Разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки (стр. 2 из 12)

Приемник РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала из помех (первичная обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представления радиолокационной информации в нужной потребителю форме.

Радиолокационная обстановка есть совокупность отраженных от радиолокационных объектов сигналов, излучаемых РЛС. На распространение сигналов в пространстве также оказывают влияние условия окружающей среды /1/.

Все возможные радиолокационные объекты (цели) можно разделить на сосредоточенные и распределенные в пространстве. К сосредоточенным относятся объекты, размеры которых заметно меньше элементов разрешающего объема РЛС. Разрешающий объем - это часть пространства, облучаемого РЛС, в пределах которого цели не наблюдаются раздельно. Сосредоточенные цели, в свою очередь, можно разделить на одиночные и групповые, состоящие из ряда независимых одиночных целей. Одиночные сосредоточенные цели называются точечными целями. Они практически не изменяют форму отраженного сигнала. К распределенным целям относятся земная и водная поверхность (поверхностные цели), облака, дождь, снег, туман (объемные цели).

1.2 Цель дипломного проектирования

При проектировании и разработке РЛС в целом или отдельных модулей встает задача выбора параметров и режимов работы, проверка работоспособности и отладка разрабатываемого изделия.

В реальных условиях для проверки работоспособности всей РЛС или отдельного модуля необходимо осуществить выезд на испытательный полигон, предварительно договорившись с руководством специализированной летной организации на проведение тренировочных полетов в заданном районе по заданным траекториям. В ходе испытаний принимаемые РЛС сигналы фиксируются при помощи специального устройства для записи или цифрового магнитофона, подключенного к приемному тракту, как показано на рисунке 1.2.

Входной аналоговый сигнал, содержащий сведения о радиолокационной обстановке, обрабатывается в приемном тракте РЛС, оцифровывается и записывается в цифровом виде в выходной файл. Выходной файл содержит как данные о радиолокационной обстановке, так и данные о параметрах конкретной РЛС. Анализ данного файла может дать некоторые сведения о работе РЛС.

Рисунок 1.2 – Схема включения записывающего устройство в приемный тракт РЛС

Очевидно, что при таком подходе стоимость разработки заметно увеличивается. Увеличиваются также сроки разработки, поскольку изготовление и доработка тестируемых блоков и модулей требует дополнительного времени и людских ресурсов. В случае обнаружения неустранимых ошибок в конструкции изделия из-за неправильного выбора параметров или режимов работы зачастую требуется повторное изготовление всего блока или модуля.

Для снижения всех вышеперечисленных затрат ранее записанные файлы с данными о радиолокационной обстановке можно подавать на вход реальных устройств обработки (рисунок 1.3), и тем самым можно промоделировать работу всей РЛС без выезда на испытательный полигон.

Информация, записанная в файле, вновь преобразуется в аналоговый вид и подается на устройство обработки информации, реализованные в РЛС. На оконечном устройстве РЛС (мониторе, пульте диспетчера) отображается уже обработанная информация, а поскольку входной сигнал известен, то можно судить о качестве обработки.

Может применяться также еще один цифровой магнитофон, позволяющий записывать уже обработанную информацию с входа оконечного устройства, что позволит получить более полную информацию о качестве обработки входного сигнала.

Рисунок 1.3 – Схема для проверки аналогово-цифровых устройств обработки информации

Другим вариантом проверки оборудования РЛС может служить схема представленная на рисунке 1.4 и использоваться для проверки цифровых устройств обработки информации, когда не требуется перевод информации в аналоговый вид.

Подход к анализу информации остается тем же.

Рисунок 1.4 – Схема для проверки цифровых устройств обработки информации

Подобный подход позволяет проверить работу разрабатываемого изделия на его модели, т.е. уже на этапе проектирования можно проверить некоторые технические решения, выбрать режимы работы и параметры разрабатываемого изделия.

Если моделировать файлы с данными о радиолокационной обстановке на персональном компьютере, то можно промоделировать работу всей РЛС и проверить работу в самой критической с точки зрения обнаружения сигнала обстановке. Использование ПЭВМ для разработки повышает культуру производства, снижает сроки на разработку и материальные затраты.

Таким образом, цель дипломного проектирования – разработка программного комплекса для моделирования радиолокационной обстановки на персональном компьютере, позволяющего моделировать радиолокационную обстановку по заданным параметрам, создавать выходной файл, содержащий рассчитанную модель, использовать полученный файл для проверки реальных устройств обработки информации.

1.3 Реализуемые функции

После анализа технического задания были выделены следующие функции, которые должны выполняться разрабатываемым программным комплексом:

1. Функция организации интерфейса с пользователем. Программный комплекс в рамках организации интерфейса с пользователем должен реализовывать следующие функции:

– функция модификации данных – необходимо организовать ввод пользователем параметров, характеризующих конкретную РЛС и радиолокационную обстановку. Необходимо проверять вводимые данные на непротиворечивость и корректность. При разработке следует учесть, что с программным комплексом, возможно, будут работать пользователи, уровень подготовки которых для работы на персональной ЭВМ является невысоким;

– функция загрузки и сохранения данных – необходимо обеспечить возможность сохранения введенных пользователем данных и их последующую загрузку из типизированных файлов;

– функция формирования выходного файла – по результатам моделирования необходимо сформировать выходной файл, который может использоваться для проверки реальных устройств обработки сигналов.

2. Функция организации обмена данными с цифровыми устройствами обработки сигналов – необходимо организовать загрузку данных из файлов с радиолокационной обстановкой в реальные устройства обработки сигналов. Программный комплекс в рамках организации обмена данными с цифровыми устройствами обработки сигналов должен реализовывать следующие функции:

– функция определения доступных аппаратных ресурсов – при инициализации программного комплекса необходимо произвести определение доступных аппаратных ресурсов, поиск драйверов для данных устройств и их инициализацию;

– функция обмена данными с доступными аппаратными ресурсами – непосредственно организация обмена данными со специализированным устройством под управлением ранее выбранного драйвера.

3. Организация обмена данными с внешними приложениями – необходимо организовать обмен данными с другими приложениями в виде графической информации и информации, которая может быть использована для организации процесса моделирования, самими результатами моделирования.

4. Моделирование радиолокационной обстановки – по введенным пользователем данным, необходимо произвести расчет сигналов, образующих радиолокационную обстановку.

2 Разработка математического обеспечения

В настоящее время моделирование различных процессов и явлений широко используется для разнообразнейших исследований и разработок в различных областях науки и техники. Применение современной вычислительной техники позволяет получать достаточно точные модели, максимально точно описывающие моделируемое явление или процесс. Наиболее широко используется математическое и имитационное моделирование.

В основе математического моделирования лежат математические модели – каждый процесс или явление описывается при помощи математических уравнений, что требует серьезного математического аппарата. Реализация математических моделей на ПЭВМ возможна при использовании численных методов для реализации различных математических функций и операторов, что вносит погрешность в расчеты.

Имитационное моделирование подразумевает получение и использование модели, описывающее механику процесса или явления, т.е. то, как протекает процесс в реальной обстановке и что лежит в основе этого процесса. Имитационное моделирование, в основном, опирается на физические законы, для реализации которых также необходим аппарат математических функций.

Наиболее приемлемым способом для описания моделируемой предметной области в данном дипломном проекте может служить имитационное моделирование, основанное на математических моделях некоторых атомарных объектов. В качестве такого объекта, как будет показано ниже, можно взять точечную цель, а всю модель РЛС разделить на модели основных ее модулей. В этом случае будет достигнут компромисс между точностью модели и суммарными вычислительными затратами на реализацию модели.

2.1 Математическая модель радиолокационной обстановки

Радиолокационная обстановка характеризуется расположением и характером радиолокационных объектов (целей) в зоне действия РЛС, а также условиями окружающей среды, оказывающими влияние на распространение радиолокационных сигналов.

При распространении радиоволн следует учитывать явление дисперсии волн, т.е. зависимость фазовой скорости от частоты сигнала. Явление дисперсии наблюдается вследствие того, что коэффициент преломления атмосферы отличается от единицы, т.е. скорость электромагнитных волн в этом случае несколько меньше скорости света.