФАР с неисправными управляемыми излучателями;
г) функции антенны РЗ с неисправными управляемыми излучателями;
д) функции антенн АК с неисправными управляемыми излучателями в строках;
е) функции блока управления режимами контроля в соответствии с оригинальным устройством и общее число неисправных управляемых излучателей и их местоположение на имитируемом антенном полотне;
- источник питания 9, обеспечивающий питание всех внутренних узлов предлагаемого устройства.
Модуль имитации сигналов 8 содержит:
- устройство ввода-вывода 8.1, обрабатывающее входные и выходные потоки данных;
- имитатор неисправности ФАР 8.2, генерирующий случайное распределение неисправных излучателей на полотне ФАР;
- имитатор УВФР 8.3, имитирующий работу в режиме контроля исправности ФАР;
- цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) 8.4, выполняющее преобразование и обработку данных, сформированных имитаторами неисправности и органами управления устройством, в том числе вычисляющее и формирующее выходные данные, поступающие через устройство ввода-вывода 8.1 на светодиодный модуль 2 и цифровой индикаторный модуль 3;
- внутренний преобразователь питания 8.5, обеспечивающий питание всех устройств модуля имитации сигналов 8.
Светодиодный модуль 2 отображает результаты контроля управляемых излучателей. Данные от МИС 8 поступают на устройство ввода-вывода 2.1 и далее на драйвер-дешифратор 2.2, в качестве которого, в частности, может быть использована микросхема 74HC595D, так как она обладает 8 выходами и трёхпроводной шиной данных, что при соединении микросхем в цепочку позволяет с использованием всего пяти проводников (3 - шина данных 2 -питание) управлять матрицей светодиодов размеров 11×4. Драйвер-дешифратор преобразует данные с устройства ввода-вывода 2.1 в сигнал для светодиодной матрицы 2.3. Светодиодная матрица 2.3 содержит одиннадцать строк, каждая из которых включает четыре светодиода.
Цифровой индикаторный модуль 3 отображает информацию в процессе работы. Данные от МИС 8 поступают на устройство ввода-вывода 3.1 и далее на драйвер-дешифратор 3.2, в качестве которого, в частности, может быть использована микросхема TM1637, так как она содержит в себе цепи, позволяющие управлять цифровым четырёхразрядным семисегментным индикатором по двухпроводной шине данных, что существенно упрощает конструкцию. Драйвер-дешифратор преобразует данные с устройства ввода-вывода 3.1 в сигнал для светодиодного семисегментного четырёхразрядного индикатора 3.3.
Предлагаемый стенд-тренажер имеет следующие преимущества:
1. Более эффективное обучение методике управления УВФР при выборе режимов контроля, модулей ФАР и поиске неисправных управляемых излучателей;
2. Наглядность обучения, возможность практического использования стенда-тренажера и показ одновременно большому числу обучаемых;
3. Возможность использования стенда, находясь в аудитории любого размера;
4. Возможность обучения поиску неисправностей в ФАР практически (без умышленного создания неисправностей, с экономией рабочего ресурса образца действующей техники).
Предлагаемый стенд-тренажер обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня технических решений подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Новизна» для полезной модели.