Современная электроника №3/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 47 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2019 Таким образом, общая совокупность С исходных данных представляет собой сочетание следующих составляющих: . Входящие в совокупность (6) состав- ляющие большей частью взаимозависимыи противоречивы. Вви- ду этого в большинстве случаев на прак- тике на 1-м этапе не удаётся окончатель- но сформировать общуюсовокупность C исходных данных для всего процес- са системного исследования, поэтому часто приходится уточнять или разде- лять совокупность C на последующих этапах синтеза, а иногда даже корректи- ровать после завершения всех его этапов (с последующимповторением синтеза). Отсюда синтез сложных систем, таких как многоканальное приёмное устрой- ство, является, как правило, многосту- пенчатыми итерационнымпроцессом. С ИНТЕЗ ПРИНЦИПИАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ На данном этапе решаются принци- пиальные вопросы создания объекта, при которых учитываются и рассма- триваются лишь основные особенно- сти его структуры, наиболее эффек- тивно обеспечивающие его основные функции. Принципиальное решение может быть описано как совокупность, состоящая из множества структурных элементов, соответствующих опреде- лённым эффектам э i , объединённых с множеством входных имножеством выходных связей в виде потоков энер- гии, вещества и информации (сигналов): . Естественно, на данном этапе тре- буется довольно высокий уровень абстракции, чтобы учитывать самое главное и принципиальное, не вдава- ясь в детали реализации системы. В соответствии с изложенным содер- жанием 2-го этапа сначала необходимо сформировать совокупность исход- ных данных для его реализации: . Здесь представляют собой совокупности, аналогичные (5) и (6), но скорректированные в соответ- ствии с требуемым уровнем абстракции. Для реализации данного этапа долж- на быть решена следующая экстре- мальная задача синтеза: . Здесь – значение критерия эффек- тивностирешения данной задачи, сфор- мулированногоопределённымобразом на основе выбранной совокупности исходных данных; ПР– совокупность (7), характеризующая состояние (структуру) объекта синтеза; (ПР) –целеваяфунк- ция, выражающая связь между функци- ональной стороной объекта (критерий эффективности) и структурной сторо- ной объекта синтеза (структура ПР). При решении экстремальной задачи (9) необходимо найти такое значение ПР путём вариации составляющих его входных и выходных потоков, а также различных эффектов вместе с их носителями (структурными элементами) s i , которое обеспечивает экстремальное или возможно максимальное значение критерия эффективности . Харак- терная особенность экстремальной зада- чи синтеза для данного этапа – невоз- можность в подавляющембольшинстве случаевформализовать протекающие в системе процессы. Отсюда следует невоз- можность сформировать целевуюфунк- цию (ПР) с математически выражен- ной зависимостьюмежду иПР. Поскольку многоканальное приёмное устройство представляет собой сильно структурированную систему, то поиск принципиального решения будет осу- ществлён с использованием средств методологии (2) в виде иерархиче- ской совокупности, состоящей из зако- на соответствия функций и структуры З с , морфологического метода синтеза и анализа М м и экспертной системы Э м на основе морфологического метода: M' = {З с ⇒ М м ⇒ Э м } . (10) Опираясь на закон соответствия функций и структуры, приступим к поиску ПР, используя морфологиче- ский метод синтеза и анализа, состо- ящий из ряда шагов. Во-первых, про- ведём анализ существующих способов увеличения динамического диапазона по компрессии 1 дБ (при условии коэф- фициента шума не более 2,5) и выбе- рем ключевые, которые можно исполь- зовать в системном поиске: 1. Установка на входе приёмника огра- ничителя сигналов, который бу- дет нормировать большие сигна- лы с уровнем мощности порядка 1 Вт (+30 дБм) к некоторому безопас- ному для входных каскадов уровню. 2. Использование системы временно ′ й автоматической регулировки уси- ления (ВАРУ) в тракте приёмного устройства. 3. Применение входных малошумящих высокочастотных усилителей с боль- шим динамическим диапазоном по компрессии 1 дБ. 4. Двойное преобразование частоты с помощью двойных балансных сме- сителей с повышенным динамиче- ским диапазоном. 5. Фильтры на поверхностных акусти- ческих волнах (ПАВ) для повышения спектральной чистоты сигналов в ближней зоне. 6. Отключение первого усилителя при наличии большого сигнала на входе (перевод усилителя в режим Bypass). 7. Оптимальное распределение усиле- ния по тракту для расширения дина- мического диапазона по компрессии 1 дБ при заданных ограничениях на коэффициент шума. Первые пять способов были исполь- зованы при проектировании макет- ного образца 4-канального приём- ного устройства. В результате их совместного применения достигнут динамический диапазон по компрес- сии 1 дБ порядка 89 дБ, чем и была обеспечена возможность приёма сильных сигналов, отражённых от земной поверхности в режиме закры- тия ключа. Использование 6-го способа крайне нежелательно для получения непре- рывного во времени радиолокацион- ного изображения, т.к. ступенчатое включение и отключение усилителя может привести к потере информа- ции об объекте обнаружения в ближ- ней зоне (до 1 км). В связи с жёсткими требованиями, предъявляемыми к радиолокацион- ным приёмникам для обнаружения БПЛА, необходимость применения 7-го способа наряду с первыми пятью является крайне необходимой мерой, позволяющей достичь экстремальных показателей по динамическому диапа- зону и коэффициенту шума. Суть мето- да заключается в последовательной многоступенчатой оптимизации при- ёмного тракта за счёт введения цифро- вых аттенюаторов с шагом перестрой- ки коэффициента ослабления 0,5 дБ с последующей их заменой на фикси- рованные (при серийном производ- стве). Для плавной регулировки дина- мического диапазона приёмника при большом входном сигнале и для обна- ружения целей в любом канале дально- сти желательно ввести быстродейству- ющий аттенюатор с аналоговым управ- лением, который будет использован в качестве ВАРУ. В результате системного поиска полу- чено принципиальное решение зада- чи синтеза в виде структурной схемы (6) (7) (8) (9)