Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016

Скачать 2.33 Mb.

Название	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016
страница	1/16
Тип	Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16

Министерство обороны Российской Федерации

Министерство промышленности и энергетики Саратовской области

ПАО «Тантал», ОАО «Институт критических технологий»

Саратовский национальный исследовательский

государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

Решением Президиума ВАК Министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий,

в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук

Гетеромагнитная

микроэлектроника
Сборник научных трудов
Выпуск 21
Теоретические и экспериментальные исследования,

компьютерные технологии.

Методические аспекты физического образования.

Экономика в промышленности

Под редакцией профессора А. В. Ляшенко

Саратов

Издательство Саратовского университета

2016

УДК 621.382.029.6

ББК 548.537.611.44

Г44

Г44

Гетеромагнитная микроэлектроника : сборник научных трудов / под ред. проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2016. – Вып. 21 : Теоретические и экспериментальные исследования, компьютерные технологии. Методические аспекты физического образования. Экономика в промышленности. – 148 с. : ил.

В настоящем выпуске сборника представлены материалы по автономным системам ориентации и навигации, повышению их отказоустойчивости и техническому обеспечению, компьютерному моделированию биполярного транзистора, декодеру битов управления, методическим аспектам физического образования, инновационной активности, эконометрической модели по краткосрочным кредитам.

Для специалистов-разработчиков, экспертов, работающих в области геомагнитной ориентации и навигации, а также докторантов, аспирантов и студентов.

Редакционная коллегия:
А. А. Игнатьев, д-р физ.-мат. наук, проф. (отв. редактор); М. Н. Куликов, канд. физ.-мат. наук, проф. (зам. отв. редактора); Л. Л. Страхова, канд. физ.-мат. наук, доц. (отв. секретарь); С. Ю. Глазьев, д-р экон. наук, проф., акад. РАН; В. И. Борисов, д-р техн. наук, член-корр. РАН; С. А. Никитов, д-р физ.-мат. наук, проф., член-корр. РАН; О. С. Сироткин, д-р техн. наук, член-корр. РАН; О. Ю. Гордашникова, д-р экон. наук, проф.; А. Н. Плотников, д-р экон. наук, проф.; Е. А. Наумов, канд. экон. наук, проф., акад. РАЕН; Л. С. Сотов, д-р. техн. наук, проф.; А. А. Солопов, канд. экон. наук; С. П. Кудрявцева, канд. техн. наук, доц.; С. В. Овчинников, канд. физ.-мат. наук, доц.; В. А. Малярчук, канд. техн. наук., доц.; А. Л. Хвалин, д-р техн. наук, проф.; Б. А. Медведев, канд. физ.-мат. наук, доц.; Л. А. Романченко, канд. техн. наук, доц.; А. С. Краснощекова, зам. нач. КБ КТ по общим вопросам (референт ОАО «Институт критических технологий»)

УДК 621.382.029.6

ББК 548.537.611.44

ISSN 1810-9594

 ПАО «Тантал», 2016

Предисловие
Сборник научных трудов «Гетеромагнитная микроэлектроника» включен 1 декабря 2015 г. под № 1168 в обновленный Перечень (п. 1168) ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Сборник выходит 4 раза в год – 2 раза в год в открытом и 2 раза в год в ограниченном доступе (спецвыпуски) – публикует материалы по группам научных специальностей:

01.04.00 «Физика»;
05.12.00 «Радиотехника и связь»;
05.13.00 «Информатика, вычислительная техника и управление»;
05.27.00 «Электроника»;
08.00.00 «Экономические науки».

В настоящем выпуске сборника «Гетеромагнитная микроэлектроника» представлены материалы по разделам «Теоретические и экспериментальные исследования», «Методические аспекты физического образования», «Экономика в промышленности».

В разделе «Методические аспекты физического образования» рассмотрены особенности текущей и промежуточной аттестации научно-исследовательской работы студентов магистратуры «Магнитоэлектроника в системах защиты информации и безопасности», предложена методическая разработка определения намагниченности пластинообразных магнитов.

В разделе «Экономика в промышленности» представлены аспекты инновационной активности социально-экономических систем, эконометрическая модель для прогнозирования процентной ставки по краткосрочным кредитам.

Ответственный редактор

доктор физико-математических наук,

профессор А. А. Игнатьев

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ,

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 531.38
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

МАГНИТОИНЕРЦИАЛЬНОГО МОДУЛЯ
А. В. Ляшенко, Г. М. Проскуряков, М. В. Поздняков, Г. Н. Румянцев*,

А. А. Игнатьев**, А. В. Васильев**, Д. М. Спиридонов**
ОАО «Институт критических технологий»,

Россия, 410040, Саратов, пр. 50 лет Октября, 110А

E-mail: kbkt@renet.ru
*ФГУП «НПЦ Автоматики и приборостроения им. акад. Н. А. Пилюгина»,

Россия, 117342, Москва, Введенского, 1

E-mail: info@npcap.ru
**Саратовский национальный исследовательский

государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

Россия, 410012, Саратов, Астраханская, 83

E-mail: kof@sgu.ru
Решена задача технологического обеспечения магнитоинерциального модуля, сформулированная как задача многомерного оценивания и учета векторов. Применительно к бесплатформенному магнитоинерциальному модулю доказана необходимость проведения в четыре этапа технологических операций индивидуальных калибровок, аналитических юстировок, алгоритмической идентификации инструментальных ошибок и параметров измерительных каналов, платформы и окружающей среды.

Ключевые слова: технологическое обеспечение, калибровка, матрица сборки и монтажа блоков, алгоритмическая идентификация.
Technological Environment of Magnetic-inertial Module
A. V. Lyashenko, G. M. Proskuryakov, M. V. Pozdnyakov, G. N. Rumyantsev,

A. A. Ignatiev, A. V. Vasiliev, D. M. Spiridonov
The task of the technological support of the magnetic-inertial module is solved as a problem of a multidimensional estimation and accounting of the vectors. It was demonstrated that for the magnetic-inertial module it is necessary to carry out in four steps the series of the individual calibration tests, analytical alignments, algorithmical identification of instrumental errors, measurement canals, base and environment.

Key words: technological support, calibration, matrix of assemblage and mounting, algorithmical identification.
В век широкомасштабного внедрения и использования информационно-компьютерных технологий в различных областях техники важно обеспечить разработку и совершенствование разнообразных по назначению измерительно-вычислительных систем (аппаратных модулей, а также их программно-алгоритмического и технологического обеспечения).

В соответствии с такой тенденцией развития информационно-компьютерных технологий и систем в КБ критических технологий (г. Саратов) разработан бесплатформенный магнитоинерциальный модуль (МИМ) [1, 2], который как универсальный многофункциональный навигационно-измерительный комплекс предназначен для выполнения следующих функций [1–4]:

решение задач ориентации и навигации подвижных объектов;
позиционирование роботов, беспилотных летательных, плавающих, наземных, баллистических и космических аппаратов, автомобилей;
бесконтактный дистанционный магнитный поиск, обнаружение и идентификация различных ферромагнитных объектов (затонувших кораблей, пропавших летательных аппаратов, мин и снарядов, месторождений железосодержащих руд, историко-архитектурных объектов и пр.);
бесконтактное дистанционное магнитное наведение ракет и антиракет на объекты военной техники в условиях отсутствия прямой видимости;
применение в магнитных охранно-поисковых системах (МОПС) для обеспечения периметровой и пространственной охраны специальных объектов гражданского и военного назначения (аэродромы, порты и вокзалы, АЭС и ГЭС, стратегические мосты и путепроводы, мегаполисы и заповедники, охраняемые национальные акватории и территории, охраняемые государственные границы территорий стран, архитектурно-исторические памятники и ансамбли и др.).

МИМ представляет собой малогабаритный бесплатформенный моноблок (масса около 200 г, диаметр 110 мм, длина 65 мм) с фланцевым креплением к корпусу объекта. В состав измерительной части входят трехосные блоки магнитометров (ТБМ), акселерометров (ТБА), гироскопов (ТБГ), микробаровысотомер, антенный GPS-модуль, устройство ввода информации. Вычислительная часть содержит аналого-цифровые преобразователи и микроконтроллер.

Коллективом КБ критических технологий создан комплекс всех необходимых для работы МИМ обеспечений [1–7]:

математического (МО);
алгоритмического (АО);
программного (ПО);
технического (ТО);
методико-технологического (МТО).

Выполнение МИМ различных функций реализуется за счет сменного программно-алгоритмического обеспечения (ПАО) при неизменной аппаратной части модуля. ПАО МИМ строится на основе преобразования уравнений, описывающих формирование девятимерных показаний модуля [2]:

(1)

где u – вектор показаний модуля;

– транспонированные матрицы-столбцы (векторы), соответствующие показаниям блоков магнитометров, акселерометров и гироскопов; u_x_м, u_y_м, u_z_м, u_x_а, u_y_а, u_z_а, u_x_г, u_y_г, u_z_г – компоненты векторов ТБМ, ТБА, ТБГ.

Трехмерные показания блоков описываются с помощью векторов:

ТБМ

,

(2)
ТБА

,

(3)
ТБГ

(4)

Квазилинейные метрологические характеристики измерительных каналов ТБМ, ТБА, ТБГ могут быть представлены в векторно-матричной форме [2]:

(5)

где diag(…) – условное обозначение диагональных матриц масштабных коэффициентов (3×3); γ_x, γ_y, γ_z, k_x, k_y, k_z, n_x, n_y, n_z – масштабные коэффициенты соответствующих измерительных каналов ТМБ, ТБА, ТБГ; T_m, n_m, ω_m – векторы напряженности магнитного поля, кажущегося ускорения и угловой скорости вращения основания, заданные в связанном трехграннике m = XYZ; Δu_м, Δu_а, Δu_г – векторы нулевых сигналов ТБМ, ТБА, ТБГ.

В свою очередь, измеряемые векторы напряженности магнитного поля (T_m), кажущегося ускорения (n_m) и абсолютной угловой скорости (ω_m) вращения подвижного объекта, заданные в связанном ортогональном трехграннике m = XYZ, описываются с помощью уравнений Пуассона и Эйлера [2]:

(6)

(7)

(8)

где

, g_q, Ω_q – векторы напряженности магнитного поля Земли (МПЗ), магнитного поля помех (МПП), поля тяжести Земли (ПТЗ) и угловой скорости вращения Земли, заданные в географическом трехграннике q = NHE; T_МПО, а_m,

– векторы напряженности магнитного поля объекта (МПО), абсолютного линейного ускорения основания и угловой скорости дрейфа гироскопов, заданные в связанном трехграннике m = XYZ; (

)_q – векторы угловых скоростей вращения ПО по рысканию, тангажу и крену относительно Земли, заданные в неподвижном трехграннике q = NHE; B_м, B_а, B_г – матрицы (33) сборки ТБМ, ТБА, ТБГ; M – матрица монтажа МИМ на объекте; A – матрица ориентации ПО; S – матрица коэффициентов Пуассона; E – единичная матрица (33).

Из анализа выражений (1)–(8) видно, что на показания МИМ (u) оказывают влияние внешние и внутренние факторы двух типов [3]:

полезные воздействия, связанные с полезной информацией (Т_мпз, g, Ω, A, γ₀; k₀; n₀);
дестабилизирующие воздействия, связанные с действием внешних и внутренних возмущений (Т_МПО, S, Δg_q, а_m, , , , , B_м, B_a, B_г, M и др.).

Алгоритмы обработки многомерной информации (u, u_м, u_а, u_г) формируются на основе обращения метрологических характеристик модуля (5), а также уравнений Пуассона и Эйлера (6)–(8). Однако для получения рабочих алгоритмов, гарантирующих корректное решение соответствующих задач с ограниченным уровнем допустимых погрешностей, важно предварительно провести комплекс операций, входящих в содержание методико-технологического обеспечения (МТО) [3, 6, 7]. Следует иметь в виду, что от качества и полноты выполнения МТО модуля зависят в конечном счете показатели точности, надежности, долговечности и работоспособности МИМ в условиях эксплуатации.

В настоящей работе обосновывается необходимое содержание МТО МИМ – методик, алгоритмов и технологий проведения операций, обеспечивающих предварительную идентификацию дестабилизирующих технологических факторов и их последующий учет в алгоритмах автономной работы. МТО МИМ выполняется в четыре этапа (рис. 1):

технологическая калибровка блоков МИМ, которая сводится к проведению метрологической (γ, k, n, Δu_мо, Δu_ао, Δu_го), температурной (Δγ(Δt), Δk(Δt), Δn(Δt), Δu_м(Δt), Δu_а(Δt), Δu_г(Δt)) и режимной калибровок (Δγ(Δu), Δk(Δu), Δn(Δu), Δu_м(Δu), Δu_а(Δu), Δu_г(Δu), а также аналитической юстировки (В_м, В_а, В_г);
объектовая калибровка МИМ, предполагающая идентификацию МПО (S, Т_МПО) и аналитическую юстировку модуля (M);
аттестация рабочего места и маршрута, которая заключается в позиционировании базовых и контрольных точек (φ₀; λ₀; h₀); (φ; λ; h), измерении МПЗ в базовых и контрольных точках (,Т_МПЗ), построении географической (ГГС) и геомагнитной (ГМС) сеток;

паспортизация рабочего места и маршрута в виде измерений параметров реальных геофизических полей (ГФП): магнитного поля реального (МПР), поля тяжести реального (ПТР) – в контрольных и базовых точках, вычисления параметров нормальных ГФП: магнитного поля Земли нормального (МПЗ-Н), поля тяжести Земли нормального (ПТЗ-Н), определения магнитных и гравитационных аномалий и вариаций (ΔТ_МПЗ, Δg, δТ_МПЗ, δg).

Методико-технологическое
обеспечение

Технологическая калибровка

Объектовая
калибровка

Аттестация
рабочего места
и маршрута

Паспортизация
рабочего места
и маршрута

Рис. 1. Методико-технологическое обеспечение МИМ
Общая задача МТО МИМ заключается в определении численных значений параметров, входящих в уравнения (5)–(8) и характеризующих индивидуальные свойства модуля как измерителя и среды его использования (МПО, МПП). Если в результате выполнения МО, АО, ПО, ТО модуля получаем ответы на вопрос: «Что делать?», то при выполнении его МТО формулируется ответ на вопрос: «Как делать?» (чтобы реализовать соответствующие МО, АО, ПО, ТО). Из вышесказанного следует, что МТО МИМ сводится к индивидуальной аттестации и паспортизации модуля как измерителя и среды его использования. Причем аттестация и паспортизация МИМ как измерителя выполняются, как правило, в лабораторных условиях в МПЗ с известными параметрами, например в идеальном МПЗ-Н (не искаженном магнитными аномалиями и вариациями). Аттестация и паспортизация среды (рабочего места (РМ), маршрута) выполняются в результирующем магнитном поле (МПР) с учетом проявления искажений со стороны аномалий и вариаций.
Технологическая калибровка МИМ
Анализ метрологических характеристик (5) блоков МИМ показывает, что векторы масштабных коэффициентов γ₀, k₀, n₀ блоков, их вариации Δγ, Δk, Δn и нулевые сигналы Δu_м, Δu_a, Δu_г являются многомерными функциями, зависящими от полезных воздействий (T_x, T_y, T_z, n_x, n_y, n_z, _x, _y, _z) и по крайней мере от двух дестабилизирующих факторов – изменения температуры (Δt) и режима питания (ΔU). С учетом этого метрологические характеристики модуля (5) можно линеаризовать:

для ТБМ

(9)

для ТБА

(10)

для ТБГ

(11)

Правые части линеаризованных метрологических характеристик блоков (9)–(11) содержат члены, соответствующие пяти составляющим:

номинальным метрологическим характеристикам блоков (с нулевыми индексами);
мультипликативным температурным погрешностям Δγ(Δt), Δk(Δt), Δn(Δt);
мультипликативным режимным погрешностям Δγ(ΔU), Δk(ΔU), Δn(ΔU);
аддитивным температурным погрешностям Δu_м(Δt), Δu_a(Δt), Δu_г(Δt);
аддитивным режимным погрешностям Δu_м(ΔU), Δu_a(ΔU), Δu_г(ΔU).

Эти погрешности устанавливаются экспериментальным путем индивидуально для каждого модуля, его блоков и соответствующих каналов измерений на основе использования технологии проведения однофакторных калибровок: метрологических, температурных, режимных [3]. Вместе с тем на основе выражений (5) с учетом одновременного проявления в эксплуатации дестабилизирующих факторов (Δt, ΔU) могут быть проведены более точные многофакторные калибровки МИМ (например, двухфакторные температурно-режимные калибровки).

После выполнения метрологических, температурных и режимных калибровок проводится аналитическая юстировка ТБМ, ТБА, ТБГ модуля, в задачу выполнения которой входит определение геометрических и технологических погрешностей, характеризующих нарушение условий ортогональности и коллинеарности соответствующих осей чувствительности блоков относительно измерительных осей ортогонального связанного трехгранника m = XYZ. Эти погрешности учитываются с помощью матриц сборки B_м, B_a и B_г, общая структура построения которых в линеаризованной форме отражается с помощью обобщенной матрицы B [3]:

(12)

где α_x, β_x, α_y, β_y, α_z, β_z – геометрические погрешности блоков (углы перекосов осей чувствительностей ТБМ, ТБА, ТБГ относительно осей базового трехгранника m = XYZ).

Для идентификации этих погрешностей необходимо провести серию тестовых (идентификационных) экспериментов в лабораторных условиях [3, 6, 7]. При этом соответствующая грань приборного трехгранника m = XYZ (XY, XZ или YZ) поворачивается в горизонтальной плоскости ( = γ= 0) вокруг вертикальных осей (Z, Y, X) на различные углы курса (ψ = var, ψ0, 90^о, 180^о, 270^о), фиксируемые относительно азимутальных направлений базовых плоскостей географического меридиана NOH (для ТБА и ТБГ) и плоскости геомагнитного меридиана S_mON (для ТБМ).

Технологическая калибровка МИМ и его блоков проводится, как правило, в лабораторных условиях.
Объектовая калибровка МИМ
После установки на объект откалиброванного модуля на метрологические свойства его блоков будут оказывать дестабилизирующее влияние два дополнительных фактора:

искажения в показаниях ТБМ, обусловленные влиянием МПО;
геометрические погрешности монтажа модуля на объекте (M).

Для учета влияния этих факторов на втором этапе проводятся операции идентификации МПО и аналитической юстировки всего модуля.

Операция идентификации параметров МПО сводится к проведению серии (i) тестовых (идентификационных) экспериментов в эталонном магнитном поле (например, в МПЗ с априорно известными и стабильными во времени параметрами) с последующим вычислением параметров МПО (Т_МПО, S) по алгоритмам магнитной идентификации. Тогда с учетом малости погрешностей монтажа (M  E) и эталонности геомагнитного поля (Т_МПО  0) на основании уравнения Пуассона (6), составленного для каждого i-го тестового эксперимента, можно сформировать систему алгебраических уравнений [4] относительно неизвестных параметров вектора Т_МПО и матрицы коэффициентов Пуассона S:

(13)

(14)

(15)

где P, Q, R – проекции вектора Т_МПО на оси связанного трехгранника m = XYZ; a, b, c, d, e, f, g, h, k – коэффициенты Пуассона; T_mi, T_xi, T_yi, T_zi – векторы результирующего магнитного поля и их проекции на оси связанного трехгранника m = XYZ, зафиксированные в i-м тестовом эксперименте.

При этом матрица ориентации ПО в пространстве варьируется от эксперимента к эксперименту:

(16)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16

	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и...		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
	Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 11 : Гетеромагнитная...		Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 10 : Гетеромагнитная...
	Выпуск 3 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты... Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб науч тр. / Под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов: Изд-во Сарат ун-та, 2008. Вып. Гетеромагнитная...		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и...
	Л. И. Сокиркиной издательство саратовского университета Лингвометодические проблемы преподавания иностранных языков в высшей школе: Межвуз сб науч тр. / Под ред. Л. И. Со		Аллен Астро- физические величины Переработанное и дополненное издание... Книга профессора Лондонского университета К. У. Аллена приобрела широкую известность как удобный и весьма авторитетный справочник....
	Российской Федерации Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию Под редакцией: заслуженного деятеля науки рф, д м н., профессора Г. Г. Автандилова, д м н., профессора В. Л. Белянинова		Исследование осуществлено при участии и под редакцией д ф. н, профессора... Халина Н. В., Внучкова Т. Н., Пушкарева И. А., Серова Е. В., Бунчук О. М., Хребтова Т. С., Столярова Н. Н., Злобина Ю. И. Коннективистика:...
	Учебное пособие Челябинск 2018 удк: 617+616. 6](07) ббк: 54. 5+56.... Под редакцией проф. В. Н. Бордуновского – Челябинск: Издательство «пирс», 2018. – с		Издательство саратовского университета Для преподавателей, научных работников и студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный сервис и туризм»

Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016

Похожие: