Введение к работе
Актуальность работы. Современный уровень развитая науки и техники характеризуется комплексной автоматизацией проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с широким применением электронно-вычислительных машин и математических методов. Задачи синтеза новых устройств и сис-том аи-мьат необходимость создания эффективного алгоритмического и программного обеспечения, позволяющего производить моделирование их характеристик.
Одной ия областей науки,в которой изучаются рассматривае-ваоши и раОоти гауссоъские сигналы со сложным спектром, является радиолокация и непосредственно то ее направление, которое изучает влияние подстилающих поверхностей на параметры отраженных сигналов. В частности, весьма важной представляется задача расширения функциональных возможностей стандартной навигационной аппаратуры и ее использования для получения информации о типе, состоянии и характеристиках исследуемых структур.
Одним из эффективных способов ее решения является математическое моделировашш исследуемых сигналов и их имитация в реальном масштабе времени. Такой подход позволяет существенно сократить объем дорогосояших летных испытаний и проводить исследования сигналов, проектирование и отладку аппаратуры в лабораторных условиях, что и обусловливает актуальность рассматриваемой тематики.
Целью работы является разработка алгоритмического и программного обеспечения для построения математических моделей сложных спектральных характеристик и генерации соответствующих им массивов чисел в реальном масштабе времени применительно к радиолокационным частотно модулированным сигналам, мгновенные значения которых распределены по гауссовскому закону.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- анализ теоретических моделей рассеяния электро-магнит-
- 4 -шх волн, отраженных поверхностями с различной степенью шероховатости;
теоретическое исследование аналитического выражения для энергетического спектра радиолокационных ЧІЛ сигналов, представленного взвешенной суммой спектральных составляют», параметры которых определяются значениями поверхностных и навигационных факторов;
анализ результатов статистической обработки экспериментальных данных, полученных при проведении натурных исследований, с целью определения наиболее информативных параметров отраженных сигналов е точки зрения выделения информации о типе подстилающей поверхности;
аналитическая аппроксимация усредненных спектральных характеристик, построенных по экспериментальным данным,в классе дробно-рациональных функций;
установление расчотпых соотнокении для нахождения параметров алгоритмов машинной имитации стационарных гауссовских процессов со слоаннм спектром на базе рекуррентных уравнений,
исследование возможности построения гфограммно-авпарат-ного комплекса на Оазе ПЭВМ для имитации выходных сигналов стандартных радиолокационных устройств в роальном масштабе
времени.
Поставленная задача рошается применительно к радиовысотомерам с частотной модуляцией (FB с ЧМ), широко пригоняемым в отечественном и зарубежном самолетостроении для определения средней высоты полета лотетэльиого аппарата и других целей.
Методы исследования в дисертационной работе основываются на методах теорий дифференциального и интегрального исчисления, вероятностей, спектрального анализа.
Научная новизна работы состоит в следущем:
развит метод описания спектральных характеристик радиолокационных гауссовских сигналов с ЧМ, позволяющий установить зависимости основных параметров нормированных спектральных со-ставлящих от поверхностных и навигационных факторов;
31 основе спектральной теории радиовысотометрических
сигналов разработан алгоритм расчета параметров рассматриваемых спектральных характеристик для произвольных значений навигационных факторов, использующий результата экспериментальных исследований земных поверхностей радиолокационными методами.
предложена методика построения математических моделей 'эмпирических спектральных характеристик радиолокационных сигналов с различней формой ассиметрии в виде дробно-рациональных функций второго и четвертого порядков;
определены наиболее эффективные алгоритмы машинной ими-тацки гауссовских сигналов со сложным спектром на базе рекуррентных уравнений, установлены аналитические зависжости коэффициентов генерации от основных параметров моделируемых спектральных характеристик.
Практическая ценность работы заключается в разработанных алгоритмах и методиках,позволяющих форми-ровать модели выходных сигналов стандартных радиолокационных устройств з реальном маеэтабе времени при различных значениях поверхностных и навигационных факторов, а также в разработанных для этих целей программно-аппаратных средствах.
Реализация результатов исследований имела место в Уральском Проектно-Коиструкторском Бюро "Деталь" (г. Каменск-Уральский Свердловской обл.), где разраоотаїшое в диссертационной работе алгоритмическое и программное обеспечение было внедрено в различные опытно-конструкторские разработки, проводившиеся в рамках целевых НИР, направленных на решение задач расширения функциональных возможностей стандаряной навигационной аппаратуры и улучшения се точностных характеристик за счет компенсации сшибок, вызванных влиянием подстилающих поверхностей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных семинарах "Неконтактные средства измерения . океанографических параметров" и "Актуалыше вопросы повышения помехоустойчивости радиоприемных устройств" (Москва. 1983 и 1985 гг. ).У1 Московской городской конференции молодых ученых и специалистов в 1985 г., Республиканской конференции "Моделирование в зад-мах
радиолокации слоистых срод" (Свердловск, 1986 г.), Всесоюзном симпозиуме по "Статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды" (Рига, 1986 г.), Мех-ведомственной конференции по радиовысотометрии (Каменск-Уральский, 1986 г. ), на Всесоюзных конференциях "Неконтактные методы зондирования земных поверхностей" (Ленинград, 1987 г.),"Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", (Харьков, 1991 г.), "Актуальные проблемы информатики, управления и вычислительной техники", "Современные проблемы радиоэлектроники" и "Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования" (Москва, 1987, 1988 и 1991 гг.), а также в 1987 -1991 гг.на заседаниях Научно-технического Совета УПКБ "Деталь".
Публикации. По теме диссертации опубликовано II печатных работ, основные положения диссертации отражены в материалах 7 отчетов по целевым хозрасчетным НИР, проводимым в МЭЙ В 1985-1992 гг.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 86 найменований и приложений. Диссертация изложена на 138 страницах основного текста, содержит 24 рисунка и 6 таблиц.
