авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

IX Международные научный конгресс и выставка

ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ-2013

Международная научная конференция

СибОптика-2013

Т. 2

Сборник материалов

Новосибирск СГГА 2013 УДК 535 С26 Ответственные за выпуск:

Генеральный директор холдинга «Швабе»

С.В. Максин Генеральный директор ОАО «НПЗ», Новосибирск С.Н. Жиров Доктор технических наук

, профессор, директор Конструкторско-технологического института научного приборостроения СО РАН, Новосибирск Ю.В. Чугуй Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заместитель директора ИАиЭ СО РАН, Новосибирск С.А. Бабин Кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «ЦКБ Точприбор», Новосибирск Е.А. Терёшин Кандидат технических наук, профессор, директор Института оптики и оптических технологий СГГА, Новосибирск О.К. Ушаков Кандидат технических наук, заместитель директора Института оптики и оптических технологий СГГА, г. Новосибирск П.В. Петров С26 Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр., 15–26 апреля 2013 г., Новосибирск : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2013» : сб. ма териалов в 2 т. Т. 2. – Новосибирск : СГГА, 2013. – 202 с.

ISBN 978-5-87693-616-5 (т. 2 ) ISBN 978-5-87693-615- ISBN 978-5-87693-610- В сборнике опубликованы материалы IX Международного научного конгресса «Ин терэкспо ГЕО-Сибирь-2013», представленные на Международной научной конференции «СибОптика-2013».

Печатается по решению редакционно-издательского совета СГГА Материалы публикуются в авторской редакции УДК ISBN 978-5-87693-616-5 (т. 2 ) ISBN 978-5-87693-615- © ФГБОУ ВПО «СГГА», ISBN 978-5-87693-610- Сборник включен в систему РИНЦ.

УДК ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОГРЕШНОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛЫ ОТ ДОПУСТИМОГО ОТКЛОНЕНИЯ МОМЕНТА СИЛЫ Александр Павлович Исаев Киевский национальный университет строительства и архитектуры, 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский проспект, 31, кандидат технических наук, докторант КНУБА, тел.

38044-249-72- Валерий Кузьмич Чибиряков Киевский национальный университет строительства и архитектуры, 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский проспект, 31, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей математики КНУБА, тел. 38044-241-55- Роман Владимирович Шульц Киевский национальный университет строительства и архитектуры, 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский проспект, 31, доктор технических наук, профессор, КНУБА, тел. 38044-241-54-71, r-schultz@mail.ru В данной статье раскрыто и проанализировано взаимно однозначное соответствие век тора силы и напряженного стержня. Показана схема взаимодействия двух тел, в которой си ла, представленная вектором силы, прикладывается определенным образом к некоторому материальному телу, и показаны результаты этого взаимодействия в виде момента силы. При этом показаны условия изменения момента силы и вектора момента силы в результате по грешностей положения вектора силы. Показано, что из-за погрешностей положения вектора силы происходит отклонение длины плеча силы от проектного значения, а, следовательно, и отклонение момента силы. Выведены формулы для расчета наибольшего возможного от клонения в длине плеча силы и формулы для расчета погрешности положения точки прило жения силы.

Ключевые слова: строительная конструкция, погрешность положения, сила, момент силы, стержень, вектор силы.

THE RESEARCH OF ERROR DEPENDENCE FORCE POINT POSITION FROM ALLOWABLE DEVIATION FORCE MOMENT Alexander P. Isaev Kyiv National University of Construction and Architecture, 03680, Ukraine, Kiev, Vozdukhoflot sky Avenue, 31, Ph.D., KNUBA, tel. 38044-249-72- Valery K. Chibiryakov Kyiv National University of Construction and Architecture, 03680, Ukraine, Kiev, Vozdukhoflot sky Avenue, 31, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department of Mathematics KNUBA, tel. 38044-241-55- Roman V. Schultz Kyiv National University of Construction and Architecture, 03680, Ukraine, Kiev, Vozdukhoflotsky Avenue, 31, Doctor of technical sciences, Professor, KNUBA, tel. 38044-241-54-71, r-schultz@mail.ru In this article is disclosed and analyzed to-one correspondence of the force vector and the stress shaft. Shows a scheme of the two-body interaction, in which the force provided by the force vector is applied in a certain way to a material body, and shows the results of this interaction in the form of the torque. At the same time shows the conditions of change of torque and torque vector of the angular position as a result of errors in the force vector. It is shown that due to errors in the posi tion of the force vector is the deviation of the length of the shaft strength of the design value, and, therefore, the torque deviation. The formulas for the greatest possible variation in the length of the arm strength and the formula for calculating the error position of the point of application of force.

Key words: building construction, the error of position, force, torque, shaft, force vector.

Постановка проблемы. В развитых странах современного мира создаются сложные инженерные сооружения, объекты, машины, механизмы и их ком плексы, и этот процесс не останавливается, а становится все более активным.

Многие из них создаются большие по размерам (по высоте, по площади и объе му), с очень большой массой, сложные по конфигурации и по характеру работы.

Все более смелыми становятся архитектурные проекты зданий и сооруже ний с необычными формами и работой на пределе физических законов. Совре менные материалы, техника и технологии призваны обеспечить реализацию этих проектов в натуре.

К основным современным технологиям относятся технологии геодезиче ского обеспечения возведения сооружения (комплекса сооружений) и всех тех нологических связей в нем;

контроля геометрии в соответствии с проектом;

контроля геометрии и параметров движения под воздействием реальных нагру зок;

контроля деформаций.

Необходимая точность производства работ – одна из задач, которая реша ется вместе с созданием сооружения. Для расчета точности строительно монтажных и геодезических работ в строительстве применяют, например, тео рию размерных цепей, основанную на взаимосвязи геометрических размеров сооружения. Теории размерных цепей в строительстве посвящено немало ра бот, основными из которых являются [1;

2;

3].

Однако современный уровень требует более глубокого подхода, в котором учитывается и геометрия и физические особенности работы сооружения, тем более что они неразрывно связаны между собой. Этому направлению исследо ваний посвящены работы [4;

5].

Одним из таких подходов является, на наш взгляд, векторное представле ние элементов строительных конструкций, когда, например, каждому стержню в стержневой конструкции ставится в соответствие вектор силы.

Основное содержание. Вектором, в широком смысле слова, называется некоторая величина, обладающая численным значением и направлением. В ме ханике сила есть вектор воздействия, так как она (помимо физического количе ства) обладает направлением действия.

Сила – это мера воздействия одного материального тела на другое. Тело, которое воздействует (оказывает физическое воздействие), обычно представляется в виде вектора силы. Под действием внешних сил в теле, на которое оказывает ся воздействие, возникают различные внутренние усилия. Внешние силы при дают телу энергию движения, могут вызвать крутящие и изгибающие моменты, перерезывающие силы, привести к деформациям. Результат воздействия зави сит от величины силы. Чем больше сила, тем значительнее ее воздействие. Но степень этого воздействия зависит также и от геометрических характеристик вектора силы. Таким образом, вектор силы имеет две сущности – физическую и геометрическую, и в нашем понимании – не математическая абстракция. За ним стоит реальное материальное тело (например, элемент строительной конструк ции), сориентированное в пространстве и воздействующее на другое тело.

Положение вектора силы характеризуется углами относительно коорди натных осей в принятой системе координат или координатами точек начала и конца вектора. Направление действия силы зависит от физической природы ее возникновения. Сила, действующая в определенном направлении, приклады вается к материальному телу. Точка приложения силы также характеризуется координатами.

Рассмотрим в качестве элемента строительной конструкции абсолютно жесткий (недеформируемый) стержень, длиной l. Если стержень не имеет веса и к нему не приложена какая-либо нагрузка, то это всего лишь математический образ, геометрический элемент, отрезок линии. Реальный стержень имеет соб ственный вес и, как правило, через него передается нагрузка. В таком случае можно говорить о векторе силы, который как бы совмещен с осью стержня и его положение в пространстве характеризуется геометрическими параметрами стержня. На оси стержня можно построить шкалу силы и отложить значение силы в заданных единицах измерения (рис. 1). В связи с этим обращаем внима ние на то, что совмещенные вектор силы и стержень представлены на схеме разными по содержанию числовыми значениями, но одним способом позицио нирования. Другими словами, они представлены разными единицами измере ния по совпадающим направлениям.

Таким образом, стержень и вектор силы не являясь одним и тем же, нахо дятся во взаимно однозначном соответствии.

В В В F l l С l А(С) F F А А Рис. 1. Материальное тело и вектор силы:

а – материальное тело с обозначенной точкой, в которую должна быть приложена сила;

б – вектор силы F ;

в – материальное тело, к которому приложена сила в точке С Пусть имеем некоторое материальное тело (рис. 1, а) и в точке С этого тела нужно приложить силу F, представленную на рис. 1, б вектором силы.

Силу задает нагруженный стержень, который нужно поставить концом А в точку С под некоторым углом к телу. То есть стержень нужно переместить в пространстве и установить в заданное положение. При этом сила может быть направлена вдоль стержня как от точки А к точке В, так и наоборот, от точки В к точке А (см. рис. 1, б).

Если установку стержня осуществить абсолютно точно, то тогда можно говорить о том, что положение вектора силы соответствует абсолютно точному положению, а геометрические параметры вектора силы соответствуют абсо лютно точным значениям и не отклоняются от заданных проектных значений.

Пусть у материального тела есть точка О, через которую проходит ось Z.

Проведем плоскость, перпендикулярную к оси Z и содержащую точку О (рис. 2).

Z F F F О h П Рис. 2. Cила F, создающая момент относительно оси OZ;

сила F, создающая момент относительно точки О Момент силы относительно точки (или оси) является мерой вращательного действия силы, которое в общем случае определяется модулем силы, геометри ческими характеристиками и пространственным расположением вектора силы относительно точки О (оси Z).

Если рассматривать момент силы как алгебраическую величину, то он ра вен произведению модуля силы на длину плеча силы [6]. Например, возьмем силу F, которая лежит в одной плоскости с точкой О (рисунок 2). Тогда мо мент силы F относительно точки О будет M o ( F ) F h, (1) где h – плечо силы – перпендикуляр, опущенный из точки О на линию действия силы.

Чтобы найти момент силы F относительно оси Z, нужно найти момент F (сила F не созда проекции силы F на плоскость, т.е. момент силы ет момент относительно точки О).

M Z ( F ) F h, (2) Если рассматривать момент силы как векторную величину, то тогда это вектор, приложенный в точке О, равный по модулю значению (1), и направлен ный перпендикулярно плоскости ОАВ (рис. 3).

Z M0 F В F О А П Рис. 3. Вектор момента силы Рассмотрим расчетную схему момента силы относительно точки, в кото рой фигурируют проектные (расчетные) значения параметров вектора силы и стержня. Из аналитического расчета конструкции математически точно можно вычислить координаты точки, в которую должна быть приложена сила, величи ну силы, координаты точек, определяющих положение концов стержня, коор динаты точки момента силы, а также методами аналитической геометрии могут быть вычислены расстояния между проектными точками, проектными линиями и углы между ними.

Для расчетной схемы, приведенной на рисунке, установим следующие по нятия и обозначения.

1) А–В – стержень длиной l, концы которого обозначены буквами А и В (по оси стержня);

2) Аі – положение конца стержня А, определяемое координатами x Ai ;

y Ai ;

3) С0 – аналитически заданное, абсолютно точное положение точки на аб солютно твердом материальном теле, куда должна быть приложена сила (в при нятой системе координат XOY на плоскости характеризуется полярными коор динатами rС0 ;

С0 или прямоугольными координатами xС0 ;

yС0 ;

4) Сі – действительное положение точки приложения силы, определяемое координатами xСi ;

yСi ;

5) Аі(Сі) – точка, определяющая конец стержня, и совпадающая с точкой приложения силы;

6) А0–В0 – аналитически заданное, абсолютно точное положение стержня (в принятой системе координат XOY на плоскости характеризуется либо коор динатами точек начала и конца стержня, либо координатами начальной точки и направлением);

7) B0–D0 – аналитически заданное, абсолютно точное направление линии действия силы, проходящее через точку С0 и ось стержня A0–B0;

8) h0 – плечо силы, относящееся к направлению B0–D0;

9) F0 – аналитически заданное, абсолютно точное значение силы;

аналитически заданное, абсолютно точное значение момента 10) M 0 F силы;

11) О – аналитически заданное, абсолютно точное положение точки, отно сительно которой сила F0 создает момент M F0 ;

12) Оі – действительное положение точки, относительно которой сила со здает момент.

Предположим, что стержень длиной l и соответствующий ему вектор си лы F0, приложенный в точке С0, а также точка О лежат в одной плоскости XOY (рисунок 4). Установим начало координат в точке О, а координатные оси OY и ОX направим параллельно и перпендикулярно линии действия силы соответ ственно. Даже если вектор силы будет расположен под некоторым углом к ко ординатным осям, то решение от этого не изменится (рис. 4, б). Вектор момента силы в таком случае будет направлен вдоль оси OZ.

O O Y Y h rA h0 rA 90° 90° F0 F В В D l0 l А0(С0) А0(С0) X X Рис. 4. Расчетная схема для аналитического расчета момента силы Из расчетной схемы видно, что сила F0, приложенная в точке A0 C0 и направленная по линии B0 D0, создает момент силы M 0 F0 F0 h0 относи тельно точки О, при длине плеча силы h0.

Рассмотрим последствия изменения параметров вектора силы в результате погрешностей положения соответствующего ему стержня.

Покажем условия изменения момента силы и в связи с этим вспомним о двух сущностях вектора силы. Так как мы рассматриваем положение вектора силы в плоскости, то и изменение его параметров также рассмотрим в плоскости.

Если не изменяется значение силы (F = const), а изменяются только гео метрические параметры вектора силы в плоскости, такие как координаты точки приложения силы и направление действия силы (например, за счет погрешно стей в координатах точек начала и конца стержня m X A ;

mYA ;

m X B ;

mYB ), то из менится алгебраическая величина момента силы. Направление вектора момента силы не изменится, он по-прежнему будет совпадать с осью OZ. Это связано с тем, что вектор силы в этом случае не выходит из плоскости XOY. В том слу чае, когда вектор силы выйдет из плоскости XOY (например, за счет погрешно стей mZ A ;

mZ B ), т. е. плоскость ОАВ займет иное положение в пространстве, изменится направление вектора момента силы, перпендикулярное плоскости ОАВ.

Если изменится только величина (модуль) силы, а геометрические пара метры нет, то алгебраический момент силы изменится, но направление вектора момента силы нет.

Тем более, совместное изменение геометрических и физических парамет ров вектора силы приведет к изменению алгебраического момента силы и, воз можно, к изменению положения вектора момента силы.

Момент силы для абсолютно твердого тела не будет изменяться только в том случае, если изменение положения точки приложения силы происходит по линии действия силы и ось стержня направлена вдоль линии действия силы.

То есть, линия действия силы является геометрическим местом точек приложе ния силы, для которых момент силы не изменяется, если не изменяется направ ление вектора силы. Во всех остальных случаях он изменяется, так как образу ется новая геометрическая схема со своей точкой приложения силы, направле нием линии действия силы и длиной плеча силы.

Предположим, что мы многократно устанавливаем стержень, обеспечивая его заданное положение, при этом допускаем случайные погрешности в поло жении точки приложения силы. В таком случае будем иметь некоторую область случайных положений точки Аі – геометрическое место точек приложения си лы. Пусть таким геометрическим местом точек будет круг радиуса а с цен тром в точке А0. Случайных положений точки Аі может быть бесконечно много и каждому из них будет соответствовать свое значение момента силы.

Пусть в результате погрешностей установки стержня конец стержня А ока зался в точке Сі (рис. 5). При этом линия действия силы изменила направление относительно расчетного на угол і.

Так как стержень не деформируемый и не закреплен в точках А и В, то при отклонении конца стержня А от точки С0 отклонится и конец стержня В от точки В0. Рассмотрим как один из вариантов такую расчетную схему, при кото рой ось стержня проходит через точку В0 при любом положении точки А в пре делах окружности.

O Y i 90°- r h hі 90° 0 А E l В0 В і F D0 і Ві E0 а h 90° S Сі С Gі G X Рис. 5. Схема изменения длины плеча силы из-за погрешности положения точки приложения силы В результате изменения геометрической схемы изменилось плечо силы, а значит и момент силы. Если при этом величина силы не изменилась, то M i F0 F0 hi.

Отклонение момента силы от расчетного значения в зависимости от изме нения длины плеча представим в виде:

M i M 0 F0 hi h M F0 h.

или (3) Если задано допустимое отклонение момента силы, то h M (4) F Из рис. 5 видно, что h это отрезок GiE, который можно представить дву мя частями: GiE0 + E0E. Отрезок E0E очень мал, поэтому можно считать, что h Gi E0. Тогда из прямоугольного треугольника GiE0B0 найдем h E0 B0 sin i. Очевидно, что E0 B0 E0 A0 l0, где E0 A0 D0 A0 D0 E0.

Найдем эти отрезки из прямоугольных треугольников D0OA0 и D0OE0 и подста вим в формулу. Тогда E0 B0 h0tg 90 0 h0tgi l0. С учетом этого выра жения формула для h преобразуется к виду:

h h0 sin i ctg 0 tgi l0 sin i. (5) Из всех возможных положений вектора силы нас в большей степени инте ресует такое положение, при котором момент силы достигает наибольшего зна чения. В данном случае наибольший момент силы возникнет тогда, когда линия действия силы пройдет по касательной к окружности через точку приложения силы С1 (рисунок 5).

Из прямоугольного треугольника С1А0В0 найдем a a sin 1 ;

tg l0 s и подставим в формулу (5). При условии, что s1 l0 формула примет вид:

h h h 0 ctg 0a 0 a 2 a. (6) l0 l h0 h ctg 0 k1;

0 k 2.

Обозначим (7) l0 l Тогда h k1 1a k2a 2. (8) Исследуем оба слагаемых в полученной формуле и найдем их соотноше ние. Если обозначить их через І и ІІ, то можно записать: h I II. Первое слагаемое получает наименьшее значение I a при 0 90, т.к. ctg 90 и k1 0.Сравним с этим значением слагаемое ІІ. Для этого запишем формулу (6) в виде h a h a 0 a (9) l0 l и для примера примем a 10 мм;

l0 1 м. Подставляя значения h0 0,1;

0,5;

1,0;

2,0 м, получим: II 0,001a ;

0,005а;

0,01а;

0,02а.

Как видим, второе слагаемое в большинстве расчетов может быть отбро шено, тогда h k1 1a (10) Зная h, найдем допустимое отклонение в положении точки приложения силы, соответствующую наибольшему возможному отклонению момента силы M a. (11) F0 k1 В более частном случае, когда h0 0, точка О лежит на линии действия силы (в том числе, может совпадать с точкой C0 ). В таком случае сила не со здает момент относительно точки О. Однако в результате погрешностей поло жения вектора силы появится плечо a и возникнет момент силы M. Из всех возможных случаев положения точки Ai на окружности и внутри круга наибольшее значение M приобретет в двух случаях: когда А находится в точ ке С1 и в точке С2 (при соблюдении поставленного условия положения точки В).

C F a А0 (C0) F0 В a F C Рис. 6. Схема возникновения плеча силы При симметричном расположении точек С1 и С2 относительно линии дей ствия силы B0 A0 (рисунок 6) значения моментов будут одинаковыми и отли чаться они будут только знаками, а формула (11) преобразуется к виду:

M a.

F Выводы. Погрешности установки стержня в проектное положение приво дят к погрешностям положения вектора силы, которые в свою очередь приводят к изменению условий и результатов взаимодействия тел.

Так как к погрешностям установки стержня относятся погрешности геоде зических работ, то можно сделать вывод, что они наряду с погрешностями мон тажных работ приводят к изменению проектных значений внутренних усилий и напряжений, к изменению напряженно-деформированного состояния взаимо действующих тел или к изменению их состояния равновесия.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Видуев Н.Г. Теория размерных цепей / Н.Г. Видуев, Т.Т. Чмчян. – К.: КИСИ, 1965. – 46 с.

2. Сытник В.С. Основы расчета и анализа точности геодезических измерений в строи тельстве / В.С. Сытник. – М.: Стройиздат, 1974. – 145 с.

3. Чмчян Т.Т. Расчет точности геодезических работ в строительстве. Справочник / Т.Т. Чмчян. – М.: Недра, 1988. – 150 с.

4. Чибиряков В.К. Модели геодезических измерений при наблюдениях за деформация ми инженерных сооружений / В.К. Чибиряков, В.С. Староверов, А.И. Егоров // Инженерная геодезия, 1998. – Вып. 40. – С. 233–239.

5. Чибиряков В.К. Концептуальный подход к определению точности геодезических ра бот при строительстве и эксплуатации мостовых переходов / В.К. Чибиряков, В.С. Старове ров, А.И. Егоров, А.В. Адаменко // Інженерна геодезія, 2008. – Вып. 54. – С. 270–281.

6. Савин Г.Н. Курс теоретической механики / Г.Н.Савин, Т.В.Путята, Б.Н.Фрадлин – К.:

Вища школа, 1973. – 360 с.

© А.П. Исаев, В.К. Чибиряков, Р.В. Шульц, УДК 006: О НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ – ПЕРО Бронислав Сергеевич Могильницкий Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, доцент кафедры наносистем и оптотехники. ФГАОУ ФСМС, Новосибир ский филиал, 630004, Россия, г. Новосибирск, ул. Революции, 36, заведующий кафедрой, канди дат физико-математических наук, тел. (383) 212-51-09, e-mail: ats3300-106-45@yandex.ru В статье рассмотрена важнейшая метрологическая характеристика интерферометра Фабри – Перо – разрешающая способность. Выявлена особенность в разрешении ИФП при освещении его импульсным светом. Определены условия максимального разрешения в этом случае. Введено понятие временного разрешения ИФП.

Ключевые слова: интерферометр Фабри – Перо, спектральное и временное разреше ние, лазерные синхронизованные импульсы.

SOME OF THE FEATURES OF THE FABRY – PEROT INTERFEROMETER Bronislav S. Mogilnitsky Siberian state academy of geodesy, 10 Plahotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, docent, depart ment of nanosystems and optical engineering. Academy of standartisation, metrology, certification, 630004, Novosibirsk branch, Revolution street, 36, the candidate of physical and mathematical sci ences, director of department, tel. (383) 212-51-09, e-mail: ats3300-106-45@yandex.ru The article deals with the essential metrological characteristics of Fabry – Perot-resolution.

Feature to allow the IFP has when covering his pulse light. The conditions of maximum resolution in this case. Introduced the concept of temporal resolution of the IFP.

Key words: Fabry – Perot interferometer, spectral and temporal resolution, synchronized la ser pulses.

Одной из важнейших характеристик качества интерферометра является его разрешающая способность. Теоретической разрешающей способностью спек трального прибора называют величину = =, где, - среднее значе ние длины волны, оптической частоты,, - разность разрешаемых длин волн, оптических частот.

В интерферометре Фабри-Перо (ИФП), как в самом простом спектральном устройстве (рисунок 1), разрешение можно представить как [1] =qN, (1) где q =2d/ - порядок интерференции для нормально падающих лучей: d - база интерферометра, N = R (1-R) – острота (фактор резкости) или то же, что чис ло эффективно интерферирующих лучей, R - коэффициент отражения зеркал интерферометра.

При стационарном освещении спектральное разрешение пропорционально базе интерферометра. Чем больше база, тем выше спектральное разрешение. Но тем меньше область свободной дисперсии. Эту взаимосвязь можно описать как, N =, (2) т. е.отношение области свободной дисперсии к ширине аппаратной функ ции, равным резкости (остроте), определяющим качество работы интерфе рометра.

Рис. 1. Получение многолучевой интерференции в проходящем и отраженном свете При постоянной остроте, при уменьшении аппаратной функции, растет об ласть свободной дисперсии и наоборот. Для ИФП, спектральное разрешение является функцией двух параметров: базы интерферометра и длины волны све та или соответственно порядка интерференции и остроты =2N(d) = qN. (3) Острота ИФП ограничена качеством зеркал и в лучшем случае достигает значения 103 (в штатных случаях N100). С другой стороны разрешение прямо пропорционально базе ИФП и обратно пропорционально длине волны света (в данном случае видимого диапазона).

Рассмотрим перспективы использования интерферометрии в области мик ро- и нанопространств. Вследствие того, что разрешение ИФП прямо пропор ционально базе резонатора, то при уменьшении его размеров, интересно рас смотреть результаты интерференционного распределения в отражённом свете.

Для этого случая наблюдается зеркальное отражение процессов формирования интерференционного распределения: интерференционному максимуму в про ходящем свете соответствует минимум в отражённом. Поэтому все главные па раметры интерферометра зеркально идентичны. Нас интересует порядок ин терференции, поскольку он является параметром разрешающей способности.

Как видно из рисунка, порядок интерференции один и тот же для обоих видов интерференции, а именно q = (2dcos), следовательно, спектральное разре шение для нормально падающих лучей будет описываться соотношением (3).

При использовании результата интерференции в отражённом свете, мы можем оценить разрешение ИФП с малыми базами, ограниченными только техниче скими возможностями конструирования резонатора. При выборе минимального размер толщины пластины в 0.5. максимальное разрешение ИФП в видимом свете составит величину порядка ~100. Область перестройки частоты (об ласть свободной дисперсии) при этом составит ~ = 31014 Гц.

Из рассмотренного следует, что при стационарном освещении в области микро- и нанопространств интерферометрия в направлении высокого разреше ния не имеет обнадеживающих перспектив.

Рассмотрим эти перспективы при импульсном освещении.

Известно, что мир частоты и мир времени взаимно связаны. То, что описа но в терминах частоты зеркально справедливо в терминах временных интерва лов. Эта связь осуществляется с помощью преобразования (интеграла) Фурье [2].

Отметим, что угловая и линейная дисперсии, а также область дисперсии ИФП формируются в неизменном со стационарным освещением виде после не которого промежутка времени с начала момента импульсного освещения. Это интервал времени установления интерференционного распределения (время пе реходного процесса t0) равен времени двойного обхода импульсом света резо натора ИФП [1].

Таким образом, временное разрешение ИФП при нестационарном освеще нии это отношение длительности падающего импульса света к времени уста новления интерференционного распределения в ИФП [1] =и Ntо = 1/qN. (4) Из определения следует:

Во-первых, под временным разрешением понимается селективная времен ная способность ИФП как оптического фильтра для импульсов, взаимодей ствующих с ИФП. Временное разрешение - это формирование в ИФП процесса интерференции при определенных условиях: а именно таких, что длительность падающего импульса света больше или равна времени установления стацио нарной интерференции в ИФП. При = 1 или 1 интерферометр работает как фильтр, а при 1 как оптический фильтр не работает.Оптимальным для реализации потенциальных возможностей ИФП является условие = 1, отра жающее компромисс между спектральным и временным разрешением: уже нет искажений динамики импульса, и спектр импульса разрешается полностью [3].

Во-вторых, это способ оценки длительности падающего импульса, где в качестве меры используется длительность переходного процесса tо = 2d/c, а и = tо. Метод точного измерения длительности лазерных импульсов пред ставлен в работе [4].

Взаимосвязь частоты и времени реализуется в ИФП в виде произведения частоты на длительность импульса.

=и = q (5) При =1, спектральное разрешение и для импульсного освещения опреде ляется параметром q (порядком интерференции) и = q (6) Как видно из (6) в спектральном разрешении при импульсном освещении, в отличие от стационарного (3), острота равна 1. Такое условие соответствует режиму двухлучевой интерференции, затраты времени на установление которо го минимальны. Поэтому в режиме одиночных импульсов исчезает понятие спектрального разрешения. Однако, импульсное освещение по сравнению со стационарным имеет определенное преимущество. Оно заключается в большей информативности. Так, согласно интегралу Фурье, длительность импульса од нозначно определяет величину частотной области, содержащуюся в этом им пульсе. Такая взаимосвязь представляет значительный интерес для импульсной спектроскопии [5]. ИФП в этом случае используется в качестве анализатора как спектральной, так и временной информации [3].

Из (4) видно, что временное разрешение, как и спектральное, являются функциями порядка интерференции. Здесь заметим, что предельно низкое спек тральное разрешение равно единице по определению, при этом база ИФП равна длине волны света. Иначе интерференция будет отсутствовать. Это условие определяет возможную базу ИФП. Так, для видимого света с =0.5 мкм база ИФП не может быть больше 0.5 мкм в принципе. Такую базу можно организо вать для ИФП работающим в отражённом свете, который пропустит одиночный импульс минимальной длительностью в 1.7 фс. Импульс света в 1 фс с =0. мкм ИФП, как фильтр не пропустит! Это, практически, предельно высокое временное разрешение ИФП для одиночного импульса видимого света.

Исключение составляет случай, «синхронизованного» освещения, когда на ИФП поступает серия синхронизованных лазерных импульсов с периодом сле дования, равным времени двойного прохождения базы интерферометра. В этом случае, как показано в [6] интерферометр «открыт» для сверхкоротких импуль сов любой длительности. Идет непрерывная подпитка энергией процесса ин терференции и интерферометр освещается непрерывным светом. Отсюда и раз решение прежнее (3). Сверхкороткие пико- и фемтосекундные когерентные им пульсы (СКИ) формируются только в лазере методом синхронизации мод. Дру гих способов создания СКИ нет. Совместная работа лазера и интерферометра осуществляется в режиме эквивалентности «решеток» их мод (идентичные или кратные резонаторы). Это создает возможность для реализации спектрального разрешения ИФП, адекватную разрешению при непрерывном освещении. Сле дует добавить, что частота следования синхронизованных импульсов обратно пропорциональна базе ИФП: для d=10-6 м она составляет величину f=1.51014 Гц (=110-6 м, почти видимый диапазон спектра), а для d=106 м всего f=150 Гц.

При очень малых базах, необходимых для работы ИФП как фильтра при освещении его синхронизованными сверхкороткими импульсами нано-, пико-, и фемтосекундного диапазона спектральное разрешение мало.

Из рассмотренного следует, что и при импульсном освещении разрешение интерферометра с базами микро- и наноразмеров не отличается от стационар ного режима.

В то же время, качественное отличие работы ИФП в импульсном режиме дает право выбора: либо широкий частотный спектр, сверхкороткий импульс и низкое спектральное разрешение, либо узкий спектр (одна частота), стационар ный режим генерации и высокое спектральное разрешение.

Эта взаимосвязь приобретает актуальность в связи с современными воз можностями генерации сверхкоротких импульсов и использовании их для но вой времячастотной спектроскопии [4].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Могильницкий Б.С. Интерферометр Фабри-Перо при импульсном освещении: новый подход и возможности // Измерительная техника. – 2009. – №12. – С. 11-15.

2. Мазуренко Ю.Т. Спектрально-временные характеристики нестационарного оптиче ского излучения и возможности их измерений // Оптика и спектроскопия, 1983. – Т. 55. – Вып. 3-4. – С. 603-606.

3. Беспалов В.Г., Ефимов Ю.Н., Стаселько Д.И. Спектрально-временной анализ пере ходных процессов в интерферометре Фабри-Перо // Оптика и спектроскопия, 2001. -Т. 90. Вып. 4. - С. 696-698.

4. Могильницкий Б.С. Хроноскопический принцип анализа сред // Мир измерений, 2012. - № 10. - С. 20-25.

5. Могильницкий Б.С., Толстиков А.С. Спектрально-временной анализ сред с помощью импульсной интерферометрии // Сб. материалов VI международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2010». – Новосибирск: СГГА, 2010. - Т. 5, ч. 2. – С. 139-142.

6. Mogilnitsky B.S., Ponomarev Ju.N. Fabry-Perot Interferometer in the World of Pulses:

New Approaches and Capabilites // Atmosferic and Oceanic Optics, 2009. - V. 22, № 5. - P. 544 550.

© Б.С. Могильницкий, УДК 006.91:006;

351.821;

351. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПОБОЧНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ РУКОВОДЯЩИХ ДОКУМЕНТОВ ПО ЗАЩИТЕ ИНФОРМАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И ГОСТ Никита Александрович Филин Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры наносистем и оптотехники, e-mail: n.n.n@ngs.ru Игорь Владиленович Минин Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры «Метрология, стандарти зация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com Олег Владиленович Минин Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: kaf.metrol@ssga.ru Проведен анализ требований к технической документации систем измерения побочного электромагнитного излучения с точки зрения требований ГОСТ и законодательной метроло гии. Учитывались требования к комплексам и приборам, предназначенным для измерения побочных электромагнитных излучений и наводок, а также соблюдение метрологических требований, правил и норм, регламентируемых документами ГСИ, ЕСКД, ЕСТД. В результа те анализа были составлены рекомендации по разработке технической документации систем измерения побочного электромагнитного излучения согласно требований законодательной метрологии и ГОСТ.

Ключевые слова: системы измерения побочного электромагнитного излучения, требо вания законодательной метрологии, метрологическая экспертиза документации.

GUIDELINES FOR SOFTWARE DEVELOPMENT AND DOCUMENT SYSTEMS FOR MEASURING SPURIOUS ELECTROMAGNETIC RADIATION TERMS OF GUIDANCE DOCUMENTS TO PROTECT INFORMATION, METROLOGY AND GOST Nikita A. Filin Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, postgraduate student of department «Nanosystems and optical engineering», e-mail: n.n.n@ngs.ru Igor V. Minin Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, Ph-doctor, pro fessor of department «Metrology, standardization and certification», tel. (383) 361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com Oleg V. Minin Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, Ph-doctor, pro fessor, director of department «Metrology, standardization and certification», tel. (383) 361-07-45, e-mail: kaf.metrol@ssga.ru The analysis of the requirements for the technical documentation systems for measuring spu rious electromagnetic radiation from the point of view of the requirements of GOST and legal me trology. The requirements for the systems and devices designed to measure the stray electromagnet ic radiation and interference, as well as observance of metrological requirements, rules and regula tions, regulated documents ICG ESKD, ESTD. The analysis were drawn up recommendations for the development of technical documentation systems for measuring spurious electromagnetic radia tion according to the requirements of legal metrology and GOST.

Key words: measuring spurious electromagnetic radiation, the requirements of legal metrolo gy, metrological examination of the documentation.

Полученная с помощью систем измерения побочного электромагнитного излучения (СПЭМИ) измерительная информация должна с необходимой точ ностью и достоверностью отражать свойства электромагнитного поля, его мощности в различных точках пространства и характер зоны его распростране ния. Решение проблем объективной оценки зоны распространения информа тивного сигнала от средств вычислительно техники обрабатывающих защи щаемую информацию невозможен без СПЭМИ.

При проектировании СПЭМИ кроме стандартных метрологических требо ваний, рассмотренных ниже, предъявляются следующие специфические требо вания по защите информации. Требования к комплексам и приборам предна значенным для измерения побочных электромагнитных излучений и наводок установленные ГОСТ Р 53112-2008 [1]. Данный документ устанавливает требо вания к техническим характеристикам СПЭМИ, а так же к допустимым по грешностям, методам и порядку проведения испытаний.

Целью данной статьи является составление рекомендаций по разработке технической документации систем измерения побочного электромагнитного излучения по требованиям законодательной метрологии и ГОСТ.

Требования по защите информации Средства, предназначенные для защиты информации, составляющей госу дарственную тайну, и другой информации с ограниченным доступом подлежат обязательной сертификации. Порядок проведения сертификации описан в «По ложении о сертификации средств защиты информации по требованиям без опасности информации» [2].

Основными схемами сертификации средств защиты информации являются:

для единичных образцов средств защиты информации - проведение ис пытаний образца на соответствие требованиям по безопасности, информации;

для серийного производства средств защиты информации проведение типовых испытаний образцов продукции на соответствие требованиям по без опасности информации и последующий инспекционный контроль за стабиль ностью характеристик сертифицированной продукции, обеспечивающих (опре деляющих) выполнение этих требований. Кроме того, по решению органа по сертификации допускается предварительная проверка (аттестация) производ ства по утвержденной программе. По согласованию с органом по сертификации по требованиям безопасности информации могут быть использованы и другие схемы сертификации, применяемые в международной практике.

Порядок проведения сертификации включает следующие действия:

подачу и рассмотрение заявки на сертификацию средств защиты инфор мации;

испытания сертифицируемых средств защиты информации и аттестации их производства;

экспертизу результатов испытаний, оформление, регистрацию и выдачу сертификата и лицензии на право использования знака соответствия;

осуществление государственного контроля и надзора, инспекционного контроля за соблюдением правил обязательной сертификации и за сертифици рованными средствами защиты информации;

информирование о результатах сертификации средств защиты информа ции;

рассмотрение апелляций.

Требования к метрологической экспертизе Проектирование СПЭМИ является сложным процессом разработки сово купности компонентов функционально связанных для выполнения определен ной задачи. Каждый из компонентов представляется совокупностью различных характеристик и параметров. Это значительно осложняет выявление закономер ностей их взаимосвязи и влияния их на конечные результирующие показатели качества. Повышение качества проектирования этого типа систем связано с проведением метрологической экспертизы технической документации, разрабо танной в процессе проектирования. Кроме того, в соответствии с ФЗ «Об обеспечении единства измерений», в состав обязательных требований к сред ствам измерений в необходимых случаях включаются также требования к про граммному обеспечению (ПО) [3]. Это приводит к необходимости оценки вли яния ПО на метрологические характеристики систем измерения и защиты обра батываемой, в том числе измерительной, информации от непреднамеренных и преднамеренных изменений.

Метрологической экспертизе подвергается следующая техническая доку ментация [4]:

техническое задание (ТЗ) на разработку (проектирование);

технические условия (ТУ), руководство по эксплуатации, конструк торская и технологическая документация;

Основные задачи

метрологической экспертизы ТЗ на разработку (проек тирование):

рациональное нормирование метрологических характеристик измери тельных каналов СПЭМИ на этапе их разработки (проектирования);

построение эффективного способа метрологического обеспечения СПЭМИ на последующих этапах ее жизненного цикла.

Основным содержанием метрологической экспертизы ТЗ на разработку (проектирование) является проверка достаточности исходных требований, при водимых в проекте ТЗ, к которым относят:

назначение СПЭМИ и сведения об ее использовании в сфере (или вне сферы) государственного регулирования обеспечения единства измерений;

сведения об измеряемых величинах и их характеристиках (диапазоне значений, возможных изменениях в процессе измерений);

перечни измерительных каналов и нормы на их погрешности;

условия измерений;

условия метрологического обслуживания.

При проведении метрологической экспертизы ТУ, а также конструктор ской и технологической документации, проверяют соответствие заложенных в ТУ и указанной документации комплексов метрологических характеристик измерительных каналов СПЭМИ и их компонентов, методов и средств их определения, контроля и (или) расчета исходным требованиям ТЗ и МИ 2439 97 [5], а также соблюдение метрологических требований, правил и норм, ре гламентируемых документами ГСИ, ЕСКД, ЕСТД.

Использование программного обеспечения в системах СПЭМИ, суще ственно расширяет их функциональные возможности и повышает оператив ность обработки измерительной информации. Вместе с тем, недостаточная надежность ПО увеличивает долю эксплуатационных затрат по сравнению с общими затратами на проектирование, производство и применение этих систем.

Кроме того, отказы ПО ведут к потерям информации и простоям, а так же к ошибкам порождающим уязвимости в системах защиты. Проведение независи мой, в том числе метрологической, экспертизы используемого ПО повышает надежность системы в целом.

Для СПЭМИ на этапе разработки рекомендуется выделение метрологиче ски значимой части ПО, т.е. выделение той его части, которая подлежит атте стации. Под аттестацией ПО понимают исследование программного обеспече ния с целью определения его характеристик, свойств и идентификационных данных и подтверждения соответствия требованиям национального стандарта ГОСТ Р 8.654-2009 [6].

При разделении ПО аттестации подлежат все метрологически значимые части программы (подпрограммы, процедуры, функции и т.д.), которые исполь зуются при обработке данных или влияют на них, или используются в таких вспомогательных функциях, как защита, хранение и передача данных, иденти фикация ПО.

Другие части программы, переменные или параметры (например, подпро граммы, библиотеки, процедуры взаимодействия с операционной средой и пе риферийными устройствами персонального компьютера) не подлежат аттеста ции. Модификация указанных частей может быть выполнена без уведомления уполномоченных органов (организаций), если изменение этих частей не приво дит к изменению идентификационных данных ПО.

ПО СПЭМИ должно соответствовать требованиям [7]:

к документации ПО;

к структуре ПО;

к влиянию ПО на метрологические характеристики СПЭМИ;

к защите ПО и данных.

Требования к документации ПО ПО СПЭМИ должно сопровождаться документацией, соответствующей требованиям стандартов Единой системы программной документации. Доку ментация должна полно и однозначно описывать назначение, основные функ ции, структуру и другие необходимые параметры и характеристики ПО.

Минимальный набор документов, сопровождающих ПО СПЭМИ при его аттестации, рекомендуется представлять в следующем составе:

техническое задание по ГОСТ 19.201-78;

спецификация по ГОСТ 19.202-78;

описание применения по ГОСТ 19.502-78;

схемы алгоритмов, программ, данных и систем по ГОСТ 19.701-90;

руководство пользователя.

В перечисленных документах должна быть приведена следующая инфор мация, необходимая для проведения аттестации ПО:

обозначение ПО, включающее в себя его наименование, обозначение его версии или версий его модулей;

описание назначения ПО, его структуры и выполняемых функций;

описание методов и способов идентификации ПО, а также его метроло гически значимых частей, функций и параметров;

описание реализованных в ПО расчетных алгоритмов, а также их блок схемы;

описание интерфейсов пользователя, всех меню и диалогов;

описание интерфейсов связи ПО для передачи, обработки и хранения данных;

описание реализованных методов защиты ПО и данных;

описание способов хранения измеренных данных на встроенном, уда ленном или съемном носителе;

описание требуемых системных и аппаратных средств, если эта инфор мация не приведена в руководстве пользователя.

Требования к структуре ПО Метрологически значимое ПО СПЭМИ должно быть разработано таким образом, чтобы его невозможно было подвергнуть искажающему воздействию через интерфейсы пользователя и другие интерфейсы.

Команды и данные, введенные через интерфейс пользователя СПЭМИ и интерфейс связи СПЭМИ, не должны оказывать недопустимого влияния на метрологически значимое ПО СПЭМИ и данные. Следовательно, должно быть однозначное назначение каждой команды для инициирования функции или изменения данных в соответствии с сопроводительной технической доку ментацией. Интерфейс, который принимает и передает команды или данные должен быть предназначен для этой цели и может управляться только посред ством метрологически значимого ПО. Обмен данными между метрологически значимыми и незначимыми частями ПО СПЭМИ проводят через защищенный интерфейс, который охватывает как все взаимодействия между этими частя ми ПО, так и прохождение данных.

Все взаимодействия между метрологически значимыми и незначимыми ча стями ПО СПЭМИ и прохождение данных не должны подвергать искажающе му воздействию метрологически значимое ПО. Должно быть однозначное назначение каждого набора команд, переданных через интерфейс ПО СПЭМИ, для инициации функций или изменения данных в метрологически значимом ПО.

Требования к влиянию ПО на метрологические характеристики СПЭМИ Степень влияния ПО на метрологические характеристики СПЭМИ оцени вают при его аттестации. При этом должна быть предусмотрена возможность такой оценки с помощью программных и метрологических тестов по методи кам МИ 2174-91, МИ 2955-2005.

Требования к защите ПО и данных Возможными причинами случайных или непреднамеренных изменений обрабатываемой информации и измеренных данных могут быть:

непредсказуемые физические воздействия;

эффекты, обусловленные действиями пользователя;

дефекты ПО СПЭМИ.

ПО СПЭМИ должно содержать средства обнаружения, отображения и/или устранения сбоев (функциональных дефектов) и искажений, которые нару шают целостность ПО и данных.

ПО СПЭМИ должно быть защищено от несанкционированной модифика ции, загрузки или считывания данных из интегрированной памяти. Для СПЭМИ без интерфейса для предотвращения удаления и замены запоминаю щего устройства другим, содержащим фальсифицированное ПО или данные, конструкцией прибора или непосредственно физической памятью должна быть предусмотрена защита от несанкционированного удаления. Интерфейс, при его наличии должен обладать только такими функциями, которые могут быть подвергнуты проверке. Метрологически значимая часть ПО СПЭМИ и данные должны быть защищены от несанкционированной модификации.

Своевременное проведение метрологической экспертизы позволяет предотвратить проникновение в разрабатываемую техническую документацию решений с нарушением норм метрологического обеспечения жизненного цикла проектируемых систем измерения побочного электромагнитного излучения.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. ГОСТ Р 53112-2008

Защита информации. Комплексы для измерений параметров по бочных электромагнитных излучений и наводок. Технические требования и методы испытаний.

2. Положение о сертификации средств защиты информации по требованиям безопасности информации (с дополнениями в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 26 июня 1995 года N 608 "О сертификации средств защиты информации") от 27 октября.

3. Федеральный Закон от 26 июня 2008 № 102-ФЗ "Об обеспечении единства изме рений": принят Гос. Думой 11 июня 2008 года: одобр. Советом Федерации 18 июня 2008 года.

4. ГОСТ Р 8.596-2002. Государственная система обеспечения единства измерений.

Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

5. МИ 2439-97. Государственная система обеспечения единства измерений.

Метрологические характеристики измерительных систем. Номенклатура. Принцип регламентации, определения и контроля.

6. ГОСТ Р 8.654-2009. Государственная система обеспечения единства измерений.

Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения.

7. ГОСТ Р 8.654-2009. Государственная система обеспечения единства измерений.

Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения.

© Н.А. Филин, И.В. Минин, О.В. Минин, УДК 550. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДИКИ СС- Игорь Владиленович Минин Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры «Метрология, стандарти зация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com Олег Владиленович Минин Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры «Метрология, стандарти зация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: prof.minin@gmail.com Приведен метрологический анализ методических рекомендаций по проведению прие мочных испытаний кумулятивных зарядов для скважинной прострелочно-взрывной аппара туры (СС-05). По мнению авторов необходима разработка нового предварительного нацио нального стандарта.

Ключевые слова: кумулятивный заряд, взрывчатое вещество, гиперкумуляция.

METROLOGICAL ANALYSIS OF SS-05 METHODIC Igor V. Minin Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, Ph-doctor, pro fessor, department of metrology, standardization and certification, tel. (383) 361-07-45, e-mail:

prof.minin@gmail.com Oleg V. Minin Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, 630108, Russia, Novosibirsk, Ph-doctor, pro fessor, department of metrology, standardization and certification, tel. (383) 361-07-45, e-mail:

prof.minin@gmail.com Metrological analysis of guidelines for the acceptance testing of shaped charges for downhole and shooting equipment (SS-05) are discussed. According to the authors it needs to develop new pre-national standard.

Key words: shaped charge, explosive, hypercumulation.

Приказом Руководителя Ростехнадзора от 12 июля 2006 г. № 681 была вве дена и утверждена «… Методика определения пробивной способности кумуля тивных зарядов в условиях атмосферного давления и температуры окружаю щей среды Федеральной службы по экологическому, технологическому и атом ному надзору (СС-05)» с 1 августа 2006 г. В этой редакции документа произо шли существенные изменения:

вместо контроля стабильности характеристик заряда определяется про бивная способность кумулятивных зарядов;

бетонная мишень меняется на мишень из стальных пластин;

Кроме того, следует отметить, что само название методики не в полном объеме соответствует ее содержанию.

Согласно методике, мишень СС-05 представляет собой пакет, набранный из стальных пластин толщиной 10 мм и стянутых по концам и в центре механи ческими зажимами. Для испытаний зарядов БО применяются пластины из алю миния. Процесс зажима пластин (п.3.4.1) инструментально не контролируется (до упора) и не может обеспечивать плотный контакт между отдельными пла стинами по всей длине.

В первых версиях указывалось, что Методика «разработана с целью созда ния единых условий контроля качественных параметров разрабатываемых и уже применяемых кумулятивных зарядов». Но методика СС-05 не учитывала новых принципов разработки кумулятивных зарядов, отличия в особенностях работы моно заряда от системы зарядов и т.п.

Так, на рисунке 1 приведен пример построения кумулятивного заряда по классической схеме (а) и на основе т.н. принудительного принципа струеобра зования (b) [1]. А в работе [2] показано, что совместное действие нескольких зарядов превышает суммарный эффект действия одиночного заряда.

Рис. 1. Пример построения кумулятив ного заряда по классической схеме (а) и на основе т.н. принудительного принципа струеобразования (b):

1 – ВВ;

2 – алюминиевая облицовка;

3 – пробка;

4 – пластина;

5 – детонатор Результаты серий из 10 опытов зарядов диаметром 40 мм по металличе ской преграде приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, кумулятивный за ряд по схеме b) обеспечивает более стабильные характеристики пробития.

Таблица Результаты кумулятивных зарядов по металлической преграде Заряд по схеме а) Заряд по схеме b) Средняя величина пробития, мм 116.2 115. Средний диаметр входного отверстия, мм 17.1 27. Дисперсия глубины пробития 17.6 8. Дисперсия диаметра входного отверстия 2.3 3. Скорость головной части кумулятивной струи, км/с 8 9. Было очень много споров по вопросу замены бетонных мишеней на метал лические, поскольку каждый типоразмер заряда имеет строго индивидуальные характеристики, обусловленные его конструктивными особенностями и соста вом воронки. Следовательно, если применять металлическую мишень, то для каждого заряда должен быть свой персональный коэффициент пересчета. Об этом свидетельствует и накопленный экспериментальный опыт работ в этой области [35].

В этих работах было показано, что воздействие струй кумулятивных заря дов на преграды из бетона, гранита и известняка (объем кратера и глубина про бития) существенно зависят от типа преграды и количества одновременно под рываемых зарядов. Данные эксперименты также свидетельствуют о необходи мости уточнения методики в части множественного воздействия кумулятивных струй на различные преграды, особенностей пространственного расположения зарядов (их конфигурации) и неоднозначности пересчета результатов пробития по стальной мишени на бетонную.

Использование новых принципов струеобразования и построения кумуля тивных зарядов на основе эффекта гиперкумуляции также ставит под вопрос корректность пересчета результатов действия зарядов по металлической и бе тонной мишеням [6].

В Методике СС-05 (П.1.5) система сертификации кумулятивных зарядов состоит из методики:

определения пробивной способности при одновременном срабатывании КЗ в условиях атмосферного давления и температуры окружающей среды.

Но вопросы методики определения одновременности срабатывания заря дов в документе СС-05 не отражены. Да и собственно система сертификации в той версии методики практически отсутствовала, а в последней версии Мето дики выдача сертификата вообще не предусмотрена.

В тоже время в мировой практике широко применяется методика API RP 19B – международная сертификация перфорационных систем [7]. Это един ственная система аттестации таких систем, которая на наш взгляд в полном значении может называться сертификацией. Сертификация включает отстрел целиком снаряженного перфоратора в массивной мишени в присутствии экс пертов Американского института нефти, измерении пробитых каналов, оценке деформации корпуса перфоратора после отстрела, контроле прочностных ха рактеристик мишени в нескольких участках (экспертизу проводят в лаборато рии API). При этом при выполнении всех условий выдается сертификат уста новленного образца, а результаты сертификации публикуются на сайте API.

Следует отметить, что в свое время Ростехнадзор планировал ввести мето дику МБМ-08 [8], разработанную ООО «Промперфоратор» вместо СС-05, но так и не ввел.

Суть этой методики – испытания кумулятивных зарядов проводятся по бе тонной мишени контроля качества (МККБ). Мишень МККБ выбирается из но менклатурного ряда так, чтобы ее геометрические размеры (по длине) были не менее чем на 50 мм больше, чем среднее значение заявленного пробития испы тываемого кумулятивного заряда.

Для испытаний допускаются бетонные мишени со сроком созревания не менее 28 дней с момента заливки. От каждой партии мишеней заливаются по образцов бетонных кубиков для определения прочности мишеней. Не ранее чем за 24 часа до испытаний зарядов или в течение 24 часов после их проведения бетонные кубики испытываются на прочность и должны иметь средний предел прочности на сжатие не менее 35МПа и не более 60 МПа. Прочность мишеней определяется путем раздавливания бетонных кубиков на специальном прессе или ультразвуковым прибором УКС-МГ4С.

Результаты испытаний по методике МБМ-08 используются для определе ния коэффициента пересчета глубины пробития по металлу (СС-05) в глубину пробития по бетону.

Однако и тут следует учитывать, что схожие технологии изготовления бе тонных мишеней не обеспечивают идентичных по прочности характеристик.

20 марта 2012 г. методика СС-05 была в очередной раз изменена. Текущее название – «Методические рекомендации по проведению приемочных испытаний кумулятивных зарядов для скважинной прострелочно-взрывной аппаратуры (СС-05), утвержденные приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 18 апреля 2011 г. № 188». Такое название методики значительно более точно отражает ее сущность, чем перво начальное. Но до сих пор остались существенные «пятна» в методике. Так, «1.3. Основной задачей испытаний является определение безопасности и стабильности работы КЗ». Но критерии стабильности работы КЗ в Методике так и не были определены.


«2.4.Испытания рекомендуется проводить путём одновременного подрыва зарядов одного исполнения по мишени металлической ММ». Критериев одно временности подрыва зарядов в методике не указано.

«5.5. Результаты испытаний зарядов каждого исполнения рекомендуется оформлять актом-отчётом об испытаниях КЗ по каждому отстрелу». Сертифи кат не выдается. Однако на сегодняшний день результаты, указанные в серти фикате соответствия являются наиболее объективными из российских методик аттестации зарядов.

Следовательно, для испытаний перспективных новых и некоторых других зарядов глубина пробития заряда по металлическим мишеням, определяемая по Методике, все еще не может служить основой для сравнения пробивной спо собности зарядов. Определение глубины пробития по МКК и соотношения пробития металл/бетон может быть обосновано по результатам одновременных испытаний в независимом испытательном центре по металлу и бетону. Для обеспечения объективности результатов испытаний зарядов разных изготови телей применяемые бетонные мишени МКК должны производиться одним из готовителем по единой технологии и конструкции [9] и иметь стабильное кон тролируемое качество.

Следует отметить, что разработка новых методик испытаний и, соответ ственно, мишеней не стоит на месте, а постоянно развивается. Так, в патенте США, полученного сотрудниками фирмы Shclumberger [10] предлагается усо вершенствованная методика производства мишени и ее конструкция для целей тестирования перфорационных кумулятивных систем. Однако судя по тому, что действие патента больше не поддерживается, это направление было при знано не перспективным.

В Концепции развития национальной системы стандартизации Российской Федерации на период до 2020 года, одобренной Распоряжением Правительства РФ от 24 сентября 2012 г. №1762-р, указывается, что «Одним из эффективных инструментов ускорения работ по стандартизации должен стать предваритель ный национальный стандарт. Он может приниматься в одном из следующих случаев:

…для использования передового зарубежного опыта промышленно раз витых стран;

для проверки на практике спорных решений, не получивших консенсуса, при обсуждении проектов национальных стандартов».

Исходя из всего вышеизложенного, по мнению авторов необходима разра ботка нового предварительного национального стандарта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. V.F.Minin, I.V.Minin, O.V.Minin. Principle of the Forced Jet Formation. // International Workshop on Air Defense Lethality Enhancement and High Velocity Terminal Ballistics, 29 Sep tember - 1 October 1998, Freiburg, Germany.

2. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В. Разработка высокоэффективных кумулятив ных зарядов для дробления негабаритных кусков горных пород на основе эффекта гиперку муляции // Сб. материалов VII международного научного конгресса и выставки «ИН ТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь 2012»;

Международная научная конференция «Недропользование.

Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторожде ний полезных ископаемых». – Новосибирск: СГГА, 2012. – Т. 2. – С. 120-124.

3. M. J. Murphy, D. W. Baum, R. M. Kuklo, S. C. Simonson. Effect of Multiple and Delayed Jet Impact and Penetration on Concrete Target Borehole Diameter // Preprint UCRL-JC-139827, The article was submitted to 19th International Symposium, May 7-11, 2001, Ballistics, Interlaken, Switzerland.

4. V. S. Bondarchuk, Yu. A. Vedernikov, V. G. Dulov, and V. F. Minin. To Optimization of Star-Shaped Penetrators, Izv. SO AN SSSR Ser. Tekhn. Nauk, No. 13 (3), 60-65 (1982).

5. M.J. Murphy, RM. Kuklo, T.A. Rambur, L.L. Switzer, M.A. Summers. Single And Multi ple Jet Penetration Experiments Into Geologic Materials. 21st International Symposium on Ballis tics Adelaide, Austria April 19-23, 2004 UCRL-CONF- 6. Minin V.F., Minin O.V.,Minin I.V. PHYSICS HYPERCUMULATION AND COM BINED SHAPED CHARGES. 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACTUAL PROB LEMS OF ELECTRONIC INSTRUMENT ENGINEERING (APEIE) – 30057 PROCEEDINGS 2rd – 4th October, 2012 v.1, NSTU: Novosibirsk, 2012. – Pp. 34-52.

7. Recommended Practice for Evaluation of Well Perforators, API, RР-19В. 2000.

8. Испытания кумулятивных зарядов [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.promperforator.ru/kumuljativnye_zarjady 9. Гайворонский И. Н. Анализ работ по определению пробивной способности кумуля тивных перфораторов / И. Н. Гайворонский, Г. М. Хамзин, С. В. Полторыхин // Производ ственный опыт, 2008. – С. 53-59.

10. US Patent 6238595, May 29, 2001.

© И.В. Минин, О.В. Минин, УДК 681.2:003.13.001. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ Геннадий Владимирович Шувалов Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла хотного, 10, доцент кафедры метрологии, стандартизации и сертификации, тел. (383) 210-17-26, e-mail: shuvalov @sniim.nsk.ru Иван Владимирович Клековкин ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, зам. начальника лабо ратории, (383) 210-12-65, e-mail: klekovkin@sniim.nsk.ru Ольга Александровна Ясырова Омский институт водного транспорта ФГБОУ ВПО «НГАВТ», Россия, г. Омск, ул. Ивана Алексеева ул., д. 2, доцент кафедры физики, тел.(3812) 31-89-29, e-mail: 300520@mail.ru Анатолий Алексеевич Мамонов ФГУП «СНИИМ», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова,4, нач. сектора, тел.(383) 210-08- В статье рассмотрены вопросы разработки и исследования приборов для определения основных параметров нефтепродуктов.

Ключевые слова: нефтепродукты, измерение, мобильная лаборатория.

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF DEVICES FOR DETERMINATION OF PARAMETERS OF OIL PRODUCTS Gennady V. Shuvalov Siberian state geodetic academy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo St., 10, associate pro fessor of metrology, standardization and certification, ph. (383) 210-17-26, e-mail: shuvalov @sniim.nsk.ru Ivan V. Klekovkin Federal State Unitary Enterprise SNIIM, 630004, Russia, Novosibirsk, Dimitrov Ave., 4, deputy chief of laboratory, (383) 210-12-65, e-mail: klekovkin@sniim.nsk.ru Olga A. Yasyrova Omsk institute water transport of FGBOU VPO of «NGAVT», Russia, Omsk, Ivan Alekseev St.

St., 2, associate professor of physics, ph. (3812) 31-89-29, e-mail: 300520@mail.ru Anatoly A. Mamonov Federal State Unitary Enterprise SNIIM, 630004, Russia, Novosibirsk, Dimitrov Ave., 4, head of sector, ph. (383) 210-08- In article questions of development and research of devices for determination of key parame ters of oil products are considered.

Key words: oil products, measurement, mobile laboratory.

Практика применения нефтепродуктов свидетельствует, что их качество, в большинстве регионов России, отличается от стандартного, в основном, из-за нарушения условий транспортировки и хранения. В этой связи возникает необ ходимость постоянного контроля качества нефтепродуктов в местах их хране ния и продажи и возрастает значение анализа физико-химических параметров нефтепродуктов «на месте» (on site). Наиболее эффективным и перспективным способом контроля качества нефтепродуктов в местах хранения и продажи яв ляется применение специализированных мобильных лабораторий, оснащенных необходимыми средствами измерений, что дает возможность на базе опреде ленных маршрутных схем создать четкую систему контроля качества нефте продуктов при приемке, хранении и отпуске.

Для решения этой задачи в Сибирском научно-исследовательском инсти туте метрологии (ФГУП «СНИИМ») были разработаны комплектные лаборато рии анализа нефтепродуктов типа «КЛАН-1», предназначенные для анализа и контроля физико-химических параметров нефтепродуктов как в стационар ных условиях, так и в местах хранения и продажи нефтепродуктов [1]. Лабора тории выпускаются двух модификаций: стационарные и мобильные, размещен ные в специально оборудованном транспортном средстве (автомобиле, речном судне или вертолете). На лабораторию получен патент на полезную модель № 42207 «Передвижная комплектная лаборатория «КЛАН-1».

В состав лаборатории входит комплект измерительных приборов (анализа торов), измерительное и вспомогательное оборудование. Количество измеряе мых параметров нефтепродуктов согласно инструкции [2] определяется объе мом проводимого анализа.

Как правило, определение указанных в таблице 1 параметров нефтепро дуктов достаточно для подтверждения паспорта качества нефтепродукта, по этому мобильные лаборатории оснащаются соответствующими средствами из мерений также разработанными в ФГУП «СНИИМ». Параметры и метрологи ческие характеристики этих средств измерений приведены в табл. 1.

Указанные приборы, как правило, прошли испытания и утверждены Рос стандартом как типы средств измерений. Большинство из них реализуют стан дартные методы испытаний нефтепродуктов, изложенные в соответствующих государственных стандартах (за исключением экспресс-анализатора октанового числа и определения механических примесей).

Поверка приборов, входящих в мобильную лабораторию «КЛАН-1», осу ществляется с использованием государственных стандартных образцов нефте продуктов.

Мобильная лаборатория в типовом исполнении представляет собой ком плекс перечисленных средств измерений, смонтированных на базе автомобиля «Газель», салон кузова специально дооборудован (рис. 1).

Таблица Рабочие средства измерений для анализа нефтепродуктов Пределы Наименование Диапазон Наименование допускаемой по измеряемого параметра измерения средства измерений грешности Лаборатория для анализа и контроля нефтепродуктов Госреестр № - КЛАН- 72–89 (моторный Анализатор Октановое число автомо метод) ±0,5 окт. ед. СИМ-3Б бильных бензинов, окт. ед.

Госреестр № 72– Анализатор Содержание воды в нефти и 0,01 – 2,0 ±10 % СИМ- нефтепродуктах, % Госреестр № Анализаторы СИМ Температура вспышки, С 20 – 200 ±5 С 5Д,М (топливо и масла) 100 – Госреестр № Анализатор Содержание серы в нефте 0,01 – 2,00 ±10 % СИМ- продуктах, % Госреестр № Анализатор Плотность нефти и нефте ±0,0005 г/см 0,7736 – 0,8879 СИМ- продуктов, г/см Госреестр № Анализатор Диапазон измерения вязко 3,69 – 9,78 ±1,2 % СИМ- сти, мм2/с Госреестр № Анализатор Разгонка нефтепродуктов, С 35 – 370 –– СИМ- Анализатор Температура застывания ±2 С –57, не более СИМ- нефтепродуктов, С Госреестр № Анализатор Содержание механических 0,1 – 1·10-4 ±10 % СИМ- примесей, % Госреестр № Анализатор СИМ- Температура нефтепродукта, минус 55 – плюс 50 ±0,2 С "Termo" С Госреестр № Рис. 1. Мобильная лаборатория «КЛАН-1»

При проведении испытаний по определению температуры вспышки нефтепродуктов возникла необходимость установить стабильность определе ния этого показателя в зависимости от числа испытаний, проводимом на одном и том же образце. Для этого проводили многократные измерения по определе нию температуры вспышки трансформаторного масла и динамики его испаре ния в зависимости от количества измерений. Результаты этих экспериментов представлены в табл. 2.

Таблица Температура вспышки трансформаторного масла и динамики его испарения в зависимости от количества измерений Номер L*,мм Tвсп1, °С Твсп2, °С Твсп.ср, °С измерения 1 153,1 154 153,55 22, 2 153,8 154,4 154,1 22, 3 153,5 154,5 154 22, 4 154,3 155 154,65 23, 5 154,9 155,7 155,3 23, 6 156,1 156,8 156,45 23, 7 156,4 157,3 156,85 23, 8 155,5 156,8 156,15 23, 9 155,7 156,8 156,25 23, 10 154,9 156 155,45 23, *L – расстояние от верхнего края тигля до нефтепродукта, перед началом испытания равно 22,3±0,1 мм.

Из таблицы видно, что температура вспышки трансформаторного масла при проведении 10 последовательных испытаний на одной и той же пробе не значительно меняется (в пределах 2-3 °С). Это означает, что двухкратное испы тание, необходимое для получения результата измерения температуры вспыш ки, можно проводить на одной пробе. Это особенно актуально в условиях, ко гда имеется незначительное количество нефтепродукта при проведении изме рений.

Кроме того, проводились исследования лампового метода определения се ры по ГОСТ 19121-73 с определением образующегося сернистого ангидрида SО2. В [3] предложено для увеличения чувствительности измерять электропро водность образовавшейся серной кислоты, поэтому кондуктометрический ме тод оказался перспективным для определения содержания серы. Была разрабо тана методика определения серы в нефтепродуктах с использованием кон дуктометрического метода, а также прибор СИМ-6 с использованием этого метода [4].

Таким образом, по результатам проведенных разработок и исследований можно сделать следующие выводы:

1 Как правило, определение параметров нефтепродуктов с помощью мо бильных лабораторий «КЛАН-1» достаточно для подтверждения паспорта ка чества нефтепродукта.

2 Методы определения некоторых параметров нефтепродуктов, а именно, содержание серы и температура вспышки, могут быть значительно улучшены по технико-экономическим показателям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Шувалов Г.В. Разработка приборов для определения качества судовых нефтепродук тов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2003. – № 2. – С. 146-149.

2. Инструкция по контролю и обеспечению сохранения качества нефтепродуктов в ор ганизациях нефтепродуктообеспечения. – М.: Минэнерго, 2003.

3. Шувалов Г.В. Прибор для определения соединений серы в нефтепродуктах / Г.В. Шувалов // Материалы 6 международной конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП –2002»: Сб. тр. – Новосибирск, 2002. – Т. 3. – С. 135-137.

4. Шувалов Г.В. Опыт практического применения анализаторов СИМ-6 для определе ния серы в нефтепродуктах / Г.В.Шувалов// Материалы 6 международной выставки и науч ного конгресса «ГЕО-Сибирь –2010»: Сб. тр. – Новосибирск, 2010. – Т. 5. Ч. 2 – С. 155-158.

© Г.В. Шувалов, И.В. Клековкин, О.А. Ясырова, А.А. Мамонов, УДК 521. О ВЛИЯНИИ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСОВ НА ТОЧНОСТЬ КООРДИНАТНО-ВРЕМЕННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ В СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ Александр Сергеевич Толстиков Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, начальник ГСВЧ ФГУП «СНИИМ», доктор технических наук, доцент, тел. (383)210-11-85, e-mail: tolstikov@mail.ksn.ru Андрей Сергеевич Томилов Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, заместитель начальника ГСВЧ ФГУП «СНИИМ», тел. (383)210-11-85, e-mail: tomber1@yandex.ru Екатерина Андреевна Ханыкова Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирантка кафедры метрологии, стандартизации, сертификации, e-mail: hanikovak@mail.ru Анжелика Равильевна Безродных Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студентка кафедры метрологии, стандартизации, сертификации, e-mail: jelechka@mail.ru Эльвира Олеговна Непомнящая Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студентка кафедры метрологии, стандартизации, сертификации, e-mail: elviranepo@mail.ru В работе показана необходимость исследований нестабильности часов, применяемых при координатно-временных определениях на основе спутниковых навигационных технологий.

Ключевые слова: нестабильность частоты, координатно-временные определения, ча стотно-временные поправки.

ABOUT THE INSTABILITY CLOCK ON ACCURACY OF COORDINATE AND TIME DEFINITIONS IN THE SATELLITE NAVIGATION TECHNOLOGY Alecsandr S. Tolstikov Siberian Research Institute of Metrology, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrova, e-mail:

tolstikov@mail.ksn.ru Andrey S. Tomilov Siberian Research Institute of Metrology, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrova, e-mail:

tomber1@yandex.ru Ekaterina A. Hanikova Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, graduate de partment of metrology, standardization and certification, e-mail: hanikovak@mail.ru Angelika R. Bezrodnikh Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, 630108, stu dent, department of metrology, standardization and certification, e-mail: jelechka@mail.ru Elvira O. Nepomnyashikh Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, student, de partment of metrology, standardization and certification, e-mail: elviranepo@mail.ru The work shows the need for research of instability clock using in coordinate and time defini tions on basis of satellite navigation technologies.

Key words: instability frequency, coordinate and time definition, time-frequency correction.

Исходными данными для решения задач координатно-временных опреде лений (КВО), выполняемых на основе применения спутниковых навигацион ных технологий, являются геометрические дальности от навигационных спут ников (НС) до потребителя.

Измерение указанных дальностей радиотехническими методами сводится к определению длительности интервала времени, необходимого для прохожде ния навигационного сигнала от НС до потребителя. Этот измеренный времен ной интервал D(t ), выраженный в единицах длины и именуемый в дальнейшем «псевдодальностью», связан с геометрической дальностью (uС, u П ) ( xС xП ) ( yС yП ) ( zС z П ), ( u С [ xС, yС, zС ], u П [ xП, yП, zП ] T T 2 2 векторы текущих координат НС и потребителя соответственно) уравнением из мерений n D(t ) (uC, u П ) pk (t ), (1) k где pk (t ), k 1,...n - факторы, влияющие на точность измерений, в том числе р1 (t ) c TC (t ), р2 (t ) c TП (t ) - уход бортовых часов относительно шкалы центрального синхронизатора системы и уход часов приемной аппара туры;

с – скорость распространения радиосигнала в вакууме;

р3 (t ),..., pn (t ) - факторы, связанные с задержкой навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, смещением фазового центра антенн, по грешностью от релятивистских эффектов, с неоднозначностью фазовых изме рений, с погрешностями определения координат потребителя и задания эфеме рид спутника, погрешностями приведения измеренных дальностей к моменту прихода навигационного сигнала на приемную антенну, погрешности от мно гопутности и погрешности случайной природы [1].

Важным условием обеспечения точности выполнения таких измерений яв ляется согласованность начал отсчета измеренных временных интервалов. Это сводится к требованию, чтобы на момент проведения измерений дальностей должны быть известны уходы бортовых часов и часов потребителя относитель но часов центрального синхронизатора системы и эти уходы должны быть скомпенсированы. Такая компенсация решается путем применения частотно временных поправок (ЧВП).

Процесс расчета ЧВП включает в себя идентификацию (структурную и па раметрическую) математических моделей применяемых часов, прогнозирова ние уходов часов с помощью этих математических моделей и проверку адек ватности полученных математических моделей.

В работе [2] приведены результаты анализа погрешностей компенсации уходов бортовых шкал времени навигационных спутников ГЛОНАСС с помо щью бортовых ЧВП. Такой сравнительный анализ проводился в течении суток по орбитальной группировке НС ГЛОНАСС в условиях применения в качестве часов потребителя эталона времени, частоты и шкалы времени ВЭТ1-19 с ком пенсацией ионосферной и тропосферной задержек навигационного сигнала и учетом релятивистских эффектов. Проведенный анализ показал, что в 30 % случаев бортовые ЧВП с неудовлетворительной точностью компенсируют фак тические уходы бортовых часов.

На рисунках в порядке иллюстрации полученных результатов приведены оценки текущих положений бортовых шкал НС ГЛОНАСС № 725 и № и соответствующие им бортовые ЧВП (кусочно-линейные функции).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.