Разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки (стр. 5 из 12)
Из (23) видно, что для моделирования шума необходимо знать только его среднеквадратичное отклонение.
2.3 Разработка связей между моделями
Все вышеперечисленные параметры и характеристики модулей РЛС учитываются в одной формуле – основном законе радиолокации /1, 4/.
Радиолокационное наблюдение целей, т.е. их обнаружение, измерение параметров движения и оценка свойственных им физических характеристик, возможно, если мощность сигнала цели на входе приемника не меньше некоторого порогового уровня мощности. Можно оценить принимаемую мощность сигнала.
Пусть в некоторой точке пространства на расстоянии D от радиолокационной станции находится цель с эффективной площадью рассеяния S0. Излучаемая передающей антенной РЛС электромагнитная волна на достаточно большом удалении имеет сферический фронт, ограниченный пределами диаграммы направленности. На этом основании плотность потока мощности прямой электромагнитной волны у цели:
(24)где PИЗЛ – излучаемая антенной мощность, Вт;
– коэффициент направленного действия передающей антенны, 1/м2.Если учесть потери в антенне, то можно от излучаемой мощности перейти к мощности передатчика:
(25)Вводя коэффициент усиления антенны, равный
(26)получаем
(27)Если бы на месте цели находилась приемная антенна с эффективной площадью A, то на вход приемника поступала бы мощность:
(28)Плотность потока мощности у РЛС можно оценить как:
(29)Отсюда мощность на входе приемника РЛС:
(30)Полагая, что используется одно-антенная РЛС, воспользуемся соотношением:
(31)Откуда
(32)где λ – длина волны зондирующего сигнала, м.
Полученное уравнение является уравнением радиолокации в свободном пространстве. Оно показывает зависимость мощности отраженного сигнала от параметров станции, характера цели и ее удаленности от РЛС.
В реальной обстановке мощность принимаемого радиолокационного сигнала уменьшается из-за потерь в различных модулях РЛС: потерь в приемном тракте РЛС, потерь при несогласованной фильтрации и т.д., поэтому (32) примет вид:
(33)где η – суммарные потери мощности, %.
3 Разработка программного комплекса
3.1 Разработка структуры программного комплекса
Исходя из анализа технического задания и требований к программному продукту, была разработана следующая структура программного комплекса (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Структура программного комплекса
Основной модуль или ядро является главным в структуре программного комплекса. Модуль обрабатывает осведомительные сигналы и данные от остальных модулей, вырабатывает управляющие сигналы для других модулей и руководит работой программного комплекса в целом.
Модуль интерфейса с пользователем организует диалог пользователя с программным комплексом. В зависимости от действий пользователя модуль передает осведомительные сигналы основному модулю, а в зависимости от управляющих сигналов от основного модуля, выводит конкретную информацию пользователю. Модуль осуществляет контроль над действиями пользователя, ограничивая диапазон допустимых символов при вводе информации с клавиатуры.
Модуль моделирования радиолокационной обстановки предназначен для расчета параметров радиолокационной обстановки на основе данных, введенных пользователем. Данные передаются от основного модуля. После расчета данных производится их запись в файл оговоренного формата (таблица А.1).
В случае обнаружения ошибки при моделировании или возникновении исключительной ситуации происходит остановка процесса моделирования, основному модулю передается сигнал с указанием кода ошибки, на основе которого модуль интерфейса с пользователем формирует сообщение об остановке процесса моделирования с указанием причины, вызвавшей остановку. Если процесс моделирования заканчивается нормальным образом, то управление также передается основному модулю, но сообщение пользователю гласит о нормальном окончании процесса моделирования.
Модуль организации обмена с внешними приложениями организует прием и передачу информации во внешние приложения на основе выбранной модели взаимодействия.
Модуль обмена данными с аппаратными ресурсами служит для передачи данных в устройства обработки радиолокационной информации, реализованные аппаратно, на основе установленных драйверов. После окончания загрузки данных или возникновении ошибки в ходе загрузки основному модулю также передается сообщение с указанием причины, вызвавшей остановку, или сообщение о нормальном завершении процесса загрузки, которое также отображается модулем интерфейса с пользователем.
В рамках дипломного проекта были реализованы модуль интерфейса с пользователем, модуль моделирования радиолокационной обстановки и модуль организации обмена данными с внешними приложениями. Доработку программного комплекса предполагается произвести в более поздние сроки, после окончания дипломирования. Разработанный программный комплекс может быть использован по назначению и уже в существующем виде, используя другие программные продукты для загрузки данных в устройства обработки радиолокационной информации.
3.2 Разработка алгоритмов работы программного комплекса
3.2.1 Общий алгоритм работы программного комплекса
Исходя из анализа технического задания и списка функций, которые необходимо реализовать, был разработан следующий укрупненная схема алгоритма работы программного комплекса (рисунок 3.2).
Поскольку программный комплекс разрабатывается для работы в операционной системе Microsoft Windows 9x, для которой предпочтительнее использовать событийно-ориентированное программирование, то схема работы программы представляет собой замкнутый цикл, на каждом проходе которого происходит проверка действий пользователя и генерация на них ответного действия. Цикл продолжается до тех пор, пока пользователь не активизирует один из управляющих элементов по закрытию программы.
При инициализации приложения или при выборе пользователем определенного элемента управления происходит очистка всех внутренних массивов и списков, сброс всех признаков и т.д.
Рисунок 3.2 – Укрупненная схема работы программы. Лист 1
Рисунок 3.2 – Лист 2
Рисунок 3.2 – Лист 3
Рисунок 3.2 – Лист 4
Исходные данные для моделирования могут быть либо загружены из ранее сохраненного файла или введены вручную. В первом случае данные считываются из файла, выставляются признаки ввода данных, и пользователь может пропустить некоторые шаги задания параметров, переходя непосредственно к моделированию радиолокационной обстановки, если введены все необходимые параметры.
Данные, считанные из файла, могут быть изменены или введены новые параметры путем активизации соответствующих форм. Порядок ввода параметров может быть любым. Единственное ограничение состоит в том, что в первую очередь необходимо задать параметры зондирующих сигналов, а уже потом выполнить их расстановку.
Введенные данные могут быть сохранены для последующего повторного использования в специальном файле, имя и размещение которого задается пользователем.
После задания всех параметров становится возможным моделирование радиолокационной обстановки, после окончания которой пользователь сможет просмотреть результат при помощи одной из утилит или загрузить данные в реальное устройство обработки радиолокационной информации.
3.2.2 Разработка алгоритма реализации математических моделей
Как уже было сказано выше, программный комплекс реализует имитационное моделирование, основанное на математических моделях атомарных объектов. В качестве одного из атомарных объектов была взята точечная цель. Любой распределенный радиолокационный объект или групповой излучатель может быть представлен как совокупность таких точечных излучателей, распределенных внутри искомого объекта по некоторому закону. Параметры точечных излучателей определяются по параметрам искомого объекта и выбранной математической модели.
Для унификации и упрощения расчетов перед началом моделирования необходимо все распределенные объекты разбить на точечные излучатели, определив для каждого излучателя ЭПР и местоположение в пространстве в соответствии с выбранной моделью.