48678 (Разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки), страница 4

(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.

Все полученные данные необходимо свести в один массив, элементы которого, программные объекты – точечные излучатели, могут использоваться для расчета принимаемого РЛС радиолокационного сигнала. Полученный массив можно отсортировать по возрастанию азимутов точечных излучателей с тем, чтобы ускорить процесс моделирования при определении облучается ли точечный излучатель зондирующим сигналом (см. ниже).

Укрупненная схема описанного процесса приведена на рисунке 3.3.

После подготовки всех радиолокационных объектов необходимо аналогичную операцию произвести с зондирующими сигналами – необходимо разбить их на отдельные импульсы, определить для каждого импульса момент запуска и интервал от запуска предыдущего импульса, свести данные в массив импульсов, отсортировать массив по времени запуска отдельных импульсов. Далее необходимо определить время моделирования – время задается пользователем либо в явном виде, либо пользователь задает количество отсчетов по азимуту в малых азимутных интервалах (МАИ). Во втором случае необходимо

Рисунок 3.3 – Укрупненная схема процесса подготовки к моделированию

произвести пересчет введенного значения в секунды, воспользовавшись формулой:

(34)

где N_МОД – количество отсчетов по азимуту в МАИ для моделирования;

N_ОБ – количество МАИ за полный оборот антенны;

Т_ВР – период вращения антенны, с.

После определения времени моделирования процесс моделирования можно описать как цикл, который выполняется до тех пор, пока значение переменной содержащей время, прошедшее от начала моделирования, не превысит времени моделирования, определенного ранее. Шаг между двумя итерациями цикла равен интервалу между моментами запуска двух соседних импульсов (двумя соседними элементами массива импульсов).

На каждом проходе цикла пакет данных с отсчетами по дальности заполняется белым шумом, на который накладывается отраженный сигнал, который определяется как сумма отражений от всех точечных излучателей, облучаемых импульсом, пришедшим в данный момент.

Отраженный сигнал рассчитывается как совокупность мгновенный значений амплитуды сигнала, т.е. первоначально определяется действующее значение амплитуды отраженного сигнала, затем фаза сигнала и мгновенное значение амплитуды сигнала. Полученные мгновенные значения амплитуды отраженного сигнала записываются по отсчетам дальности данного пакета (таблица А.1).

Решение о том, будет ли облучен данный точечный излучатель или нет, применяется после анализа функции диаграммы направленности по азимуту (19). Если значение функции меньше 0,01, то считается, что точечный излучатель не облучается данным импульсом. В противном случае для данного точечного излучателя будет рассчитан отраженный сигнал.

После расчета данных полученный пакет записывается в файл.

Укрупненные блок-схемы на рисунках 3.4 и 3.5 иллюстрируют вышесказанное.

3.3 Программная реализация математических моделей

После разработки алгоритмов реализации математических моделей можно сделать вывод о том, что для программной реализации разработанных моделей наиболее подходит объектно-ориентированный подход, все достоинства которого широко известны /9/.

При использовании объектно-ориентированного подхода реализация математических моделей будет сведена к реализации методов и атрибутов (свойств) для программных объектов. В качестве атрибутов (свойств) программных объектов будут выступать параметры реальных объектов, выделенные при разработке математического обеспечения.

В качестве базовых программных объектов можно взять объекты, которые описывают следующие реальные объекты: радиолокационный объект или цель, зондирующий сигнал и РЛС в целом.

Рисунок 3.4 – Укрупненная схема алгоритма процесса моделирования

Рисунок 3.5 – Укрупненная схема подпрограммы расчета отраженного сигнала

Однотипные объекты лучше объединить в массивы для унификации доступа. Массивы обязательно должны быть динамическими, поскольку количество элементов, а, следовательно, и размер памяти, занимаемый массивом, может меняться.

Заголовочный файл на языке C++, содержащий описание программных объектов, приведен в приложении Б.

3.4 Разработка интерфейса пользователя

3.4.1 Выбор среды разработки

Поскольку разрабатываемый программный комплекс разрабатывается для работы под управлением операционной системы Windows 9x, то для удобства разработки и последующей эксплуатации лучше воспользоваться одним из средств RAD, использующих событийно-ориентированное программирование. В качестве такой системы был выбран продукт C++ Builder фирмы Borland. Программный продукт обладает всеми достоинствами RAD системы, позволяет использовать преимущества языка программирования C++ и создавать серьезные приложения для работы в операционной системе Windows 9x.

Программный продукт C++ Builder позволяет создавать приложения, основным интерфейсным элементом которых является форма – стандартный элемент управления Windows «окно» с уже определенным стилем. Разрабатываемое приложение проектируется как совокупность таких форм, на которых располагаются остальные элементы управления.

3.4.2 Описание интерфейса пользователя

При инициализации приложения отображается форма (рисунок 3.6), где сосредоточены основные элементы управления. Через эту форму можно получить доступ ко всем функциям разрабатываемого программного комплекса.