48678 (Разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки)

Аннотация

Платонов М. В. Система цифрового моделирования радиолокационной обстановки. – Челябинск, ЮУрГУ, ЭВМ, 2003, 105 с., 18 ил., библиография литературы – 25 наименований, 8 листов чертежей ф. А1.

Настоящий дипломный проект посвящен разработке программного комплекса для цифрового моделирования радиолокационной обстановки. Разрабатываемая система не имеет аналогов и является перспективным изделием в рамках моделирования процессов радиолокации и обработки принимаемых радиолокационных сигналов.

После анализа технического задания была выбрана структура программного комплекса, разработан пользовательский интерфейс и программно реализованы математические модели радиолокационных объектов.

В пояснительной записке содержится экономическое обоснование необходимости проведения работ, выполнено сетевое планирование и разработаны мероприятия по безопасности жизнедеятельности при работе пользователя при работе с персональной ЭВМ. В технологической части приведен разработанный программный документ – техническое задание.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Постановка задачи

1.1 Основные понятия

1.2 Цель дипломного проектирования

1.3 Реализуемые функции

2 Разработка математического обеспечения

2.1 Математическая модель радиолокационной обстановки

2.2 Математическая модель РЛС

2.2.1 Математическая модель антенны

2.2.2 Математическая модель передающего устройства

2.2.3 Математическая модель приемного устройства

2.3 Разработка связей между моделями

3 Разработка программного комплекса

3.1 Разработка структуры программного комплекса

3.2 Разработка алгоритмов работы программного комплекса

3.2.1 Общий алгоритм работы программного комплекса

3.2.2 Разработка алгоритма реализации математических моделей

3.3 Программная реализация математических моделей

3.4 Разработка интерфейса пользователя

3.4.1 Выбор среды разработки

3.4.2 Описание интерфейса пользователя

4 Технологический раздел

4.1 Постановка задачи

4.2 Текст документа

4.2.1 Основание для разработки

4.2.2 Назначение разработки

4.2.3 Область применения

4.2.4 Требования к программному изделию

4.2.5 Требования к программной документации

4.2.6 Технико-экономические показатели

4.2.7 Стадии и этапы разработки

5 Вопросы безопасности жизнедеятельности

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.1.1 Опасные производственные факторы

5.1.2 Вредные производственные факторы

5.2 Мероприятия по безопасности при работе с дисплейной техникой

5.2.1 Электробезопасность

5.2.2 Пожаробезопасность

5.2.3 Микроклиматические параметры

5.2.4 Освещение

5.2.5 Электромагнитное излучение

5.2.6 Шум

5.2.7 Эргономика, производственная эстетика и культура производства

6 Организационно-экономический раздел

6.1 Сетевое планирование

6.1.1 Составление перечня работ и построение сетевого графика

6.1.2 Расчет параметров сетевого графика

6.2 Смета затрат на проведение работ

6.2.1 Расходные материалы

6.2.2 Командировочные расходы

6.2.3 Контрагентские расходы

6.2.4 Расходы на покупные изделия и специальное оборудование

6.2.5 Заработная плата сотрудников

6.2.6 Отчисления на социальные нужды

6.2.7 Накладные расходы

6.2.8 Смета затрат на выполнение всех работ

6.3 Анализ технико-экономической эффективности

Заключение

Список сокращений

Литература

Приложения

1 Структура пакета данных на 2 листах ф. А4

2 Заголовочный файл для реализации математических моделей на 4 листах ф. А4

3 Графическая часть на 8 листах ф. А1

Введение

Постоянно растущая интенсивность полетов и увеличение числа гражданских рейсов воздушного транспорта требуют более широкого внедрения радиоэлектронных средств для обеспечения управления воздушным движением, навигации и посадки. Безопасность и регулярность полетов самолетов в значительной степени зависит от состава оборудования, рациональной компоновки и его безотказной работы. Для контроля местоположения самолета на трассе применяются наземные радиолокационные станции (РЛС).

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.

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.

Темой данной дипломной работы является разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки. Данные файлы могут быть использованы для проверки корректности работы реальных устройств обработки принимаемых радиолокационных сигналов, реализуемых на программируемых логических интегральных схемах и цифровых сигнальных процессорах.

Создание подобной системы позволит проводить испытание, проверку и настройку опытных образцов схем и устройств непосредственно на месте разработки, без выезда на испытательный полигон, что позволит снизить затраты на разработку.

Поскольку станет возможным создание практически любой радиолокационной обстановки, то можно будет промоделировать самую критическую в плане обнаружения цели обстановку и проверить работу оборудования в этом режиме.

Данную систему можно также применять как макет для обучения студентов радиотехнических специальностей вузов основам радиолокации и последующей обработки информации.

Подобная система не имеет аналогов и является новым перспективным изделием в рамках моделирования процессов радиолокации и обработки принимаемых радиолокационных сигналов.

1 Постановка задачи

1.1 Основные понятия

Прежде чем описывать работу и назначение программного комплекса введем основные понятия и определения, необходимые для знакомства с данной предметной областью и понимания основных идей, заложенных при разработке программного комплекса.

Радиолокация – это область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, т.е. их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения.

Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС). Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями.

Источником радиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости от способов его получения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.

1. Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала или эхо-сигнала. Важным требованием к целям в этом случае является отличие от отражающих свойств окружающей среды.

2. Радиолокация с активным ответом, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора. При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения, что позволяет использовать данный вид радиолокации для наблюдения радиолокационных целей на больших расстояниях, а также искусственных спутников Земли.

3. Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей, преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов.

Основными составными частями РЛС являются приемник, передатчик, антенное устройство и оконечное устройство.

Рисунок 1.1 – Структурная схема простейшей импульсной РЛС

У большинства РЛС приемная и передающая антенны расположены в непосредственной близости друг от друга, а РЛС с импульсной модуляцией (наиболее широко используемые в настоящее время) обычно имеет одну антенну, снабженную специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режим приема и обратно (рисунок 1.1). В импульсных РЛС антенный переключатель содержит разрядники защиты приемника и блокировки передатчика, которые коммутируют антенну либо с передатчиком, либо с приемником.

Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания передаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал.

Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, т.к. они никакой информации о цели не несут. После того как электромагнитная волна, падающая на цель (первичная волна), вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель подобно обычной антенне создает электромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собой вторичную, т.е. отраженную электромагнитную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели.

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