Диссертация (Методология моделирования сертификационных испытаний радиоэлектронных средств по эмиссии излучаемых радиопомех), страница 13

Таким образом,нараннихстадияхпроектирования,когдаразработчикнеимеетдолжногоинформационного базиса для построения моделей, в основном используют абстракции.При решении частных проектных задач, в т.ч. и в области обеспечения ЭМС,моделирование позволяет:а) проанализировать множество вариантов инженерных решений, оценить ихдостоинства и недостатки по наиболее важным критериям, выполнить оптимизацию;б) провести виртуальные эксперименты, эквивалентные физическим в пределахадекватности моделей;в) проверить проект на соответствие требованиям технического задания;г) обеспечить соответствие проекта текущему уровню технологии путем заданиятехнологических ограничений и мониторинга их соблюдения;д) использовать точные методы расчета, сводящие к минимуму подстроечнорегулировочные операции в процессе производства аппаратуры;е) значительно повысить предельную сложность разрабатываемых устройств.Такимобразом,достоинствамоделированиякаксредстваисследованияобусловлены прежде всего широким спектром решаемых с его помощью задач.Используемые на практике средства автоматизации проектирования должны отвечатьтребованиям комплексности, эффективности и универсальности.

Для обеспечения этихтребований необходимо использовать модели, в максимальной степени отвечающиерешаемым задачам. Это относится и к случаю моделирования измерительных средств,используемых для анализа эмиссии радиопомех.Особенности РЭС как объекта моделирования.

Основной из них являетсявысокая сложность [60], которая проявляется в том, что:— РЭС представляют собой многомерные системы с очень большим числомэлементарных единиц, функциональных связей между ними, которые часто носятстатистический характер;— РЭС находятся под постоянными случайными воздействиями;— сравнительно медленные информационные процессы протекают в системеодновременно с преобразованием быстро меняющихся радиосигналов.53Перечисленные аспекты являются причиной того, что моделирование сложныхРЭС без использования специальных методов упрощения их полного математическогоописанияоказываетсяпрактическиневозможным.Повышениеэффективностимоделирования РЭС обычно достигается решением следующих основных задач.1.

Разработка теории формирования математических моделей минимальнойсложности при условии обеспечения заданной точности для выбранного уровнядетализации описания РЭС. Сюда относят проблему оптимизации размерности модели иупрощения внутренних связей; оптимизацию способов дискретизации процессов в моделии методов моделирования.2. Развитие прогрессивных методов моделирования, позволяющих в минимальноевремя извлечь максимальное количество информации об исследуемом объекте.

К нимотносят методы разработки алгоритмов и специальных программ для поиска лучшегорешения по заданным критериям, средства многокритериальной оптимизации.3. Создание узкоспециализированных систем проектирования, включающихметоды математического моделирования, диалоговые режимы и процедуры.Существует два основных пути для разрешения противоречия между сложностьюсовременных РЭС и необходимостью их моделирования.

Первый заключается вповышении показателей вычислительных средств, что позволяет несколько отодвинутьрамки имеющихся ограничений. Однако это повышение должно идти существенно болеевысокими темпами, чем увеличение количества элементарных единиц в объектемоделирования, поскольку время моделирования и требуемый объем памяти растут вэкспоненциальной зависимости от количества последних [61]. Такое решение труднореализуемо на практике и обычно связано с большими финансовыми затратами.

Второйметод основан на использовании упрощенных подходов и представлений об объектемоделирования, т.е. макромоделей. Он позволяет выполнять моделирование с заданнойточностью в той области параметров, в которой макромодель описывает объект, и связан ссущественно меньшими вычислительными затратами.Обычно эти методы используются совместно. Первый из них обусловлен с общимходом научно-технического прогресса и развитием новой элементной базы. Второй методбазируется на построении новых макромоделей, и его важность обусловлена следующимипричинами:— постоянно возрастающая сложность РЭС априори приводит к необходимостиупрощения полных моделей;— для РЭС многих типов макромодели обладают большей универсальностью, чемполные модели частного характера.54Таким образом, развитие теории макромоделирования электронных объектовнаряду с построением их для отдельных классов электронных средств является важнойзадачей как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Многие рассматриваемыенижеметодымоделированияитипымоделейоснованынаиспользованиимакромодельного представления функционирования РЭС. Следует отметить также, чтопри проектировании использование моделирования носит и исследовательский характер.В частности, на основе моделирования может быть выполнен общий анализ обработкисигналов в некотором классе систем, оптимизирована структура совокупности РЭС поуровням укрупнения вплоть до радиотехнических комплексов, а также выполненаоптимизация технологических процессов производства РЭС, для чего используюттехнологические модели.Из изложенного следует, что практический спектр использования моделированиявыходит далеко за пределы решения частных проектных задач, на которые исходноориентировались средства автоматизации.

Эффективность выработанных с их помощьюпроектныхрешенийвконечномсчетехарактеризуетсяобщимкачествомфункционирования РЭС, а применительно к рассматриваемой проблеме — реальнымуровнем эмиссии излучаемых радиопомех, который будет определен при лабораторныхисследованиях и который должен соответствовать установленным нормам.Содержание процедуры математического моделирования.

Математическоемоделирование РЭС проводится на основе их моделей, которые, согласно [60],представляютсобойформальное описание объекта илиявления припомощиматематических операторных соотношений. Основным продуктом моделированияявляется новая информация об изучаемом объекте, которая позволяет расширить иуглубить его описание. Процедура математического моделирования, как правило,включает в себя следующие операции.1.

Формулировка задач моделирования, включающая:— совокупность новых сведений, которые необходимо получить в результатемоделирования;— определение границ объекта, подлежащего моделированию;— совокупность ограничений и допущений, при которых будет проводитьсямоделирование.2. Сбор и оценка априорной информации об объекте исследования. Объем этойинформации должен быть достаточным для построения модели выбранного уровнядетализации.553.

Выбор критерия для количественной оценки результатов исследования объекта сиспользованием создаваемой математической модели.4. Формирование математической модели объекта исследования. Этот наиболеесложный этап включает в себя составление описаний объекта моделирования двухуровней – неформального (концептуального) и формального представления. Для РЭС этотэтап заканчивается построением функциональной схемы модели.5. Создание программного описания модели, его компиляция, тестирование иотладка.6. Оценка качества модели по выбранным критериям.7.

Принятие решения о практической применимости модели.8. Использование математической модели при решении конкретных практическихзадач, т.е. собственно моделирование в инженерном представлении.Неформальным описанием РЭС называется вся имеющаяся совокупность сведений,достаточная для установления предполагаемого или фактического алгоритма его работы.В случае моделирования измерительных приемников такое неформальное описаниесоставляют требования стандартов к оборудованию, используемому для исследованийрадиопомех. Входящая в неформальное описание информация должна быть достаточнойдля выдвижения гипотезы об общих принципах функционирования устройства, на основекоторой выполняется построение функциональной схемы устройства, которое затемформализуется и далее строится математическая модель.

Формальное описание, неконкретизированноедляРЭСопределенногокласса,называютобобщеннойматематической моделью. Для его построения на основе функциональной схемы вводятмножество характеризующих её параметров и базис операторов, устанавливающихотношения между этими параметрами. В свою очередь, математические модели длялюбого объекта строят на базе его представления в качестве системы как совокупностисоставных частей и их взаимосвязей.Таким образом, построение математических моделей является творческимпроцессом, в то время как их практическое применение всегда алгоритмизировано.Моделирование может носить итерационный характер, например, в процедуре синтеза наоснове анализа [62]. Состав и функциональность построенных моделей определяется темисущественнымисвойствами,отражениекоторыхнеобходиморазработчику.Применительно к рассматриваемой задаче, модели ИП должны отвечать тем требованиямстандартов, которые в конечном счете определяют значения показаний по модели дляпроизвольного входного сигнала.56Проблемы моделирования РЭС как целостности.

Несмотря на разнообразиеиспользуемых типов математических моделей и форм представления данных, можновыделить следующие недостатки широко используемых моделей РЭС:— теоретическая ориентированность;— абстрактность входных, управляющих и внешних воздействий;— наибольшая применимость на этапе системотехнического проектирования,когда закладываются алгоритмы функционирования устройств;— отсутствиечеткогопредставленияомеханизмахвлияниявнешнихвоздействующих факторов и управляющих воздействий.Выделенные особенности и недостатки существующих моделей РЭС позволяютсделать вывод о том, что дальнейшее их совершенствование и развитие с учетомориентации на решение практических задач должно быть направлено на повышениеконфигурируемости моделей и разработку соответствующих механизмов,а также наразвитие методов моделирования, позволяющих учесть воздействия, поступающие наорганы управления реальных РЭС.На первый взгляд, РЭС, как проектируемые, так и уже созданные, отличаютсяразнообразием свойств и параметров, схемотехнических и конструкторских решений.

РЭСмогут быть классифицированы по функциональному признаку (усилители, приемникирадиопередач и т.п.) и охарактеризованы, как и любая модель, совокупностьювнутренних, внешних, выходных параметров и фазовых переменных [59]. Внутренниепараметры определяются характеристиками компонентов, входящих в устройство.Выходныепараметрыпредставляютсобойпоказатели,характеризующиефункциональные, эксплуатационные и другие свойства объекта. Под внешнимипараметрами понимаются характеристики внешней по отношению к объекту среды, атакже внешние управляющие воздействия. Наконец, под фазовыми переменнымипонимаются физические характеристики внутренних компонентов, которые полностьюхарактеризуют состояние объекта моделирования, но не являются внутренними либовыходными переменными (например, токи в ветвях и напряжения в узлах схемы).Исходя из макромодельного подхода, а также выведения функциональногоназначения РЭС на первый план, можно утверждать, что универсальные модели РЭСдолжны формироваться на базе выходных параметров изделия, т.е., по сути, теххарактеристик, которые определяют функции РЭС и составляют основу предъявляемых книмтребований.использованиеМакромодельныйвнутреннихподходпараметров.неФазовыепредполагаетпеременныенепосредственноевпредставлении,соответствующем объекту моделирования, могут применяться только в интерфейсных57цепях.