автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Имитация радиосигналов, рассеянных сложными радиофизическими сценами, в реальном масштабе времени

4855387

Герасимов Александр Борисович

ИМИТАЦИЯ РАДИОСИГНАЛОВ, РАССЕЯННЫХ СЛОЖНЫМИ РАДИОФИЗИЧЕСКИМИ СЦЕНАМИ, В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ

Специальность 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

-6 ОКТ 2011

Владимир — 2011

4855387

Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кренёв Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Туров Виктор Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Самойлов Сергей Александрович

Ведущая организация: ОАО «Конструкторское бюро «Луч»

г. Рыбинск

Защита диссертации состоится «21» октября 2011 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д.212.025.04 при Владимирском государственном университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, корпус 3, ауд. 301.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, учёному секретарю диссертационного совета Д.212.025.04 Самойлову Александру Георгиевичу.

Автореферат разослан «19» сентября 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

А.Г. Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время наблюдается значительный прогресс радиотехнических систем (РТС) и их широкое применение в различных областях деятельности. Процесс разработки РТС непременно включает этап экспериментальной отладки и испытаний аппаратуры РТС, отработку алгоритмов её функционирования.

Испытания РТС в реальных условиях требуют больших финансовых и временных затрат. Другим недостатком натурных испытаний является сложность интерпретации полученных результатов, которая обусловлена случайным изменением условий эксперимента. В связи с этим широкое распространение получил другой метод, который предполагает проведение испытаний РТС на моделирующих комплексах с включением в их состав реальной аппаратуры. Данный метод, называемый полунатурным моделированием, обеспечивает получение достоверных данных о работе реальной аппаратуры РТС в широком диапазоне условий в ходе лабораторных исследований. Это позволяет повысить качество работы РТС, а также удешевить и сократить сроки их разработки и испытаний.

Полунатурное моделирование осуществляется с использованием имитаторов внешних воздействий. Работа имитаторов основана на моделях каналов распространения сигналов, разработке которых уделяется большое внимание в России и за рубежом. Существующие модели радиоканалов могут быть разделены на три вида: эмпирические, статистические и детерминированные.

Эмпирические модели представляют собой описание каналов, аппроксимирующее результаты экспериментальных измерений. Данные модели с высокой степенью адекватности описывают реальные каналы, но область их адекватности невелика. Статистические модели представляют собой описание радиоканалов как случайных сред, системные функции которых задаются определённой вероятностной моделью. Статистические модели обеспечивают адекватное описание каналов в широком диапазоне условий при относительной математической простоте, что определяет их широкое применение при моделировании сигналов и разработке имитаторов многолучевых каналов. Однако статистические модели не позволяют адекватно имитировать тонкую структуру сигналов, обусловленную особенностями геометрического строения и электрических характеристик среды распространения.

Детерминированные модели представляют собой описание каналов на основе фундаментальных представлений о распространении сигналов, а также геометрических и электрических моделей сред, что позволяет достичь высокой адекватности имитации распространения сигналов в реальных каналах. Одним из видов задач, в которых требуется примените детерминированных моделей, является адекватная имитация сигналов, рассеянных поверхностью Земли, естественными и искусственными объектами, совокупность которых далее называется радиофизической сценой. Примерами таких задач являются отладка алгоритмов работы РТС дистанционного зондирования в режиме кар-

тографирования и оценка надёжности работы РТС передачи информации в реальных условиях.

Разработке и применению детерминированных моделей посвящены работы Борзова А.Б., Соколова A.B., Сухаревского О.И., Васильца В.А., Кор-неева Ю.А. и других. Данные модели основаны на аппроксимации сложной поверхности радиофизической сцены совокупностью простых элементов, для которых существуют аналитические решения уравнений электродинамики. При этом сигналы на выходе приёмной антенны РТС представляются в виде суперпозиции сигналов, рассеянных отдельными элементами модели среды. Данные модели каналов обладают существенным недостатком, который состоит в том, что адекватность имитации эхо-сигналов радиофизических сцен достигается, если модели радиофизических сцен содержат большое, порядка 109 ^ Ю10, количество элементов. При этом объём вычислений при имитации сигнала оказывается настолько большим, что для его выполнения в реальном масштабе времени требуется применение недопустимо сложных и дорогих вычислительных средств. В связи с этим в существующих имитаторах сигналов, рассеянных радиофизическими сценами, либо используются заранее подготовленные записи рассеянного сигнала, что не позволяет изменять условия эксперимента в процессе его проведения, либо применяются в значительной степени упрощённые модели сцен, не позволяющее адекватно имитировать тонкую структуру рассеянного сигнала.

Таким образом, в настоящее время сложилась ситуация, в которой, с одной стороны, необходимо с высокой степенью адекватности в реальном масштабе времени имитировать радиосигналы, рассеянные радиофизическими сценами со сложной геометрией (эхо-сигналы сложных радиофизических сцен). С другой стороны, имитация эхо-сигналов таких сцен в реальном масштабе времени с заданной степенью адекватности на основе известных моделей и методов нереализуема с использованием современных аппаратных средств вычислительной техники. Разрешение данного противоречия представляет актуальную задачу, решению которой посвящена диссертационная работа.

Целью диссертационной работы является обеспечение имитации эхо-сигналов сложных радиофизических сцен с заданной точностью в реальном масштабе времени с использованием современных аппаратных средств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи.

1. Разработать математическую модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающую моделирование сигнала с заданной точностью при меньшем объёме вычислений в сравнении с известными моделями, основанными на фацетном представлении сцены.

2. Разработать способ адекватной имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени.

3. Провести экспериментальные исследования возможности имитации эхо-сигналов сложных радиофизических сцен с заданной точностью в

реальном масштабе времени с использованием современных аппаратных средств на основе полученных теоретических результатов. Объектом исследования являются математические модели эхо-сигналов сложных радиофизических сцен.

Предметом исследования являются соотношение адекватности и вычислительной сложности математических моделей эхо-сигналов, методы и алгоритмы адекватной имитации эхо-сигналов в реальном масштабе времени на базе и современных аппаратных средств.

Методы исследований включают методы электродинамики и физической оптики, теорию линейных радиотехнических систем, метод численного моделирования, методы цифровой обработки сигналов.

Положения и результаты работы, выносимые на защиту.

1. Математическая модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающая моделирование сигнала с заданной точностью при меньшем объёме вычислений в сравнении с известными моделями, основанными на фацетном представлении сцены.

2. Способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, обеспечивающий имитацию в реальном времени сигналов, адекватных эхо-сигналам сложных радиофизических сцен.

3. Имитатор, обеспечивающий в реальном масштабе времени физическое формирование эхо-сигналов сложной радиофизической сцены с заданной точностью.

4. Научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов с использованием современных аппаратных средств, обеспечивающие для различных видов РТС и сцен имитацию эхо-сигналов с заданной точностью в реальном масштабе времени. Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающая моделирование сигнала с заданной точностью, отличающаяся от известных моделей, основанных на фацетном представлении радиофизической сцены, сокращением числа переменных во времени параметров.

2. Разработан способ адекватной имитации радиосигнала, отражённого от радиофизической сцены, в реальном времени, отличающийся группировкой фацетов, сигналы которых не разрешаются РТС, и вычислением используемой для имитации радиосигнала импульсной характеристики сложной радиофизической сцены по суммарным коэффициентам передачи групп фацетов.

3. Разработан имитатор эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, отличающийся тем, что расчёт импульсной характеристики сцены с упреждением по времени осуществляется одновременно с формированием сигнала на параллельно работающих частях имитатора.

4. В ходе экспериментальных исследований разработаны новые научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов с использованием современных аппаратных средств. Практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть использованы при создании имитаторов радиосигналов, адекватных сигналам в каналах, образованных сложными радиофизическими сценами. Применение этих имитаторов в составе стендов полунатурного моделирования и тренажёров позволит повысить надёжность работы и достоверность определения характеристик РТС, удешевить и сократить сроки разработки РТС, повысить уровень подготовки специалистов и операторов РТС.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы обсуждены на следующих конференциях.

1. Международная конференция «Авиация и космонавтика — 2003», г. Москва, 2003 г.

2. Международная молодежная научная конференция «XXX Гагаринские чтения», г. Москва, 2004 г.

3. V Всероссийская научно-практическая конференция-выставка "Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения", г. Ярославль, 2004 г.

4. Пятьдесят седьмая научно-техническая конференция студентов и магистров, г. Ярославль, 2004 г.

5. Федеральная итоговая научно-техническая конференция «Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам (проекты в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам», г. Москва, 2004 г.

6. XI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация Навигация Связь», г. Воронеж, 2005 г.

7. Юбилейная научно-техническая конференция «Авиационные системы в XXI веке», г. Москва, 2006 г.

8. Международная конференция «Перспективы использования новых технологий и научно-технических решений в ракетно-космической и авиационной промышленности», г. Москва, 2008 г.

9. IX Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», г. Ярославль, 2008 г.

10. IV Всероссийская научная школа и конференция «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред», г. Муром, 2009 г.

11. II Всероссийская научно-практическая конференция «Радиолокационная техника: устройства, станции, системы РЛС-2010», г. Муром 2010 г.

12. XI Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», г. Ярославль, 2010 г.

13. 9-ая Международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации», г. Владимир, 2011 г.

Также результаты диссертационной работы представлены в виде стендовых докладов и действующих макетов на следующих выставках:

1. V Всероссийская выставка Научно-Технического Творчества Молодежи, г. Москва, 2005 г.

2. VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций, г. Москва, 2007 г.

3. Российская национальная выставка в Республике Индия, г. Дели,

2008 г.

4. IX Всероссийская выставка Научно-Технического Творчества Молодежи, г. Москва, 2009 г.

5. Межрегиональная специализированная выставка-конференция информационных технологий и телекоммуникаций «IT Volga 2009», г. Ярославль,

2009 г.

6. XIII Московский международный Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед-2010», г. Москва, 2010 г.

7. П Международный форум по интеллектуальной собственности «Expopri-ority 2010», г. Москва, 2010 г.

8. Межгосударственная выставка, посвященная 20-летию Содружества Независимых Государств «20 лет СНГ: к новым горизонтам партнёрства», г. Москва, 2011г.

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 2 изданиях, рекомендованных ВАК, патенте на изобретение, свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ, 13 тезисах докладов и в 4 сборниках трудов.

Внедрение результатов работы. Имитатор эхо-сигнала подстилающей поверхности внедрён на стенде полунатурного моделирования для отладки алгоритмов работы РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования в ЗАО «Новые технологии», г. Москва. Результаты работы внедрены в ОАО «НПО «Транском», г. Москва для повышения точности прогноза зон уверенной связи РТС в каналах «земля — самолёт», «самолёт - самолёт». Также результаты работы (в частности, способ имитации радиосигнала) применены при выполнении НИР и ОКР в ЯрГУ им. П.Г. Демидова, а также внедрены в учебный процесс по специальностям «Радиофизика и электроника» и «Телекоммуникации» и процесс подготовки специалистов высшей квалификации на кафедре радиотехнических систем ЯрГУ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 53 формулы, иллюстрирована 40 рисунками и 5 таблицами. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 95 наименований на 13 страницах и двух приложений на 11 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована её цель и основные задачи, определена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проводится анализ математической модели эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, представленной с помощью фацетов, и определяются причины, вследствие которых адекватная имитация эхо-сигнала в реальном масштабе времени на основе данной модели невозможна при использовании современных аппаратных средств.

Аппроксимация радиофизической сцены с помощью фацетов позволяет представить эхо-сигнал в виде суперпозиции сигналов, рассеянных отдельными фацетами:

«=|у(4ж) ги

где И„(?) и II и (?) - эхо-сигнал радиофизической сцены и радиосигнал, излучаемый РТС, соответственно; М - число фацетов сцены, облучаемых излучателем РТС и не затенённых относительно приёмника РТС; Сги и Сп - коэффициенты усиления антенн излучателя и приёмника РТС соответственно; 2н и - сопротивления излучения антенн излучателя и приёмника соответственно; Л — длина волны; Р1ЯЯ и - комплексные векторные диаграммы направленности антенн (ДНА) излучателя и приёмника РТС соответственно в направлении на т -ый фацет; 1ит - матрица эффективной длины т-го фацета; /?ит и /?пт - расстояния от излучателя и приёмника РТС до т-то фацета соответственно; ?зш = + Кпт )/С - задержка распространения сигнала ГП -го фацета; Кт - коэффициент передачи т -го фацета.

Движение излучателя и приёмника РТС приводит к тому, что коэффициенты передачи фацетов и задержки их сигналов становятся функциями

времени Кт (?) и ?зт (?), возникают переменные допплеровские сдвиги частоты (?) сигналов фацетов. При этом комплексная огибающая эхо-

сигнала радиофизической сцены [)п (?) имеет вид:

'/ V

\адт{т)с1т-<рт„ I чо

где <Рт(1 - начальная фаза сигнала Ш -го фацета, которая в дальнейшем включается в коэффициент передачи фацета и в выражениях не приводится; £/„(?) - комплексная огибающая сигнала, излучаемого РТС.

¿и(')ехр

^ #.('-'»(')). (3)

Входящая в состав коэффициента передачи матрица эффективной длины фацета адекватно описывает рассеяние электромагнитных волн, если падающая на фацет волна является плоской, а рассеянная волна наблюдается на бесконечном удалении от фацета, чтобы её фронт можно было считать сферическим. Для Ш-го фацета эти условия могут считаться выполненными, если его линейные размеры 1т удовлетворяют критерию дальней зоны:

С «^Л II «Я Л. (4)

т ит 7 т пт '

В связи с этим для адекватной имитации эхо-сигнала радиофизической сцены в УВЧ, СВЧ диапазонах размеры фацетов должны быть малы, что в совокупности с большой площадью облучаемого участка сцены приводит к тому, что число фацетов в выражении (3) оказывается велико, порядка Ю9ч-1010.

Анализ математической модели эхо-сигнала показал, что обновление коэффициентов передачи фацетов, задержек и допплеровских сдвигов частот их сигналов в реальном масштабе времени обеспечивается при производительности вычислительных средств порядка 2,5- Ю11 -г 5-1013 арифметических операции с плавающей точкой в секунду. Для вычисления в реальном масштабе времени выборок комплексной огибающей эхо-сигнала радиофизической сцены, характерный интервал следования которых в современных РТС составляет 1СГ4 10~8 секунд, производительность вычислительных средств должна составлять 1,4-1014 -г 1,4-1019 арифметических операций в секунду.

В результате обзора современных средств вычислительной техники и цифровой обработки сигналов установлено, что ни одно из них не обладает требуемой производительностью. Поэтому имитация эхо-сигнала радиофизической сцены с высокой адекватностью в реальном масштабе времени на основе известной математической модели невозможна при использовании современных вычислительных средств, так как они не обеспечивают требуемую скорость выполнения необходимого для имитации большого объёма вычислений. Большой объём вычислений, который необходимо выполнить для имитации эхо-сигнала, определяется тем, что в формировании эхо-сигнала участвует большое количество фацетов, а вклады сигналов отдельных фацетов в результирующий эхо-сигнал рассматриваются независимо от вкладов сигналов других фацетов.

Во второй главе диссертационной работы разрабатываются математическая модель эхо-сигнала, обеспечивающая адекватную имитацию сигнала при меньшем, в сравнении с известной моделью, объёме вычислений и способ имитации радиосигнала, отражённого от радиофизической сцены, в реальном времени.

Объём вычислений при моделировании эхо-сигнала сложной радиофизической сцены может быть уменьшен за счёт сокращения количества фацетов и группировки сигналов отдельных фацетов. Для уменьшения количества фацетов, участвующих в формировании эхо-сигнала, при моделировании можно учитывать не все фацеты, облучаемые излучателем РТС и не затенённые относительно приёмника РТС. Проведённый анализ показывает, что основной энергетический вклад в эхо-сигнал создают фацеты, которые находят-

ся в первых А^СУ зонах Френеля рассеяния сигнала, образующих участок радиофизической сцены, существенный для формирования сигнала (СУ):

волны радиосигнала РТС.

Также количество фацетов, участвующих в формировании эхо-сигнала радиофизической сцены, можно уменьшить, если увеличить линейные размеры фацетов. Однако, предлагаемые меры приводят также к возникновению ошибки моделирования эхо-сигнала ввиду неполного учёта вкладов фацетов, облучаемых излучателем и не затенённых относительно приёмника РТС, и ухудшения степени соблюдения критерия дальней зоны. В связи с этим уменьшение числа зон Френеля, которое содержит СУ, и увеличение размеров фацетов будет приводить к снижению адекватности модели эхо-сигнала. Поскольку на практике величина ошибки не должна превышать заданного значения, необходимо исследовать зависимость ошибки от количества зон Френеля, которое содержит СУ, и от степени соблюдения дальней зоны. Данное исследование проводится в главе 3.

Следует отметить, что СУ, определённый в соответствии с выражением (5), имеет форму эллипса, вытянутого от излучателя к приёмнику РТС (рис. 1а). Такое определение СУ приемлемо для РТС, излучатель и приёмник которой разнесены в пространстве. Для моностатической РТС дистанционного зондирования радиофизической сцены в качестве СУ следует выбирать зону обзора на поверхности сцены (рис. 16), получение информации о которой является целью дистанционного зондирования.

Рис. 1. Участок сцены, существенный для формирования эхо-сигнала.

Сигналы фацетов могут быть сгруппированы, если они не разрешаются РТС по задержке и частоте. При этом группа фацетов, создающих эти сигналы, будет восприниматься как единый объект.

Создание постоянных групп фацетов осложняется тем, что задержки и допплеровские сдвиги частот сигналов изменяются с течением времени, и эти изменения неодинаковы для разных фацетов. Однако, можно выделить интервал времени Т, на котором изменения разностей задержек и допплеров-ских сдвигов частот сигналов фацетов не превышают половины разрешающей способности РТС по времени и частоте соответственно. Такие изменения

где /? - наименьшая среди всех фацетов длина пути сигнала; Л - длина

Участок существенный

для формирования сигнала

а)

не могут быть обнаружены РТС, поэтому разности задержек и допплеровских сдвигов частот сигналов фацетов можно считать постоянными на интервале Т. Это позволяет разделить задержки и сдвига частот сигналов фацетов на переменные групповые составляющие, одинаковые для всех фацетов, и постоянные парциальные составляющие:

/ (г) = г (г)+Дг ,

ип V ' гр \ / зт'

= (6)

где ^гр ) ~~ групповая задержка сигналов фацетов; - парциальная за-

держка сигнала Ш-го фацета; - групповой сдвиг частоты сигналов

фацетов; АС1дт - парциальный сдвиг частоты сигнала 111 -го фацета.

Если коэффициенты передачи фацетов стационарны на интервале Т, то комплексная огибающая эхо-сигнала радиофизической сцены может быть представлена как результат групповой задержки и группового сдвига частоты комплексной огибающей 0г (?):

г/„(0 = ехр

jpjt)dt

Ojt-t(t)l

(7)

Af-l

Ûv{t)= ]) Ûu(t-AtJ. (8)

m=0

В полученном выражении парциальные задержки и допплеровские сдвиги частот сигналов фацетов могут быть проквантованы с шагом At и А£1, величины которых не превышают половины разрешающей способности РТС по времени и частоте соответственно. В результате образуются группы фацетов, имеющих одинаковые парциальные задержки и сдвиги частот. Коэффициент передачи каждой такой группы равен сумме коэффициентов передачи фацетов, входящих в группу. Распределение суммарных коэффициентов передачи групп фацетов по парциальной задержке и сдвигу частоты представляет регулярную таблицу, которая далее называется матрицей формирования сигнала (МФС). При этом комплексная огибающая Ûгр(г) будет иметь вид:

Ùjt) = N£ân(t)Ùu{t-nAtl (9)

л=О

z/2-i

<*-(')= S ¿Л(ехр[/7ДШ], (10)

I=—L/2

где Кп1 - суммарный коэффициент передачи группы фацетов, имеющих парциальную задержку TlAt и парциальный сдвиг частоты IAÇL.

В разработанной модели объём вычислений при расчёте одной выборки эхо-сигнала в отличие от (3) пропорционален количеству дискретов Д? на интервале, ограниченном минимальной и максимальной задержками сигналов фацетов. Ввиду пространственной непрерывности радиофизической сцены будет выполняться условие N < М , поэтому объём вычислений при расчёте выборок эхо-сигнала для разработанной модели будет меньше, чем для известной модели. Однако, разработанная модель адекватно описывает эхо-сигнал радиофизической сцены только на интервале стационарности коэффициентов передачи фацетов, парциальных задержек и допплеровских сдвигов частоты их сигналов. Величина этого интервала при различных условиях определяется в главе 3.

Также полученная формула (9) подобна выражению, описывающему сигнал на выходе дискретного параметрического фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ) ¿1п (г), закон изменения выборок которой определяется обратным дискретным преобразованием Фурье соответствующей строки МФС. Представление радиофизической сцены в качестве линейного параметрического фильтра позволяет синтезировать способ имитации эхо-сигнала, инвариантный форме сигнала, излучаемого РТС, а дискретность фильтра - создать имитатор эхо-сигнала на основе устройств цифровой обработки сигналов (ЦОС).

На основе полученной модели эхо-сигнала разработан способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени. Проведённый анализ модели показал, что для имитации эхо-сигнала требуется выполнить совокупность действий, которая включает определение границы СУ, создание фацет-ной модели СУ, определение фацетов, облучаемых излучателем и не затенённых относительно приёмника РТС, расчёт параметров сигналов фацетов, группировку фацетов и создание МФС, расчёт реализаций импульсной характеристики и вычисление выборок эхо-сигнала. Также определён перечень исходных данных для имитации эхо-сигнала, который включает координаты местоположения излучателя и приёмника РТС, направления и скорости их движения, комплексные векторные ДНА и направления ориентации максимумов ДНА, параметры РТС (несущая частота, разрешающая способность по времени и частоте и др.), комплексную огибающую излучаемого сигнала, фацетную модель радиофизической сцены и модели рассеяния электромагнитных волн различными типами поверхности сцены. На основе указанной совокупности действий и данных синтезирован алгоритм имитации эхо-сигнала, схематически представленный на рис. 2.

Непосредственно формирование эхо-сигнала осуществляется на завершающем шаге алгоритма имитации, а на предшествующих шагах 1-7 выполняется расчёт параметров формирования. При непрерывной имитации эхо-сигнала радиофизической сцены на длительном интервале времени формировать сигнал и рассчитывать новый набор параметров требуется одновременно. Обеспечить одновременное выполнение этих процессов можно за счёт

разделения имитатора эхо-сигнала на две части - блок формирования сигнала (БФС) и вычислительную систему (ВС) соответственно - работа которых осуществляется параллельно. При этом ВС должна работать с упреждением по времени.

Рис. 2. Структурная схема алгоритма имитации эхо-сигнала.

При разработке ВС в её составе выделены вычислительный блок, в котором выполняется расчёт параметров формирования радиосигнала, и запоминающее устройство, на котором осуществляется хранение постоянных данных, используемых для имитации (рис. 3). Помимо расчёта параметров ресурсы вычислительного блока могут быть использованы для подготовки исходных данных. Также на основе вычислительного блока может осуществляться моделирование обстановки для тестирования имитатора вне стенда полунатурного моделирования. Структура БФС (рис. 3) разработана с учётом возможности использования устройств ЦОС и содержит линию задержки, комплексный формирующий КИХ-фильтр и синтезатор частоты. На основе предложенной схемы в главе 4 разрабатывается имитатор эхо-сигнала радиофизической сцены для РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования.

В третьей главе диссертационной работы продолжается разработка математической модели эхо-сигнала, а именно проводятся исследования адекватности модели.

Геоинформационная

система моделирования обстановки

Данные обстановки

| Данные обстановки

Испытываемая радиотехническая система

Тактовый сигнал РТС

Преобразователь частоты

Имитатор эхо-сигнала

Вычислительная система

Запоминающее устройство

Средства моделирования обстановки

Вычислительный блок

Средства подготовки исходных данных

I

Блок расчёта параметров радиосигнала

Параметры формирования и сигналы синхронизации

Блок формирования сигнала

АЦП

Внутренний тактовый генератор

Квадратурный демодулятор

ЗГ

Линия задержки

Опорный генератор

Ж

Комплексный формирующи] КИХ-фильтр

у

Кошролпср управления и регистры данных

ЦАП ф

Квадратурный модулятор

Комплексный умножитель

Синтезатор частоты

Рис. 3. Схема имитатора эхо-сигнала радиофизической сцены и его соединения с компонентами стенда полунатурного моделирования.

Одной из составляющих исследования адекватности модели является определение зависимости ошибки моделирования эхо-сигнала от количества зон Френеля, которое содержит СУ, и степени соблюдения критерия дальней зоны. В качестве ошибки моделирования использована величина:

е-

-1

То

си)

которая характеризует относительное отклонение сигнала £/я(г), полученного по модели (7) - (10), от сигнала £/э(?), полученного по модели (3), т.е. является относительной ошибкой моделирования. Степень соблюдения критерия дальней зоны определена с помощью коэффициента Кю, который устанавливает соотношение между максимально допустимыми линейными размерами фацета 1т, длиной волны сигнала Я и расстояниями от фацета до излучателя и приёмника РТС и /? соответственно:

/_ =

|Ятш(Дцт,/гпт)

(12)

где ГП1п(Лш;1, Ктп) - меньшее из расстояний от фацета до излучателя и от фацета до приёмника.

Исследование проведено для РТС, антенны излучателя и приёмника которой подняты над сферической поверхностью Земли и имеют изотропные ДНА, а излучаемый сигнал является гармоническим. Методом численного моделирования для различных расстояний между излучателем и приёмником получены функции относительной ошибки моделирования амплитуды эхо-сигнала Ь\1\су, к Л Примеры функций относительной ошибки, полученные для сигнала с частотой 1,1 ГГц, представлены на рис. 4.

юоо

1000.

400 500

600 700 800 900 1000 К

а) расстояние между излучателем и приёмником 52 км

б) расстояние между излучателем и приёмником 136 км

Рис. 4. Функции £(А^су , К п ) при различных расстояниях между излучателем и приёмником. По полученным функциям £(Л^су, Кю) для различных значений £ определены сочетания Л^у и Кю, при которых относительная ошибка не превышает заданного значения, а количество фацетов на СУ наименьшее в сравнении с другими сочетаниями Nсу

делённые для различных £, приведены на рис. 5.

— юоо.

и Кт . Значения Nсу и Каъ, опре-

900 800 700 600 500 400 300 200

-*-10 км -®-52 км -в-94 км ♦ 136 км -е-178 км ^220 км

0

0 I

е б)

Рис. 5. Значения Кдз и А^су , приводящие к наименьшему количеству фацетов, попадающих в СУ, при различных £.

и Кдз найдено отношение Гм количе-

Для полученных значений

ства всех фацетов, облучаемых излучателем РТС и не затенённых относительно приёмника РТС, к числу фацетов, находящихся на СУ. Количество фацетов М , которое находится на СУ, и значения отношения Гм, полученные для различных £, представлены на графиках на рис. 6.

2.6 = 2.4

км -»52 км «94 км ♦ 136 км ■»178 км ^220 км

вевв®®»' ¡ддвВИВ'

0.15

б)

Рис. 6. Количество фацетов М , находящихся на СУ, и отношение Гм при различных £.

Из полученных результатов видно, что ограничение участка поверхности, участвующего в формировании эхо-сигнала радиофизической сцены, приводит к уменьшению количества фацетов в 50 - 730 раз при ошибках моделирования от 1,5 до 20%.

Также в рамках исследования адекватности модели определялась длительность интервала стационарности Т, на котором изменения параметров сигналов фацетов не будут обнаружены РТС. Для этого методом компьютерного моделирования при различных длительностях интервала моделирования Т определены изменения параметров формирования эхо-сигнала для РТС со стационарным излучателем (высота антенны 10 м) и мобильным приёмником (высота антенны 10 км). Движение приёмника РТС рассматривается вдоль осей системы координат, связанной с приёмником, как показано на рис. 7.

В ходе исследования для различных частот сигнала РТС [() из диапазонов ОВЧ - СВЧ и различных величин интервала моделирования определены относительные изменения СУ и коэффициентов передачи фацетов, находящихся на СУ. На рис. 8 графически представлены значения интервала моделирования, на котором относительные изменения СУ и коэффициентов передачи фацетов не превышают 5%, при различных значениях /0.

Также для различных значений интервала моделирования определены диапазоны изменений парциальных задержек Л?тах и допплеровских сдвигов частот сигналов Агтах фацетов. Диапазоны изменений парциальных задержек и допплеровских сдвигов частот на интервале Т, на которых относительные изменения СУ и коэффициентов передачи фацетов не превышают 5%, представлены на рис. 9.

5000 10 000

Рис. 7. Геометрия задачи определения изменений параметров формирования эхо-сигнала на интервале Т.

Рис. 8. Значения Т, на котором относительные изменения СУ и коэффициентов передачи фацетов менее 5%.

Рис. 9. Значения Л/тах (а) и А/7тах (б) на интервале Т, на котором относительные изменения СУ и коэффициентов передачи фацетов не более 5%.

На основе полученных данных установлено, что при 5% ошибке имитации для расчёта параметров формирования эхо-сигнала в реальном масштабе времени требуется производительность до 3,3-Ю10 арифметических операций над числами с плавающей точкой в секунду, которая обеспечивается современными средствами вычислительной техники. Также установлено, что для РТС связи при полосе частот сигнала до 100 МГц длина импульсной характеристики (ИХ) радиофизической сцены не превышает 56 выборок, и для формирования сигнала в реальном масштабе времени необходима производительность до 9,МО10 арифметических операций в секунду, которую обеспечивают современные средства цифровой обработки сигналов. Для РТС дистанционного зондирования, для которых длина ИХ доходит до 5000 выборок, современные вычислительные средства позволяют рассчитывать выборки эхо-сигнала в реальном времени при полосе частот сигнала до 28 МГц, а при меньшей длине ИХ - и для более широкополосных сигналов.

В четвертой главе осуществляются экспериментальные исследования возможности имитации эхо-сигналов сложных радиофизических сцен с заданной точностью в реальном масштабе времени с использованием современных аппаратных средств на основе разработанной модели эхо-сигнала и способа его имитации.

Для проведения исследований разработан имитатор эхо-сигнала радиофизической сцены для РТС дистанционного зондирования (ДЗ) в режиме картографирования, которая представляет наиболее сложный случай для реализации имитатора ввиду большой длины ИХ. Имитатор разработан для РТС, осуществляющей зондирование в режиме секторного или секторно-телескопического обзора действительным лучом (ДЛ) или с синтезированием апертуры (СА) антенны. Геометрия зондирования приведена на рис. 10.

Особенностью рассматриваемой РТС ДЗ является изменение разрешающей способности по дальности в зависимости от расстояния до зоны обзора. По результатам выбора интервала дискретизации ИХ радиофизической сцены рекомендовано изменять его величину пропорционально изменениям разрешающей способности РТС, что позволяет обеспечить постоянный порядок формирующего КИХ-фильтра. Для рассматриваемой РТС формирующий фильтр с учётом рекомендации будет иметь порядок 512, при этом максимальная частота дискретизации ИХ составляет 28 МГц.

Оценка объёма вычислений показала, что для формирования эхо-сигнала для рассматриваемой РТС ДЗ в реальном времени устройство ЦОС должно иметь производительность до 57,3 миллиардов умножений с накоплением в секунду. В результате проведённого обзора рынка устройств ЦОС было определено, что достаточной производительностью обладает программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) Утех 4 ХС4У5Х35. Данное устройство ЦОС входит в состав устанавливаемых в персональный компьютер (ПК) универсальных модулей ЦОС производства ЗАО «Инструментальные системы», которые и были использованы при разработке имитатора.

В качестве обобщения результатов выбора элементной базы для реализации имитатора канала, ИХ которого содержит N выборок, при максимальной полосе частот сигнала РТС /д, рекомендовано использовать устройство ЦОС, количество аппаратных умножителей с накоплением Nм и максимальная тактовая частота /т тах которого удовлетворяют условию:

где Т] - коэффициент использования ресурсов устройства ЦОС, нормальное значение которого составляет 80 - 90 %.

4М/д<г?Мм/1

М-1 ' т шах "

(13)

При разработке имитатора на модулях ЦОС полностью реализован БФС имитатора, а его ВС реализована программно в виде приложения, выполняемого на ПК, в который устанавливаются модули ЦОС. В диссертационной работе представлены принцип и временные диаграммы работы имитатора.

В процессе лабораторных исследований на разработанном имитаторе в реальном масштабе времени выполнена имитация картографирования территории Ярославской области в режимах ДЛ и СА. С помощью функции контроля работы имитатора по выборкам формируемого сигнала построены радиоизображения поверхности Земли. Примеры изображений представлены на рис. 11.

б) Имитация эхо-сигнала в режиме синтезированной апертуры антенны.

Рис.11. Топографические карты местности с указанием границ зоны обзора и радиоизображения, полученные по выборкам формируемого эхо-сигнала.

На полученных изображениях хорошо дифференцируются области водных и лесных покровов поверхности Земли, учтённые в фацетной модели. Контуры границ этих областей на радиоизображениях хорошо согласуются с топографической картой местности, из чего следует адекватность имитации эхо-сигнала поверхности Земли.

На разработанном имитаторе также проведены измерения его метрологических характеристик. По результатам измерений получено, что динамический диапазон (ДД) формирования сигнала зависит от количества и значений коэффициентов передачи элементов в строках МФС. Результаты измерений ДД представлены на рис. 12.

^65

LO

S60 I 55

(О

го 50-

S45

s

¡40 т

I 35-

(D

i 30

1. t ч • 1 '{•

;V ; -а

\ " 1 *

----.—_______:

■■■Оценка в худшем случае

— Аппроксимация худшей оценки •••Измерения на модели

реальной местности

— Аппроксимация измерений

на модели реальной местности

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Количество элементов

Рис.12. Зависимость ДЦ формирования сигнала от количества элементов. В случае реальной местности ДЦ формирования сигнала составляет в среднем не менее 45 дБ, что превышает динамический диапазон радиоизображений, получаемых на современных РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования, не меньше, чем на 5 дБ. Следовательно, динамический диапазон формирования сигнала позволяет полностью использовать динамический диапазон РТС.

В заключение сформулированы основные результаты диссертационной работы. В приложениях представлены копии патента на изобретение и свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и акты о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана математическая модель эхо-сигнала радиофизической сцены, обеспечивающая в сравнении с известными моделями, основанными на фацетном представлении радиофизической сцены, уменьшение объёма вычислений при моделировании сигнала в 50 - 730 раз при относительной ошибке моделирования 1,5-20 %.

2. Разработан способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени и имитатор, реализующий данный способ.

3. Получены зависимости изменения параметров формирования сигнала и ошибки моделирования от параметров разработанной модели, по которым могут быть определены условия имитации эхо-сигнала с требуемой адекватностью при заданных параметрах РТС.

4. С применением полученных результатов разработан имитатор эхо-сигнала поверхности Земли для РТС дистанционного зондирования, обеспечивающий адекватную имитацию эхо-сигнала с динамическим диапазоном, который в среднем превышает динамический диапазон радиоизображений, получаемых на современных РТС дистанционного зондирования, не меньше, чем на 5 дБ.

5. Разработаны научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов с использованием современных аппа-

ратных средств, обеспечивающие для различных видов РТС и сцен имитацию эхо-сигналов с заданной точностью в реальном масштабе времени.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в »зданиях, рекомендованных ВАК

1. Герасимов, А.Б. Методика и результаты измерений основных метрологических характеристик имитатора эхо-сигнала радиофизической сцены / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Проектирование и технологии электронных средств. - 2009. - №4. - С. 47 - 51.

2. Герасимов, А.Б. Имитация эхо-сигналов в испытаниях радиолокационной техники / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Вопросы радиоэлектроники. - 2011. - (серия Радиолокационная техника ; вып. 1). - С. 202 - 209.

Патенты и свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

3. Способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени : пат. 2386143, Рос. Федерация: МПК G01S7/40/ Герасимов А. Б., Киселёва Ю. В., Кренёв А. II.; патентообладатель: ГОУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова» -№2008122328; заявл. 02.06.2008; опубл. 10.12.2009.

4. Программа расчёта параметров радиосигнала, имитирующего эхо-сигнал поверхности Земли : свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ/ Герасимов А. Б., Кренёв А. Н., Погребной Д.С.; правообладатель: ГОУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова» - №2010615588; заявл. 14.09.2010; опубл. 28.09.2010.

Прочие публикации

5. Герасимов, А.Б. Имитация радиолокационного сигнала, отражённого от поверхности Земли / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва, А.Н. Кренёв // Международная выставка и конференция «Авиация и космонавтика -2003» [Электронный ресурс] : тезисы докладов. Москва, 3 - б ноября 2003 г. - М.: МАИ, 2003. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

6. Герасимов, А.Б. Моделирование сигнала вторичного излучения в режиме картографирования земной поверхности / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва // XXX Гагаринские чтения : тезисы докладов Международной молодежной научной конференции, г. Москва, 6-10 апреля 2004 г. — М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2004. - Т.З. - С. 106.

7. Герасимов, А.Б. Моделирование сигнала вторичного излучения в задаче имитации режима картографирования с высоким разрешением / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва // Пятьдесят седьмая научно-техническая конференция студентов и магистров. 17 - 21 мая 2004 г., Ярославль : тез. докл. - Ярославль : Изд-во ЯГТУ, 2004. - С. 96.

8. Герасимов, А.Б. Имитационное моделирование радиолокационного картографирования в режимах низкого и высокого разрешения / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва, А.Н. Кренёв // V Всероссийская научно-

практическая конференция-выставка «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения». 1819 ноября 2004 г., Ярославль. Секция 1 : Состояние и перспективы развития инфокоммуникационных технологий и средств связи: тезисы докладов. - Ярославль : [б.и.], 2004. - С.42 - 44.

9. Герасимов, А.Б. Имитационное моделирование радиолокационного картографирования с высоким разрешением / А.Б. Герасимов, А.В. Си-ливакин // Федеральная итоговая научно-техническая конференция «Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам (проекты в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам». Материалы конференции. - М.: МИЭМ, 2004. - С. 151 - 154.

10. Герасимов, А.Б. Развитие модели сигнала радиолокационного картографирования для имитации режима высокого разрешения / А.Б. Герасимов, Ю. В. Киселёва, А.Н. Кренёв // XI Международная научно-техническая конференция Радиолокация, навигация, связь. 12 - 14 апреля 2005 г., Воронеж. - Воронеж : НПФ «Саквоее», 2005. - Т. 3. -С. 1391 -1397.

11. Герасимов, А.Б. Фацетная модель радиополигона / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва // Актуальные проблемы физики : Сб. науч. тр. молодых учёных, аспирантов и студентов. Выпуск 5 / Отв. за вып. д-р. физ.-мат. наук С.П. Зимин ; Яросл. гос. ун-т. - Ярославль : Яросл. гос. ун-т, 2005.-С. 81-88.

12. Герасимов, А.Б. Имитация при полунатурном моделировании режима картографирования / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв, Ю.В. Киселёва // Юбилейная научно-техническая конференция «Авиационные системы в XXI веке», г. Москва, 11-13 апреля 2006 г. : сб. докл. - М.: ГосНИИ-АС, 2006. - ДА. Т. 2. - С. 417 - 420.

13. Виноградов, К.Е. Физическое моделирование сигнала, отражённого от поверхности, в задаче радиолокационного картографирования / К.Е. Виноградов, А.Б. Герасимов, И.С. Горюнцов, Ю.В. Киселёва, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Перспективы использования новых технологий и научно-технических решений в ракетно-космической и авиационной промышленности : труды Международной конференции / под ред. Е.И. Артамонова. - М.: Институт проблем управления РАН, 2008. -С. 98 - 99.

14. Герасимов, А.Б. Имитация радиолокационного сигнала в задаче полунатурных испытаний средств дистанционного зондирования поверхности Земли / А.Б. Герасимов, Ю.В. Киселёва, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения: сб. докладов IX Всероссийской научно-практической конференции. Ярославль, 24-25 октября 2008 г. -Ярославль : [б.и.], 2008. - С. 101 - 106.

15. Герасимов, А.Б. Имитация эхо-сигналов поверхности для отработки радиолокационных систем дистанционного зондирования в режимах кар-

тографирования / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред [Электронный ресурс] : сб. докладов Четвёртой Всероссийской научной школы и конференции. Муром, 30 июня - 3 июля 2009 г. - Муром : Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2009. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

16. Герасимов, А.Б. Оценка области квазипостоянства амплитуды сигнала вторичного излучения земной поверхности / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв П Методы и устройства передачи и обработки информации: Меж-вуз. сб. научн. тр. - Вып. 11 / под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкина. -М.: Радиотехника, 2009. - С. 133 - 139.

17. Герасимов, А.Б. Значимость изменений парциальных задержек и допле-ровских частот участков земной поверхности при имитации сигнала вторичного излучения / А.Б. Герасимов, С.Н. Жиганов // Радиосистемы. - Вып. 146 / Методы и устройства формирования и обработки сигналов в связи и локации. - М.: Радиотехника, 2009. - №5. - С. 37 - 42.

18. Герасимов, А.Б. Имитация эхо-сигналов в испытаниях радиолокационной техники / А.Б. Герасимов, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной // Радиолокационная техника: устройства, станции, системы. PJIC-2010 : тезисы докладов Второй Всероссийской научно-практической конференции, посвящённой 35-летию отдела новых разработок Муромского завода радиоизмерительных приборов. Муром, 9-10 июня 2010 г. - Муром : МИ ВлГУ, 2010. - С. 67 - 68.

19. Герасимов, А.Б. Реализация и основные метрологические характеристики имитатора эхо-сигналов радиолокационного картографирования режима воздух-поверхность / А.Б. Герасимов, Д.С. Погребной // XI Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», 3-4 ноября 2010 г.: сб. докл. в 2 ч. - Ярославль : ЯВЗРУ ПВО, 2010. - Ч. I - С. 236 - 244.

20. Герасимов, А.Б. Условия наименьшей трудоёмкости моделирования эхо-сигнала поверхности Земли с заданной погрешностью / А.Б. Герасимов // Вестник Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. Серия Естественные и технические науки. - 2011. - № 1. - С. 48-53.

21. Герасимов, А.Б. Общий подход к имитации входных сигналов радиотехнических систем в каналах с частотно-пространственно-временным рассеиванием / А.Б. Герасимов, JI.H. Казаков, А.Н. Кренёв, Д.С. Погребной II Перспективные технологии в средствах передачи информации : Материалы 9-ой международной научно-технической конференции / Владим. Гос. Университет ; редкол. - Владимир : ВлГУ, 2011. -Т. 1.-С. 54-57.

Подписано в печать 19.09.11. Формат 60x84/16. Бумага оф. Отпечатано на ризографе.

Тираж 100 экз. Заказ 22/11. Отдел оперативной полиграфии ЯрГУ 150000, Ярославль, ул. Советская ,14.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАДИОСИГНАЛА, РАССЕЯННОГО РАДИОФИЗИЧЕСКОЙ СЦЕНОЙ.

1.1 Рассеяние волн радиофизической сценой.

1.2 Математическая модель эхо-сигнала радиофизической сцены.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИМИТАЦИЯ ЭХО-СИГНАЛА РАДИОФИЗИЧЕСКОЙ СЦЕНЫ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ.

2.1 Модель эхо-сигнала, обеспечивающая моделирование сигнала с заданной точностью при меньшем объёме вычислений.

2.2 Способ и устройство имитации эхо-сигнала сложной радиофизической сцены в реальном масштабе времени.

Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИ ЭХО-СИГНАЛА 51 , . , ' ! '

3.1 Определение условий моделирования эхо-сигнала с 'заданной точностью и минимальным объёмом вычислений.

3.2 Определение интервала времени, на котором обеспечивается заданная точность моделирования эхо-сигнала.

Выводы.

ГЛАВА 4. ИМИТАТОР ЭХО-СИГНАЛА ДЛЯ РТС ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ.

4.1 Разработка имитатора эхо-сигнала для РТС дистанционного зондирования поверхности Земли.

4.2 Испытания имитатора эхо-сигнала и измерение его метрологических характеристик.

Выводы.

В настоящее время наблюдается значительный прогресс радиотехнических систем (РТС) и их широкое применение в различных областях деятельности. Процесс разработки РТС непременно включает этап экспериментальной отладки и испытаний аппаратуры РТС, отработку алгоритмов её функционирования [1].

Испытания РТС в реальных условиях требуют больших финансовых и временных затрат. Другим недостатком натурных испытаний является сложность интерпретации полученных результатов, которая обусловлена случайным изменением условий эксперимента. В связи с этим широкое распространение получил другой метод, который предполагает проведение испытаний РТС на моделирующих комплексах с включением в их состав реальной аппаратуры [2]. Данный метод, называемый полунатурным моделированием, обеспечивает получение достоверных данных о работе реальной аппаратуры РТС в широком диапазоне условий} в ходе лабораторных исследований. Это позволяет повысить качество работы РТС, а

1 » у » < также удешевить и сократить сроки их разработки и испытаний. ;

Полунатурное моделирование осуществляется с использованием имитаторов внешних воздействий [2]. Работа имитаторов основана на моделях каналов распространения сигналов, разработке которых уделяется большое внимание в России и за рубежом. Существующие модели радиоканалов могут быть разделены на три вида: эмпирические, статистические и детерминированные.

Эмпирические модели представляют собой описание каналов, аппроксимирующее результаты экспериментальных измерений. Получение эмпирической модели осуществляют путём измерения сигнала в реальном канале и восстановления по результатам эксперимента системной функции радиоканала [3-5]. Достоинством эмпирических моделей является их высокая адекватность реальным каналам. Однако, область адекватности моделей данного вида невелика, что не позволяет проводить с их помощью исследования РТС в широком диапазоне условий.

Статистические модели представляют собой описание радиоканалов как случайных сред. В соответствии с данным представлением системные функции каналов рассматриваются как случайные, описываемые определённой вероятностной моделью [6]. Достоинством статистических моделей является возможность адекватного описания каналов в широком диапазоне условий при относительной математической простоте. Разработке моделей радиоканалов данного вида посвящены работы Введенского Б.А., Кловского Д.Д., Галкина А.П., Самойлова А.Г., Басса Ф.Г., Фукса И.М., Кларка Р.Х. (Clarcke R.H.), Потапова A.A. и других [6-13]. Они нашли широкое применение при моделировании и разработке имитаторов многолучевых каналов дальней тропосферной и ионосферной связи, каналов прямой видимости над взволнованной морской поверхностью и шероховатой поверхностью Земли, многолучевых городских каналов беспроводных систем передачи информации [7,10,14-27]., Недостатком .статистических моделей * является невозможность; адекватной имитации > тонкой структуры сигналов, которая обусловлена особенностями геометрического строения и электрических характеристик среды распространения.

Детерминированные модели представляют собой описание каналов на основе фундаментальных представлений о распространении сигналов, а также геометрических и электрических моделей сред. Разработке и применению моделей данного вида посвящены работы Борзова А.Б., Соколова A.B., Сухаревского О.И., Васильца В.А., Корнеева Ю.А. и других [28-38]. Данные модели основаны на аппроксимации сложной поверхности среды совокупностью простых элементов, для которых существуют аналитические решения уравнений электродинамики. При этом сигналы на выходе приёмной антенны РТС представляются в виде суперпозиции сигналов, рассеянных отдельными элементами модели среды.

С помощью детерминированных моделей удаётся достичь высокой степени адекватности имитации распространения сигналов в реальных каналах при использовании детальных геометрических и электрических моделей сред. При этом для достижения высокой степени адекватности имитации учитывается рассеяние не только гладкими элементами поверхности среды, но и острыми кромками и линейными отражателями [31, 32]. Однако, имитация структуры рассеянного сигнала с такой степенью детализации необходима только при решении узкого круга задач, например, при исследовании и отладке алгоритмов обнаружения и распознавания некоторых классов радиолокационных объектов, таких как автотранспортные средства, летательные аппараты, корабли [34]. В то же время во многих задачах требуется имитировать сигналы, рассеянные поверхностью Земли, естественными и искусственными объектами, совокупность которых далее называется радиофизической сценой. Примерами таких задач являются отладка алгоритмов работы РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования и оценка надёжности работы РТС передачи информации » < ,)у 1 ( <, 1 I (( 4 ч ;< '4 ч , ^ *

1в реальных условиях. Для адекватной имитации сигналов, рассеянных радиофизическими сценами, достаточно учитывать только рассеяние сигналов элементами гладких поверхностей сцены (фацетами). Причина этого состоит в том, что рассеяние сигналов диапазонов УВЧ и СВЧ на острых кромках и линейных отражателях радиофизической сцены носит, в основном, нерезонансный характер и не создаёт существенного вклада в результирующий сигнал, а для его моделирования требуются большие временные и вычислительные ресурсы [34].

Тем не менее, адекватность имитации эхо-сигналов радиофизических сцен достигается, если модели радиофизических сцен содержат большое, порядка юЧю10, количество фацетов [44]. При этом объём вычислений при имитации сигнала оказывается настолько большим, что для его выполнения в реальном масштабе времени требуется применение недопустимо сложных и дорогих вычислительных средств. В связи с этим в существующих имитаторах сигналов, рассеянных радиофизическими сценами, либо используются заранее подготовленные записи рассеянного сигнала, что не позволяет изменять условия эксперимента в процессе его проведения, либо применяются в значительной степени упрощённые модели сцен, не позволяющее адекватно имитировать тонкую структуру рассеянного сигнала [39, 40,45,46].

Таким образом, в настоящее время сложилась ситуация, в которой, с одной стороны, необходимо с высокой степенью адекватности в реальном масштабе времени имитировать радиосигналы, рассеянные радиофизическими сценами со сложной геометрией (эхо-сигналы сложных радиофизических сцен). С другой стороны, имитация эхо-сигналов таких сцен в реальном масштабе времени с заданной степенью адекватности на основе известных моделей и методов нереализуема с использованием современных аппаратных средств вычислительной техники. Разрешение данного противоречия представляет актуальную задачу, решению которой посвящена диссертационная работа.

Целью диссертационной работы является обеспечение имитации эхо-сигналов сложных радиофизических сцен с заданной точностью в реальном масштабе времени с использованием современных аппаратных средств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи.

1. Разработать математическую модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающую моделирование сигнала с заданной точностью при меньшем объёме вычислений в сравнении с" известными моделями, основанными на фацетном представлении сцены.

2. Разработать способ адекватной имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени.

3. Провести экспериментальные исследования возможности имитации эхо-сигналов сложных радиофизических сцен с заданной точностью в реальном масштабе времени с использованием современных аппаратных средств на основе полученных теоретических результатов. Методы исследований включают методы электродинамики и физической оптики, теорию линейных радиотехнических систем, метод численного моделирования, методы цифровой обработки сигналов. Положения и результаты работы, выносимые на защиту.

1. Математическая модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающая моделирование сигнала с заданной точностью при меньшем объёме вычислений в сравнении с известными моделями, основанными на фацетном представлении сцены.

2. Способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, обеспечивающий имитацию в реальном времени сигналов, адекватных эхо-сигналам сложных радиофизических сцен. 3. Имитатор, обеспечивающий в реальном масштабе времени физическое формирование эхо-сигналов сложной радиофизической сцены с ^ заданной точностью.

4. Научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и , формированию сигналов с использованием современных аппаратных средств, обеспечивающие для различных видов РТС и сцен имитацию эхо-сигналов с заданной точностью в реальном масштабе времени. Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, обеспечивающая моделирование сигнала с заданной точностью, отличающаяся от известных моделей, основанных на фацетном представлении радиофизической сцены, сокращением числа переменных во времени параметров.

2. Разработан способ адекватной имитации радиосигнала, отражённого от радиофизической сцены, в реальном времени, отличающийся группировкой фацетов, сигналы которых не разрешаются РТС, и вычислением используемой для имитации радиосигнала импульсной характеристики сложной радиофизической сцены по суммарным коэффициентам передачи групп фацетов.

3. Разработан имитатор эхо-сигнала сложной радиофизической сцены, отличающийся тем, что расчёт импульсной характеристики сцены с упреждением по времени осуществляется одновременно с формированием сигнала на параллельно работающих частях имитатора.

4. В ходе экспериментальных исследований разработаны новые научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов с использованием современных аппаратных средств.

Практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть использованы при создании имитаторов радиосигналов, адекватных сигналам в каналах, образованных сложными радиофизическими сценами. Применение этих имитаторов в составе стендов полунатурного моделирования и тренажёров позволит повысить надёжность работы и достоверность определения характеристик РТС, удешевить и сократить сроки разработки РТС, повысить уровень подготовки специалистов и операторов РТС.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы обсуждены на следующих конференциях.

1. Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2003», г. Москва, 2003 г.

2. Международная молодежная научная конференция «XXX Гагаринские чтения», г. Москва, 2004 г.

3. V Всероссийская научно-практическая конференция-выставка «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», г. Ярославль, 2004 г.

4. Пятьдесят седьмая научно-техническая конференция студентов и магистров, г. Ярославль, 2004 г.

5. Федеральная итоговая научно-техническая конференция «Всероссийского конкурса на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам (проекты в области высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам», г. Москва, 2004 г.

6. XI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация Навигация Связь», г. Воронеж, 2005 г.

7. Юбилейная научно-техническая конференция «Авиационные системы в XXI веке», г. Москва, 2006 г.

8. Международная конференция «Перспективы использования новых технологий и научно-технических решений в ракетно-космической и авиационной промышленности»,'г. Москва, 2008 г. , ' ; »

9. IX Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», г. Ярославль, 2008 г.

10. IV Всероссийская научная школа и конференция «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред», г. Муром, 2009 г.

11. II Всероссийская научно-практическая конференция «Радиолокационная техника: устройства, станции, системы РЛС-2010», г. Муром 2010 г.

12. XI Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения», г. Ярославль, 2010 г.

13. 9-ая Международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации», г. Владимир, 2011 г.

Также результаты диссертационной работы представлены в виде стендовых докладов и действующих макетов на следующих выставках:

1. V Всероссийская выставка Научно-Технического Творчества Молодежи, г. Москва, 2005 г.

2. VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций, г. Москва, 2007 г.

3. Российская национальная выставка в Республике Индия, г. Дели, 2008 г.

4. IX Всероссийская выставка Научно-Технического Творчества Молодежи, г. Москва, 2009 г.

5. Межрегиональная специализированная выставка-конференция информационных технологий и телекоммуникаций «IT Volga 2009», г. Ярославль, 2009 г.

6. XIII Московский международный (Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед-2010», г. Москва, 2010 г.

7. II Международный форум по интеллектуальной собственности «Expopriority 2010», г. Москва, 2010 г.

8. Межгосударственная выставка, посвященная 20-летию Содружества Независимых Государств «20 лет СНГ: к новым горизонтам партнёрства», г. Москва, 2011г.

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 5 тезисах и 8 докладах конференций, а также в 6 статьях, из которых 2 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК [47-67]. i

На способ имитации сигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени получен патент №2386143 от 10.04.2010 [58]. Зарегистрирована программа расчёта параметров радиосигнала, имитирующего эхо-сигнал поверхности

Земли, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010616423 от 28.09.2010 [63].

Внедрение результатов работы. Имитатор эхо-сигнала подстилающей поверхности внедрён на стенде полунатурного моделирования для отладки алгоритмов работы РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования в ЗАО «Новые технологии», г. Москва. Результаты работы внедрены в ОАО «НПО «Транском», г. Москва для повышения точности прогноза зон уверенной связи РТС в каналах «земля - самолёт», «самолёт - самолёт». Также результаты работы (в частности, способ имитации радиосигнала) применены при выполнении НИР и ОКР в ЯрГУ им. П.Г. Демидова, а также внедрены в учебный процесс по специальностям «Радиофизика и электроника» и «Телекоммуникации» и процесс подготовки специалистов высшей квалификации на кафедре радиотехнических систем ЯрГУ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 53 формулы, иллюстрирована 40 рисунками и 5 таблицами. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 95 наименований на 13 страницах и двух приложений на 11 страницах.

Выводы

1. Разработан и изготовлен имитатор эхо-сигнала поверхности Земли для РТС дистанционного зондирования, который обеспечивает физическое формирование в реальном масштабе времени радиосигнала, адекватного динамическому изменению обстановки.

2. Разработаны научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов ,с использованием современных аппаратных средств, обеспечивающие для различных видов РТС имитацию эхо-сигналов с заданной точностью в реальном масштабе времени.

3. Динамический диапазон разработанного имитатора при формировании эхо-сигнала реальной местности составляет в среднем не менее 45 дБ, что превышает динамический диапазон радиоизображений, получаемых на современных РТС дистанционного зондирования в режиме картографирования не меньше, чем на 5 дБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Разработана математическая модель эхо-сигнала радиофизической сцены, обеспечивающая в сравнении с известными моделями, основанными на фацетном представлении радиофизической сцены, уменьшение объёма вычислений при моделировании сигнала в 50 - 730 раз при относительной ошибке моделирования 1,5 - 20 %.

2. Разработан способ имитации радиосигнала, отражённого от пространственно распределённой динамической радиофизической сцены, в реальном времени и предложена структурная схема устройства, реализующего данный способ.

3. Получены зависимости изменения параметров формирования сигнала и ошибки моделирования от параметров разработанной модели, по которым могут быть определены условия имитации эхо-сигнала с требуемой адекватностью при заданных параметрах РТС.

4. С применением полученных результатов разработан имитатор эхо-сигнала поверхности Земли для РТС дистанционного зондирования, обеспечивающий адекватную имитацию эхо-сигнала с динамическим диапазоном, который в среднем превышает динамический диапазон радиоизображений, получаемых на современных РТС дистанционного зондирования, не меньше, чем на 5 дБ.

5. Разработаны научно-практические рекомендации по реализации имитаторов и формированию сигналов с использованием современных аппаратных средств, обеспечивающие для различных видов РТС и сцен имитацию эхо-сигналов с заданной точностью в реальном масштабе времени.

1. Испытания РЛС (оценка характеристик)./ А.И. Леонов, С.А. Леонов., Ф.В. Нагулинко и др.: под ред. А.И. Леонова. М.: Радио и связь, 1990.-208 с.

2. Васильев К.К. Математическое моделирование систем связи: учебное пособие / К.К. Васильев, М.Н. Служивый. Ульяновск : УлГТУ, 2008. - 170 с.

3. J. Kolu, Jamsa Т., Hulkkonen A. Real Time Simulation of Measured Radio Channels // 2003 IEEE 58th Vehicular Technology Conference. VCT 2003-Fall. Oct. 6-9,2003. Orlando, Florida USA. Vol. 1. - P. 183-187;

4. Кловский Д.Д., Сойфер B.A. Обработка пространственно-временных сигналов. -M.: «Связь», 1969. — 376 с.

5. Галкин А.П., Лапин А.Н., Самойлов А.Г. Моделирование каналов систем связи. М.: Связь, 1979. - 96 с.

6. Самойлов А.Г. Имитаторы многолучевых радиоканалов // Проектирование и технология электронных средств. 2003. - № 4.-С. 32-36.

7. Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972. - 424 с.

8. Волков JI.H., Немировский B.C., Шинаков Ю.С. Цифровые системы радиосвязи : базовые методы и характеристики : Учебн. Пособие. М.: Эко-Трендз, 2005. - 392 с.

9. Потапов А. А., Колесников А.И. Спектральные характеристики изображений земной поверхности // Радиотехника и электроника. -1993. Т.38. -N 10. - С.1851-1862.

10. Потапов А.А. Исследование влияния растительного покрова на обратно рассеянное поле миллиметровых волн // Радиотехника и электроника. -1991. Т.36. - № 2. - С. 239-246.

11. Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием. — М.: Советское радио, 1973. 302 с.

12. Давыденко Ю.И. Дальняя тропосферная связь. М.: Воениздат, 1968. -211 с.

13. Красюк Н.Р., Коблов B.JL, Красюк В.Н. Влияние тропосферы и подстилающей поверхности на работу PJIC. М.: «Радио и связь», 1988.-216 с.

14. Тверской Г. Н., Терентьев Г.К., Харченко И.П. Имитаторы эхо-сигналов судовых радиолокационных станций. JL: Судостроение, 1973.-225 с.

15. Yoshio Karasawa. Statistical Multipath Propagation Modeling for Broadband Wireless Systems // IEICE Trans. Commum. 2007. - Vol E90-B. -№ 3. - P. 468-484.

16. Benoit Roturier, Beatrice Chateau. A General Model for VHF Aeronautical Multipath Propagation Channel // ACP WG-D meeting. 19-28 January 1999, Honolulu, United States Электронный ресурс. -http://www.icao.int/anb/Panels/ACP/WG/DAVGD 10/wgd10 06.pdf.

17. By Ван Шон. Разработка имитатора радиоканалов мобильной связи : автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук : 05.12.13 / By Ван Шон; Место защиты: Владимир, гос. ун-т. Владимир, 2009. - 20 с.

18. Xiongwen Zhao, Jarmo Kivinen, Pertti Vainikainen. Propagation Characteristics for Wideband Outdoor Mobile Communications at 5.3 GHz // IEEE Journal on selected Areas in Communications. Vol. 20. - №. 3. -April 2002.

19. Электронный каталог продукции компании Rohde & Schwarz Электронный ресурс. www.rohde-schwarz.ru.

20. Method and apparatus for simulating radio channel : US Patent №7394880 : International Classes H04B1/10; H04L29/14; H04B7/26; H04B17/00;

21. Н04В1/10; H04L29/14; Н04В7/26; Н04В17/00/ Juha Kemppainen (FI), Torsti Poutanen (FI), Jussi Harju (CH); Assignee JOT Automation OY (FI). App. Numb. 10/853789; Filing Date: 25/05/2004; Publ. Date: 01/07/2008.

22. RF Channel Simulator : US Patent № 6058261 : International Classes: H04B17/00; H04B17/00; (IPC1-7): G06F17/50/ Juha H.A. Rapeli (FI); Assignee Nokia Mobile Phones Limited (FI). App. Numb 08/330265; Filing Date 27/10/1994; Publ. Date 02/05/2000.

23. Борзов А.Б., Соколов A.B. Математическая модель рассеяния электромагнитных волн на объектах сложной формы // Электромагнитные волны и электронные системы. 1998. - №10. -С. 39-54.

24. Борзов А.Б., Быстров Р.П., Соколов A.B. Анализ радиолокационных характеристик объектов сложной пространственной конфигурации // Журнал радиоэлектроники Электронный ресурс. 1998. - № 1. -http://ire.cplire.ru/mac/dec98/4/text.html.

25. Борзов А.Б., Соколов A.B., Сучков В.Б. Цифровое моделирование входных сигналов систем ближней радиолокации от сложных радиолокационных сцен // Успехи современной радиоэлектроники. 2004. -№9-10-С. 38-62.

26. Сухаревский О.И., Василец В.А, Кукобко C.B. и др. Рассеяние электромагнитных волн воздушными и наземными объектами. -Харьков : ХУПС, 2009. 468 с.

27. Сухаревский О.И., Василец В.А, Горелышев С.А. ЭГТР объектов с неидеально отражающей поверхностью, имеющей изломы //

28. Материалы Всероссийской конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ» ИЗЭМВ-2001. Таганрог: ТГРУ, 2001. - С. 46-48.

29. Киселёва Ю.В., Кренёв А.Н. Полунатурное моделирование в задаче картографирования земной поверхности // Телекоммуникации. 2003. - №2. — С. 26-29.

30. Peter F. Driessen Prediction of Multipath Delay Profiles in Mountainous Terrain // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2000. -Vol. 18. -No. 3.- P. 336-364.

31. Тырышкин И.С. Метод моделирования эхо-сигнала от земной поверхности на основе рекуррентных алгоритмов // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2004. - №9. - С. 59 - 62.

32. Тырышкин И.С. Алгоритм вычисления отсчётов моделируемого эхо-сигнала от земной поверхности для импульсно-допплеровской РЛС сфазокодоманипулированным сигналом // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2004. - № 10. - С. 45 - 46.

33. Ю.В. Лаврентьев. Квазидетерминированная трёхмерная модель многолучевого распространения миллиметровых волн в городской застройке // Журнал радиоэлектроники Электронный ресурс. 2000.t,5. http://ire.cplire.rU/koi/mav00/2/text.html.

34. A.A. Карпов. Модель городского многолучевого радиоканала с предварительной обработкой данных о городской застройке // Журнал Радиоэлектроники Электронный ресурс. 2008.- №8. -http://ire.cplire.ru/mac/aug08/2/text.pdf.

35. J'an Klima, Mari'an Mozucha. Influence of Terrain on Multipath Propagation of FM Signal // Journal of Electrical Engineering. 2005. -Vol. 56. - No. 5 - 6. - P. 113 - 120.

36. Герасимов А.Б., Киселёва Ю.В. Имитация радиолокационного сигнала, отражённого от поверхности Земли // Авиация и космонавтика 2003

37. Электронный ресурс. : тезисы докладов Международной выставки иконференции «Авиация и космонавтика 2003», г. Москва, 3-6ноября 2003 г. М.: МАИ, 2003. - С. 141 - 142. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

38. Герасимов А.Б., Киселёва Ю. В., Кренёв А.Н. Развитие модели сигнала радиолокационного картографирования для имитации режима высокого разрешения // Радиолокация, навигация, связь : сб. докладов

39. XI Международной научно-технической конференции. 12—14 апреля 2005 г., Воронеж. Воронеж : НПФ «Саквоее», 2005. - Т. 3. -С.1391 -1397.

40. Герасимов А.Б., Кренёв А.Н. Оценка области квазипостоянства амплитуды сигнала вторичного излучения земной поверхности // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. научн. тр. Вып. 11 / под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкина. - М.:

41. Радиотехника, 2009. С. 133 - 139. л >i S,, I t н I

42. Герасимов А.Б., Кренёв А.Н., Погребной Д.С. Методика и результаты измерений основных метрологических характеристик имитатора эхо-сигнала радиофизической сцены // Проектирование и технологии электронных средств. 2009. - №4. - С. 47 - 51.

43. Герасимов А.Б. Условия наименьшей трудоёмкости моделирования эхо-сигнала поверхности Земли с заданной погрешностью // Вестник

44. Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. Серия Естественные и технические науки. 2011. - № 1. - С. 48 - 53.

45. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. ВУЗов. М. : Высшая школа, 1989.-287 с.

46. Орлов Р.А., Торгашин Б.Д. Моделирование радиолокационных отражений от земной поверхности. Л.: изд. Ленинградского университета, 1978. - 148 с.

47. Чёрный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: «Сов. радио», 1972.-464 с.

48. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. -М.: Наука, 1999. 497 с.

49. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975. - 528 с.

50. Штагер Е.А. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы М.: Радио и связь, 1986. - 184 с.

51. Радиолокационные методы исследования Земли, под ред. Ю.А. Мельника. М.: Советское радио, 1980. - 262 с.5

52. Блиох П.В., Штагер Е.А. Критерий дальней зоны при рассеянии флуктуирующих волн на колеблющемся теле. Труды IX симпозиума по теории дифракции и рассеянию волн. - Тбилиси, 1985. - 214 с.

53. Лысанов Ю.П. О критерии, определяющем «дальнюю зону» при рассеянии волн на статистически шероховатой поверхности // Акустический журнал. 1971.-№6. -С. 312-314.

54. Штагер Е.А. О критерии дальней зоны при измерении среднего эффективного поперечника рассеяния группы отражателей // Радиотехника и электроника. 1970. - Т. 25. -№ 9. - С. 1791 - 1796.

55. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели- М.: Советское радио, 1975.-248 с.

56. Баскаков И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.

57. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для ВУЗов — 4-ое изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1986. 512 с.

58. Процессоры Intel в соответствии с экспортными требованиями Электронный ресурс. Электрон, дан. - Intel, 2006. -www.intel.com/support/ru/processors/sb/CS-023143 .htm

59. Virtex-6 Family Overview Электронный ресурс. V. 2.3- Электрон, дан. - Xilinx, 24 March 2011. www.xilinx.com/support/documentation/data sheets/dsl 12.pdf

60. Stratix V Device Handbook Volume 1 Электронный ресурс.: Overview and Datasheet. Электрон, дан. - Altera, June 2011. -www.altera.com/literature/hb/stratix-v/stx55v3.pdf

61. Рабинер JI., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: «Мир», 1978. - 848 с.

62. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. -М.: Мир, 1990. 584с.

63. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. Учебное пособие дляс + tвузов. М.: Радиотехника, 2005. - 368 с. ' *

64. TMS320C6456 Fixed-Point Digital Signal Processor Электронный ресурс. Электрон, дан. - Texas Instruments, May 2005. focus.ti.com/lit/ds/svmlink/tms320c6455.pdf

65. ADSP-TS201 TigerSHARC Processor Hardware Reference Электронный ресурс. Электрон, дан. - Analog Devices, December 2004. -www.analog.com/static/importedfiles/processor manuals/396096833ts201 hwr.pdf

66. Spartan-3 FPGA Family Data Sheet Электронный ресурс. Электрон, дан. - Xilinx, 4 December 2004. -www.xilinx.com/support/documentation/data sheets/ds099.pdf

67. Virtex 4 Family overview Электронный ресурс. V. 3.1- Электрон, дан. - Xilinx, 30 August 2010. -www.xilinx.com/support/documentation/data sheets/dsl 12.pdf

68. Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. М.: Горячая линия - телеком, 2005. - 252 с.

69. Субмодуль АЦП ADM212x200M Электронный ресурс. : руководствопользователя / Швец В.В., Нищирет Ю.А., Соколов А.М. Электрон.дан. М.: Инструментальные системы, 2006. —1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Систем, требования: Windows ХР, Microsoft Word 2003.

70. Субмодуль квадратурного модулятора ADMQM9857 Электронный ресурс. : руководство пользователя / Воронков Е.А. Электрон, дан. -М.: Инструментальные системы, 2004. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Систем, требования: Windows ХР, Microsoft Word 2003.