автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Специальное программное обеспечение системы компьютерного моделирования частотно-поляризационного информационного доступа к удаленному приемнику

иизоез143

На правах рукописи

ГЛАЗУНОВ Олег Александрович

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ДОСТУПА К УДАЛЕННОМУ ПРИЕМНИКУ

Специальность 05.13 11 — Математическое и программное

обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? /• МАП 2007

Воронеж - 2007

003063149

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Юдин Владимир Иванович

Официальные оппонент].!

доктор технических наук, профессор Кравец Олег Яковлевич,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Крекотень Борис Петрович

Ведущая организация

Воронежский институт МВД России

Защита состоится 31 мая 2007 г в 1130 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212 037 01 Воронежского государственного технического университета по адресу 394026, г Воронеж, Московский просп , 14

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан 28 апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета """ Пито шн В М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В промышленности вследствие развития разнообразных дистанционно управляемых технологий, в геодезии и маркшейдерских системах, при проходке шахт метро, туннелей и др, в борьбе с группами промышленного шпионажа широкое распространение получили оптические системы и средства контроля и управления, наблюдения и сбора информации, в том числе оптические средства дистанционного действия Целями применения подобных систем являются повышение надежности функционирования и обеспечение оптимального режима работы элементов системы

Учитывая вышеизложенное, актуальной является задача дистанционного определения частотных и поляризационных «окон» прозрачности входной части оптических приемников, позволяющая по полученным данным о параметрах поляризационных и частотных фильтров осуществлять подстройку режима работы оптической системы для обеспечения оптимальности и надежности ее функционирования

Существуют различные методы и средства поиска «окон» прозрачности удаленных оптических приемников, однако, наиболее полно требованиям поставленной задачи удовлетворяют методы, применяемые в лазерном видении Значительные успехи в области лазерного видения достигнуты, например, в МГТУ им Н Э Баумана Следует отметить, что наиболее часто используется аппаратура, действующая в невидимом инфракрасном диапазоне излучения, в частности в области длин волн Я = 9 11 мкм Основу данной аппаратуры составляют лазеры, перестраиваемые по длине волны Разработка подобных лазеров велась в ЦКБ уникального приборостроения АН СССР (Москва), Институте спектроскопии АН СССР (Троицк, Московская обл ), НПО «Плазма» (Рязань), Институте оптики атмосферы СО АН СССР (Томск), МГТУ им Н Э Баумана (Москва), ВГТУ (Воронеж) и других организациях

Математическое и программное обеспечение существующих систем не полностью учитывают специфику поиска «окон» прозрачности оптических приемников, когда для этого применяется электронное управление длиной волны излучения лазера и ориентацией плоскости поляризации Поэтому для целей анализа параметров удаленного оптического приемника требуется разработка специализированного математического и программного обеспечения, позволяющего осуществить за минимальное время определение таких параметров оптической части приемника, как рабочая длина волны и рабочее значение угла наклона плоскости поляризации В связи с вышесказанным разработка математических моделей, математического и программного обеспечения, составляющего основу информационной системы, измеряющей указанные выше технические параметры, представляется актуальной научной задачей

Данная работа подготовлена по материалам научно-исследовательской работы «Разработка аппаратуры лазерного функционального управления удаленными объектами», выполненной на кафедре радиоэлектронных устройств и систем ВГТУ в рамках научно-технической программы «Конверсия и высокие технологии», а также по научным направлениям Воронежского государственного технического университета «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи,

приема и защиты информации» и «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы»

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка специального математического и программного обеспечения вычислительного процесса частотно-поляризационного информационного доступа к удаленному оптическому приемнику с учетом влияния атмосферы Земли на основе методов конечных автоматов

Достижение поставленных целей потребовало решения следующих задач

- разработки обобщенной математической модели формирования лазерного сигнала, отраженного от оптического приемника с учетом его распространения в приземном слое атмосферы Земли,

- разработки средств специального математического обеспечения процедур моделирования поиска частотного и поляризационного рабочих «окон» прозрачности оптического приемника,

- проведения алгоритмизации процесса анализа характеристик удаленного оптического приемника,

- разработки интерфейса визуализации характеристик анализируемого оптического приемника и связи человека с автоматизированной системой анализа,

- вычислительного тестирования и верификации устойчивости разработанных алгоритмов и программ поиска частотно-поляризационных «окон» прозрачности оптических приемников

Методы исследования. При выполнении работы были использованы методы теории вероятностей, структурного, объектно-ориентированного, визуального и автоматного программирования, теории турбулентной атмосферы, теории переноса излучения, методы численного моделирования на ЭВМ

Научная иовнзна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной

1 Унифицированная математическая модель, формализующая процесс бесконтактного формирования информационного сигнала о параметрах поляризационного и частотного фильтров удаленного оптического приемника, позволяющая производить статическую и динамическую обработку данных о доступе в удаленный приемник

2 Алгоритмы поиска поляризационного и частотного «окон» удаленного оптического приемника, отличающиеся применением технологии программирования конечных автоматов, обеспечивающие определение рабочих параметров фильтров удаленного оптического приемника

3 Унифицированный алгоритм информационного дистанционного доступа к удаленному оптическому приемнику, позволяющий оперативно определить «окно» прозрачности его входного блока и отличающийся комплексным анализом информационного сигнала

4 Структура программного обеспечения системы компьютерно1 о моделирования процесса информационного доступа к удаленному оптическому приемнику, отличающаяся учетом влияния атмосферы Земли, обеспечивающая оперативный интерактивный поиск его частотно-поляризационного «окна» на разных операционных платформах

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании математического и программного обеспечения процесса моделирования и проектирования систем лазерной связи Предложенные в работе модели и алгоритмы обеспечивают анализ параметров поляризационных и частотных фильтров удаленных оптических приемников, а также дистанционную оценку информационной доступности оптических приемников

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях НИИ Радиоэлектроники и лазерной техники при МГТУ им Н Э Баумана, а также внедрены в учебный процесс ВГТУ на кафедре РЭУС в рамках дисциплин «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Оптические устройства в радиотехнике»

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях XVI НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Украина, Судак, 2004), XI - XIII Международные НТК "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2005 - 2007), XVII Международная НТК "Лазеры в науке, технике и медицине" (Адлер, 2006), III НТК "Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли" (Адлер, 2006)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит в [1] - алгоритм поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника, [2, 10] - математическое обеспечение процедуры поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника, [6, 8] - математический метод моделирования поиска поляризационного «окна» удаленного оптического приемника, [3, 4, 5] -анализ и разработка математической модели поляризатора удаленного оптического приемника, [7, 9] — алгоритм расчета составляющих излучения, регистрируемого принимающей системой, после облучения лазерным пучком удаленного оптического приемника, [11] - структура и технология создания программного средства информационного доступа к удаленному приемнику

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения Работа изложена на 137 страницах, содержит 65 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 101 наименования

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы, сформулированы цель работы, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дана краткая аннотация диссертации по главам

Первая глава посвящена рассмотрению содержательных компонентов современных компьютерных систем моделирования и анализа дистанционного доступа к удаленному оптическому приемнику (УОП) Дан обзор современных средств программного обеспечения систем моделирования лазерных систем связи открытого типа, применимых для решения задачи моделирования процесса дистанционного доступа к УОП Обоснованы цель и задачи разработки специальных средств мате-

матического и программного обеспечения современных систем компьютерного моделирования и анализа дистанционного доступа к УОП

На рис 1 приведена схема системы частотно-поляризационного информационного доступа к удаленному оптическому приемнику При этом под данным доступом понимается поиск частотного и поляризационного «окон» прозрачности УОП, обеспечивающие информационный доступ к нему

Поисковый Удаленный

тупа к удаленному оптическому приемнику

Проведение моделирования и последующего анализа работы лазерной системы связи открытого типа позволяют выполнить существующие в настоящее время программные средства систем компьютерного моделирования Однако при работе в более узкой проблемной области, в частности в области поиска частотно-поляризационных «окон» оптического приемника, инструментарий, предлагаемый данными программными средствами, является избыточным, т е производители данных систем, стремясь охватить широкий круг задач, предлагают большое количество инструментов, однако при этом обеспечение данными программами универсальности и возможности моделирования различных технических систем, приводит к использованию упрощенных моделей применительно к элементам оптической системы связи Это приводит к невозможности применения существующих программных средств при моделировании процесса поиска «окон» прозрачности удаленных оптических приемников Решением задачи моделирования частотно-поляризационного доступа к УОП является разработка специальных программных средств систем компьютерного моделирования, качественно и оперативно решающих вопросы моделирования и анализа поставленных задач

При создании специального программного средства компьютерного моделирования поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника приняты следующие положения

1 Компоненты, моделирующие элементы оптической системы связи, взаимодействуют путем использования принципов объектно-ориентированного языка (С++), т е путем использования свойств и методов объектов соответствующих классов

2 На пользователя возлагаются задачи выбора параметров исследуемой оптической системы, режима ее работы, а также проведения экспериментов и анализа полученных результатов, все расчетные задачи возлагаются на ЭВМ

3 В построенной иерархии компьютерной системы моделирования, в которой на верхней ступени стоит модель (объект) оптического канала исследуемого оптического приемника, более низкий уровень имеют другие элементы системы (поляризатор, полосовой фильтр, фотоэлемент т д ) и на самом нижнем уровне находятся элементы информационного обеспечения пользователя, информационно сопровождающие ход компьютерных экспериментов (информационные панели, графики)

Вторая глава посвящена разработке средств математического обеспечения процедур моделирования процесса дистанционного информационного доступа к удаленному оптическому приемнику

На рис 2 приведена функциональная схема системы моделирования частотно-поляризационного информационного доступа к УОП

Моделирование частотно-поляризационного информационно! о доступа к УОП

Моделирование системы поиска поляризационного «окна» УОП_

Моделирование сис1емы поиска частотного «окна»

_УШ_

Алгоритм поиска поляризационного «окна»

Модель Модель Модель

поискового ПОИСКОВОГО атмосферы

лазера приемника Земли

Рис 2 Функциональная схема системы моделирования частотно-поляризационного информационного доступа к УОП

Для поиска частотно-поляризационных «окон» УОП, действующего в среднем ИК диапазоне, выбран С02 лазер, в котором с высокой скоростью (за малый промежуток времени) можно осуществлять перестройку частоты излучения в двадцатипроцентном диапазоне и также быстро изменять ориентацию плоскости поляризации выходного излучения

При разработке математической модели поляризационного фильтра УОП рассмотрено падение плоской линейно поляризованной волны индуцированного излучения СОг лазера на апертуру оптического приемника, отнесенного от лазера на большое расстояние

Получено выражение, определяющее отклонение угла наклона плоскости поляризации излучения, отраженного поверхностью поляризационного фильтра, изготовленного из анизотропного одноосного кристалла, от угла наклона плоскости поляризации зондирующего излучения

Да = ашд-аотр = а„адЩа„од), (1)

1 + п2у

где А =

1~"2х

\ + п2х 1 -п2у

п2х 11 п2) ~ показатели преломления х -

и у -составляющих зондирующего из-

лучения,

апад ~ угол наклона плоскости поляризации зондирующего излучения, аотр - угол наклона плоскости поляризации излучения, отраженного поверхностью поляризационного фильтра УОП

Рассмотрено влияние применения просветляющих покрытий с показателем преломления и в поляризационных фильтрах на зависимость углового отклонения Да от «„ж) и изменение выражения (1) для данного случая

-"2х

-п2у

ЧЯпад

(2)

Проанализированы также зависимости коэффициентов отражения поляризационных фильтров от угла поляризации волны лазерного излучения без использования просветления оптики

Кт (апад ):

г1ъ2{а„ай) + гЪ

>82{апад) + 1

(3)

где Гх и Гу — соответствующие коэффициент отражения Френеля для х- и у -

составляющих зондирующего излучения, и с использованием просветления оптики

113 +-----

КпЛапад)'

1 + Г32Г13со8(2/? + <!>)

(4)

где ГI

13

1 -Из

— амплитудный коэффициент отражения на границе воздух-

1 + Л3

просветляющий материал,

«з - коэффициент преломления просветляющего материала,

Г32 (апад) =

'8 («„■*>)+ 1

нице просветляющий материал-одноосный кристалл,

- амплитудный коэффициент отражения на гра-

2л-

1

/73/г

фазовый

тиф

'иффэ

сдвиг волн,

Л — толщина просветляющего слоя,

Л - длина волны, 6 - фазовый сдвиг, учитывающий скачки фазы на границе сред

Анализ результатов проведенных расчетов показал, что изменение ориентации плоскости поляризации линейно поляризованного излучения СС>2 лазера или использование лазера с круговой поляризацией выходного излучения позволяют определить отклонение угла поляриза-

Рис 3 Вариант устройства входного блока удаленного оптического приемника, где 1 - защитное окно, 2 — поляризатор, 3 - интерференционный фильтр, 4 — фоточувствительный элемент

ции, отраженного входным блоком излучения от угла наклона плоскости поляризации исходного зондирующего излучения Таким образом, выявляется анизотропия входного блока удаленного оптического приемника, свидетельствующая о наличии в его составе поляризационного фильтра

Разработана математическая модель нахождения поляризационного «окна» УОП, построенная на базе математической модели его входного блока, схема устройства которого приведена на рис 3

По приведенной схеме устройства удаленного оптического приемника составлены расчетные выражения для определения коэффициентов отражения интенсивности падающего на него апертуру некогерентного излучения

Ron + +т1фяф J, (5)

где RJU, Rmjc и Rmy, Ru,р, Rtj,j - соответственно коэффициенты отражения защитного окна, х - и ^-компонент зондирующего излучения от поверхности поляризационного фильтра, интерференционного фильтра и фоточувствительного элемента

Для когерентного излучения получено следующее выражение коэффициента отражения входной части УОП

Raп (<*пад) = Rxsm2(апад) + Ry cos2(а„ад), (6)

где Rх ~ RJ о х+п.1 х + Ru ф хл-ф з х + R J О х+ru х Ru ф х+ф з х C0s(^ Оx+m х ~ *Ри фх+ф з х) ~ эффициент отражения х -составляющей зондирующего излучения,

R3ox+mx ~ суммарный коэффициент отражения от защитного стекла и поляризатора,

кифх+фзх ~ суммарный коэффициент отражения от интерференционного фильтра и фоточувствительного элемента,

Рзох+шх ~ фаза суммарного излучения отраженного от защитного стекла и поляризатора,

<Р m xt ш х ~~ фаза суммарного излучения отраженного от интерференционного фильтра и фотоэлемента,

Ry = о y+ni у ~ коэффициент отражения у -составляющей зондирующего излучения

Результат расчета коэффициента отражения входного блока УОП для когерентного линейно поляризованного излучения (рис 4), показал, что в случае совпадения угла наклона плоскости поляризации зондирующего излучения с углом наклона плоскости поляризации удаленного оптического приемника наблюдается

7

\

ч /

\ /

Л \ т

\ ,

V ^

Рис 4 Зависимость коэффициента отражения входного блока удаленного оптического приемника для когерентного линейно поляризованного излучения от угла наклона его плоскости поляризации

максимум отражения (при длине волны, отличной от рабочей длины волны исследуемого приемника) и минимум в ортогональном положении

В связи с этим для нахождения поляризационного «окна» УОП необходимо изменением угла наклона плоскости поляризации зондирующего излучения добиться максимума отражения излучения, данный угол и будет соответствовать поляризационному «окну» исследуемого удаленного приемника

При работе в реальной ситуации определения рабочего угла поляризации УОП, учтено влияние среды распространения на излучение, поскольку последняя вносит изменения в амплитуды ортогонально ориентированных составляющих отраженной волны Только при однократном рассеянии вперед и назад степень поляризации рассеянного и падающего излучения совпадают, при других углах рассеяния они могут значительно отличаться Если рассеяние носит многократный характер, то на частицы рассеивающего объема падают волны с различной поляризацией, суперпозиция которых обусловливает деполяризацию исходного излучения

На основе данных о яркости ортогональных составляющих излучения, деполяризуемого туманами и дымками, рассчитана зависимость степени поляризации излучения, отраженного поверхностью анизотропного одноосного кристалла, от оптической толщины г деполяризующего слоя (рис 5) При этом использовано следующее выражение степени поляризации излучения

„ Кш + Впр\)+ Вобр\ - {^п,ВпР2 + Вобр2 )

" =-*-V---, (/ )

Кт{В0 + Впр\ / + Вобр\ + ^тВпр2 + Вобр2

где В0 — яркость зондирующего излучения,

впр\ > впР2 - яркости рассеянного вперед излучения для двух взаимно перпендикулярных плоскостей колебаний электрического вектора,

вобр\ > вобр2 ~ яркости рассеянного назад излучения для двух взаимно перпендикулярных плоскостей колебаний электрического вектора, — коэффициент отражения поляризатора УОП

Таким образом, при приеме лазерного излучения, отраженного от поверхности поляризатора, закрывающего удаленный оптический приемник, результирующее излучение определяется суперпозицией отраженного назад излучения и излучения, претерпевшего при распространении в среде рассеяние вперед, после чего вновь рассеянного назад При этом, влияние среды Рис 5 Зависимости степени поляризации распространения сводится к излучения, отраженного поверхностью исланд- тому, что отраженный сигнал ского шпата, деполяризованного туманом — 1, оказывается поляризованным дымом — 2, от оптической толщины г по эллипсу, а ориентация

плоскости поляризации при-

Р, %

пятого сигнала определяется но большой оси эллипса.

Приведенные выше данные показывают, что основной вклад в деполяризацию исходного излучения вносит рассеяние назад. Для исключения влияния обратной составляющей, предложено систему, осуществляющую иоиск поляризационного «окна» оптической части удаленного приемника, использовать в режиме стробиро-вания по дальности, посылая к поляризатору УОП мощные импульсы излучения, длительность которых значительно меньше времени распространения импульса до поляризатора и опрятно. Приемная система снабжена быстродействующим затвором, открывающимся в такт с посылкой импульсов на короткое время, через определенную временную задержку, соответствующую дальности до оптического приемника, Это приводит к регистрации в поисковом приемнике сигнала без составляющей, рассеянной назад от близко расположенных слоев атмосферы.

Для определения частотного «окна» УOI1 рассмотрено поведение коэффициента отражения его модели при изменении длины волны зондирующего излучения.

В случае равенства угла падения плоскости поляризации зондирующего излучения углу плоскости поляризации поляризатора УОП (апад - ), т.е. в случае настройки на поляризационное «окно», выражение коэффициента отражения упрощается и становится равным А\ .

Учет влияния среды распространения лазерного излучения и параметров лазерного источника, приемника в системе поиска частотно-

поляризационного «окна» уда-лепного приемника на мощность принимаемого сигнала осуществлен путем использования методов лазерного видения.

При расчете мощности сигнала, регистрируемого поисковым приемником, учитывались составляющие излучения, включающие как полезный сигнал, так и помехи:

''"l " l'orj.J + + ' * ^. ' '; ' ^nopjc. У

где P,jú„,,i Роб.с. ~ соответственно мощности лазерного и солнечного излучений, отраженных от У011;

1'1юр1Л !'„прс - соответственно мощности помех, вызванных обратным отражением исходного излучения от толщи среды и рассеянием солнечного излучения в атмосфере;

Рфл, Рфс - соответственно мощности лазерного и солнечного излучений, отраженных от фона.

На основе разработанной математической модели УОП и выражения (8) для конкретного случая рассчитана зависимость относительной мощности, регистри-

руемой поисковым приемником, излучения, отраженного входным блоком удаленного оптического приемника, от длины волны (рис 6)

Третья глава посвящена проблеме алгоритмизации и практической реализации предложенных математических моделей и методов моделирования частотно-поляризационного доступа к УОП в виде математического и программного обеспечения системы моделирования дистанционного доступа к удаленному приемнику

Для программной реализации разработанных моделей был выбран объектно-ориентированный язык С++, платформонезависимая библиотека стандарта двумерной и трехмерной графики OpenGL, обеспечившая наглядность реализуемых моделей и улучшившая интерфейс человека с машиной, и библиотека графического интерфейса пользователя Qt фирмы Trolltech Выбранный способ реализации позволил проводить моделирование поиска частотно-поляризационного «окна» оптического

приемника на различных платформах (Unix, Linux, Windows и т д ) Межплатформенность компьютерной системы моделирования и анализа процесса дистанционного доступа к оптическому приемнику обеспечил способ написания программного кода и библиотека

Qt

Структурирование кода разработанного программного средства выполнено методами объектно-ориентированного программирования (использование классов) и модульности (каждый логический блок помещен в отдельный файл реализации)

На первом этапе работы программного средства производятся расчеты зависимостей

Ъ

относительной мощности —,

Ро

регистрируемой поисковым приемником, от угла наклона плоскости поляризации апад и длины волны Л„ад зондирующего излучения

На рис 7 и 8 соответственно приведены алгоритмы поиска поляризационного и частотного «окон» удаленного

Рис 7 Алгоритм поиска поляризационного «окна» УОП

оптического приемника, реализованные в программном средстве

10

Для разработки алгоритма поиска частотного и поляризационного «окна» был использован метод автоматного программирования, существующий и развивающийся параллельно методологии структурного и объектно-ориентированного программирования В основу проектирования программы по данному методу заложен алгоритм - конечный автомат в виде диаграммы состояний или таблицы последовательных переходов и выходов

Задание конечного автомата осуществлено следующим образом

8 = {щ,А,г,№,Х,3}, (9)

где а] — начальное состояние автомата, Л - {сц,а2, ,а,} — множество состояний, 2 = {г0,2Ь ,г„} - входной абстрактный алфавит, IV = {»',,к2, ,и'*} - выходной абстрактный алфавит, А - функция выходов автомата, 3 — функция переходов автомата Согласно (9), автомат как преобразователь информации, переводит входную строку алфавита 2 в выходную строку алфавита IV

Для задания конечного автомата применен метод описания с помощью графов переходов, представляющий собой связанный, ориентированный граф, в узлах которого указаны состояния автомата и действия в случае отсутствия перехода, его входные сигналы, вызывающие переход автомата, и вырабатываемые при этом выходные сигналы, помещены на дугах графа

Граф переходов алгоритма расчета огибающей зависимости относительной мощности, регистрируемой поисковым лазерным приемником, излучения от длины его волны, приведен на рис 9

В его описании приняты следующие обозначения А — начальное состояние, В - состояние ожидания убывания функции относительной отраженной мощности от длины волны, С - состояние ожидания возрастания функции относительной отраженной мощности от длины волны, У, X -массивы значений функции относительной мощности от длины волны, являющиеся входными данными, У2, Х2 -массивы хранения значений огибающей функции относительной мощности от длины волны, 1, .1 — переменные индексов массивов У2 и У соот-

УОП

Рис 8 Алгоритм поиска частотного «окна»

ветственно, J MAX — максимальный индекс массивов X и У, cycle — переменная признака работы конечного автомата Для обозначения действий приняты обозна-

11

-/уЗ,у2

Граф переходов алгоритма расчета зависимости относительной отраженной мощности излучения, регистрируемой поисковым лазерным приемником, от длины волны зондирующего излучения

Рис 9 огибающей

чения

у1 - 1=0, ^0, (обнуление индексов),

у2-}++,

уЗ - У2[1]=У[)], Х2[1]=Х[|],

у4 - сус1е=0,

у5 - У2[1+1]=У[)], Х2[1+1] =Х[)],

а для обозначения условий - обозначения

х1-У2[1]>У[|], х2 - .1>=.1_МАХ, хЗ-У2[1]<У[|] Суть работы алгоритма расчета огибающей зависимости относительной отраженной мощности излучения, регистрируемой поисковым лазерным приемником, от длины волны зондирующего излучения, заключается в исключении провалов в исходной функции, нахождении максимальных значений и создании на их основе новой функции В ходе работы алгоритма отслеживается приращение полученной функциональной зависимости, по изменению знака приращения выносится решение о нахождении максимума или минимума на данном отрезке

Алгоритм поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника также реализован с помощью применения метода конечных автоматов На рис 10 приведен граф переходов данного автомата

В его описании приняты следующие обозначения А - начальное состояние, В — состояние ожидания убывания функции огибающей относительной отраженной мощности от длины волны, С - состояние ожидания возрастания функции огибающей относительной отражен-х5 / уб ^ ной мощности от длины вол-

15 \ ) ны, О - состояние фиксации

локального минимума анализируемой функции, У, X -массивы значений функции огибающей относительной мощности от длины волны, являющиеся входными данными, ХоЛ, УоШ - координаты точки частотного «окна» УОП на функции огибающей относительной отраженной мощности от длины волны, 1, } — переменные индексов массивов X и У, Иглах, И - переменные хра-

х2/у4

•хЗ/~

х7 / у9, у8

Рис 10 Граф переходов алгоритма поиска частотного «окна» УОП

нения максимального приращения функции огибающей, X_Ymin, YYmin - координаты локального минимума на участке исследуемой огибающей, I MAX — максимальный индекс массивов X и Y, cycle — переменная признака работы конечного автомата Для обозначения действий приняты следующие обозначения

yl - 1 = 0, j = 0, hmax = О, h = О, у2 -1++,

уЗ - YYmin = Y[i], XYmin = X[i],

y4 — cyclc = О,

y5-j=l,

y6~h = Y[i]-Y[i-1], y7 - h = 0, y8 - hmax = h, y9 - Xout = XYmin, Yout = Y_Ymin,

yio -J = 0,

а для обозначения условий - обозначения

xl - Y[i] - Y[i-1] < 0, x2 ~ l >= I_MAX, x3 - j '=0, x4 - Y[i] - Y[i-1] > 0, x5 - Y[i] - Y[i-1] > h, x6 - Y_Ymin > Y[i], x7 - hmax < h Работа алгоритма поиска частотного «окна» УОП заключается в определении максимального нарастания функции огибающей зависимости относительной отраженной мощности зондирующего излучения, регистрируемого поисковым лазерным приемником, от длины волны зондирующего излучения и в определении минимального значения огибающей на данном участке функции

На рис 11 приведен алгоритм поиска «окна» прозрачности УОП, объединяющий алгоритмы поиска поляризационного и частотного «окон»

На базе разработанных алгоритмов было создано программное средство В четвертой главе приведены результаты практической апробации программного обеспечения компьютерной системы моделирования поиска частотно-поляризационного «окна» прозрачности удаленного оптического приемника

Основу предложенной структуры программного обеспечения составляют разработанные модули программного средства и компоненты библиотеки Qt, позволяющие моделировать процесс поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника Структура специального программного обеспечения

Рис 11 Алгоритм частотно-поляризационного информационного доступа к УОП

представлена на рис 12

Функциональное назначение модулей программного средства

1) LaserSource - реализует модельное представление источника зондирующего лазерного излучения, определяет одноименный класс LaserSource,

2) LaserReceiver — реализует модельное представление поискового лазерного приемника, определяет одноименный класс LaserReceiver,

3) PropagationMedium - реализует модельное представление среды распространения лазерного излучения, определяет одноименный класс PropagationMedium,

4) OpticalReceiver — реализует модельное представление удаленного оптического приемника, определяет одноименный класс OpticalReceiver,

5) OpticalTrain - реализует модельное представление системы поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника, определяет одноименный класс OpticalTrain,

6) Graph - реализует графический объект визуализации графических данных, определяет одноименный класс Graph и класс Line,

7) Arthurwidgets - реализует элементы стиля ГУМ, определяет классы ArthurFrame и ArthurGroupBox,

8) Arthurstyle - реализует внешний вид стиля ГУИ, определяет одноименный класс Arthurstyle,

9) Window - реализует создание и управление главным окном программы, оп-

Рис 12 Структура программного обеспечения поиска частотно-поляризационного окна УОП

Программное обеспечение разработано с использованием среды разработки Dev-C++, библиотек Qt, OpenGL и компилятора mingw32 Алгоритмы, реализованные в программных средствах «Программа моделирования излучения лазерной системы» и «Программа поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного опти-

14

ческого приемника», прошли государственную регистрацию в ФАП ВНТИЦ

С целью практической оценки устойчивости алгоритмов разработанного программного средства проведена серия вычислительных экспериментов, в ходе которых исследовалось влияние фактора ограничения объема входной информации (уменьшение числа расчетных точек), параметров исследуемого удаленного оптического приемника, фактора воздействия помех

Компьютерные эксперименты показали, что

1) уменьшение числа расчетных точек при поиске поляризационного и частотного «окон» УОП алгоритмы специализированного программного средства успешно справляются с задачей поиска, что свидетельствует их устойчивости к ограничению объема входной информации (уменьшению числа расчетных точек),

2) при изменении параметров УОП разработанные алгоритмы обеспечивают нахождение его частотно-поляризационного «окна», но при этом может вноситься погрешность определения частотного «окна» при малом числе расчетных точек,

3) присутствие аддитивной помехи в расчетных зависимостях приводит к появлению погрешности определения поляризационного и частотного «окон», но ее значение укладывается в допустимый диапазон, т е алгоритмы устойчивы к воздействию аддитивных помех

Результаты проведенного машинного эксперимента, включающие моделирование поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника приведены на рис 13 и 14 При проведении машинного эксперимента были приняты следующие исходные данные

- структурная постоянная атмосферы С2Н =10"16,

- спектральная солнечная постоянная Епер =0,67 109,

- оптическая толщина атмосферы т0 = 0,5,

- критический размер УОП Нкр = 0,06,

- расстояние до удаленного приемника г = 500 м,

- угловая расходимость лазерного излучения на выходе формирующей оптической системы 2а ц = 6°,

- длительность импульса подсвета 1ИМ =0,1 мкс,

- диаметр входного зрачка приемного объектива £>ое = 60 мм,

- коэффициент пропускания оптической системы Копт = 0,8,

- линейный параллакс (база) между оптическими осями приемного и передающего каналов Ь = 10 см,

- ширина полосы пропускания интерференционного фильтра ДЯф = 5 нм,

- угол зрения приемного канала 2ац = 1°10',

Рис 13 Результат поиска поляризационного «окна» УОП, где плавно изменяющаяся кривая - зависимость относительной мощности от угла наклона плоскости поляризации излучения, кривая, имеющая изломы, - модуль производной данной зависимости

- метеорологическая дальность видимости = ¡0 км;

- интегральный параметр индикатрисы рассеяния м = 0,3;

- мощность лазерного излучателя =1 Вт;

- коэффициент отражения подстилающей поверхности рф ОД;

- коэффициент отражения зеркал интерференционного фильтра У011 Я -0,495;

- коэффициенты отражения элементов входного блока УОП: К,о, =0,0001, Лф_э =0.05;

- длина волны, на которую настроен интерференционный фильтр удаленного оптического приемника, Ло =10.73 мкм;

- угол наклона плоскости поляризации УОП (7 = 1.1 рад;

- толщина: защитного стекла и'!0 = 5 мм, поляризатора (/„., = 1 мм;

- показатели преломления: защитною стекла и_,ц = 1,5; поляризатора пК1 = 1,48285; материала интерференционною фильтра пуф = 1,2; среды входного блока УО! I п = 1;

- расстояние между элементами входного блока УО!!:

см, 1тиф, = 5 см,

К.ф.ф.з. = 5 см;

1 ]ри распространении и атмосфере Земли лазерное излучение претерпевает измене-

1я*Ч У** 'лт яв -а»*

Рис. 14, Результат поиска частотного «окна» УОП

(Л

ли 4ш ею вив юл ил иоо ют 10сс яоо

I. М

Рис. ¡5. Зависимости дисперсии флуктуации мощности принимаемого излучения: ! — сильная турбулентность, 2 - средняя турбулентность, 3 - слабая турбулентность

пня, вызванные молекулярным поглощением и рассеянием атмосферными газами, аэрозольным, комбинационным и резонансным рассеянием.

I Доведенные расчеты для различных условий распространения зондирующего излучения, отраженного входным блоком оптического приемника, позволили определить влияние состояния атмосферы и гидрометеоров на процесс поиска частотного «окна» УО! 1,

Распространяющийся в атмосфере лазерный луч помимо потерь энергии, обусловленных явлениями поглощения и рассеяния, испытывает флуктуации ампли туды и фазы вследствие случайного пространственно-временного распределения показателя преломления среды. При этом флуктуации показателя преломления вызываются главным образом микропульсациями температуры.

Хаотические изменения температуры и, как следствие, флуктуации показателя преломления, вшваны состоянием атмосферы Земли, которая всегда находится в

16

вихревом движении Флуктуации показателя преломления, в свою очередь, приводят к вариациям амплитуды и фазы волн в месте приема

Пользуясь теорией турбулентной атмосферы для различных ее состояний рассчитаны зависимости флуктуации мощности принятого излучения от расстояния до исследуемого оптического приемника (рис 15)

Сопоставление дисперсии флуктуации мощности с мощностью принимаемого излучения показало, что данные флуктуации оказывают влияние при больших тур-булентностях и при больших расстояниях до УОП, например, на расстоянии L = 1 км до исследуемого приемника, флуктуации мощности сопоставимы с полезным сигналом уже при слабой турбулентности атмосферы

Проведенные машинные эксперименты подтверждают адекватность и точность разработанных моделей и алгоритмов программного средства поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Разработана обобщенная математическая модель формирования лазерного сигнала, отраженного от удаленного оптического приемника и несущего информацию о доступности приемника, учитывающая распространение сигнала в приземном слое атмосферы

2 Разработана математическая модель входного блока удаленного оптического приемника, учитывающая структуру его внутреннего устройства и его параметры

3 Разработан математический метод моделирования поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника по отраженному от него зондирующему лазерному излучению

4 Разработаны алгоритмы оперативного поиска и вскрытия частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника, позволяющие осуществить оперативное проникновение в удаленный приемник, по лазерному излучению, отраженному от входного блока приемника

5 Создано межплатформенное программное обеспечение, осуществляющее моделирование и анализ процесса поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника на разных операционных платформах

6 Компьютерные эксперименты подтвердили адекватность разработанной модели системы поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника

7 Доказана устойчивость разработанных алгоритмов к ограничению объема входной информации, введению аддитивной помехи и вариации параметров исследуемого приемника

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1 Глазунов О А Поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника с использованием метода автоматного программирования // Системы управления и информационные технологии науч -техн журнал -2007 №1 1(27) - С 141—144

2 Глазунов О А , Юдин В И Влияние рассеивающей среды на поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2007 Т 3 № 4 С 37-42

Статьи и материалы конференций

3 Глазунов О А, Юдин В И Дистанционный лазерный анализ оптических параметров диэлектрических материалов // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления материалы XVI науч -техн конф М МГИЭМ, 2004 С 51-52

4 Глазунов О А , Юдин В И Математический метод двух комплексных плоскостей в задаче дистанционного определения параметров анизотропных материалов // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем межвуз сб науч тр Воронеж ВГТУ,2005 С 4-7

5 Глазунов О А, Юдин В И Влияние атмосферы на результат лазерного зондирования поверхности оптических материалов // Радиолокация, навигация, связь сб тр XI между нар науч -техн конф Воронеж Изд-во ВГУ, 2005 Т 2 С 1220-1227

6 Глазунов О А , Юдин В И Моделирование зондирования поверхности оптических материалов методом двух комплексных плоскостей // Радиолокация, навигация, связь сб тр XII междунар науч -техн конф Воронеж Изд-во ВГУ, 2006 Т 3 С 1980-1985

7 Глазунов О А , Юдин В И Программа моделирования излучения лазерной системы - ФАП ВНТИЦ Per N50200601085 от 29 06 06

8 Глазунов О А , Юдин В И Моделирование зондирования поверхности оптических материалов // Лазеры в науке, технике, медицине сб тр XVII междунар науч-техн конф -М МНТОРЭС им АС Попова, 2006 Т 17 С 22-25

9 Глазунов О А , Юдин В И Моделирование лазерных систем видения дистанционного наблюдения объектов // Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли материалы III науч -техн конф - М МНТОРЭС им АС Попова, 2006 С 163-167

10 Глазунов О А , Юдин В И Поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника // Радиолокация, навигация, связь сб тр XIII междунар науч -техн конф Воронеж Изд-во ВГУ, 2007 Т 3 С 2193-2198

11 Глазунов О А , Юдин В И Программа поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника - ФАП ВНТИЦ Per N50200700634 от 30 03 07

Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов Усп печ л 1,1 Тираж 90 экз Заказ № 211

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп , 14

Введение

1. Средства математического обеспечения процедур моделирования и анализа информационного доступа к удаленному оптическому приемнику

1.1. Общая проблематика моделирования процесса дистанционного доступа к оптическому приемнику

1.2. Анализ средств программного обеспечения систем моделирования лазерных систем связи открытого типа

1.3. Средства компьютерного моделирования, предназначенные для анализа дистанционного информационного доступа к оптическому приемнику

1.4. Цель работы и задачи исследования

2. Математическое обеспечение процедур моделирования процесса дистанционного доступа к оптическому приемнику

2.1. Математическая модель поляризационного фильтра удаленного оптического приемника

2.2. Математическая модель системы поиска поляризационного окна» удаленного оптического приемника

2.3. Модель влияния атмосферы Земли на поиск поляризационного «окна» оптического приемника

2.4. Математическая модель системы поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника 60 Выводы

3. Программно-алгоритмическое обеспечение компьютерной системы моделирования и анализа процесса дистанционного доступа к удаленному оптическому приемнику

3.1. Обобщенная структура компьютерной системы моделирования и анализа процесса дистанционного доступа к оптическому приемнику

3.2. Программные модули модели системы поиска частотно-поляризационного «окна»

3.3. Алгоритм поиска поляризационного «окна»

3.4. Алгоритм поиска частотного «окна» 90 Выводы

4. Результаты практической апробации специального программного обеспечения поиска частотно-поляризационных «окон» удаленного оптического приемника

4.1. Структура специального программного обеспечения

4.2. Оценка устойчивости алгоритма поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника

4.3. Обработка результатов машинных экспериментов

4.4. Анализ влияния атмосферы Земли на поиск частотного окна» оптического приемника

Выводы

Основные результаты работы

Актуальность темы. В промышленности вследствие развития разнообразных дистанционно управляемых технологий, в геодезии и маркшейдерских системах, при проходке шахт метро, туннелей и др., в борьбе с группами промышленного шпионажа широкое распространение получили оптические системы и средства контроля и управления, наблюдения и сбора информации, в том числе оптические средства дистанционного действия. Целями применения подобных систем являются повышение надежности функционирования и обеспечение оптимального режима работы элементов системы.

Учитывая вышеизложенное, актуальной является задача дистанционного определения частотных и поляризационных «окон» прозрачности входной части оптических приемников, позволяющая по полученным данным о параметрах поляризационных и частотных фильтров осуществлять подстройку режима работы оптической системы для обеспечения оптимальности и надежности ее функционирования.

Существуют различные методы и средства поиска «окон» прозрачности удаленных оптических приемников, однако, наиболее полно требованиям поставленной задачи удовлетворяют методы, применяемые в лазерном видении. Значительные успехи в области лазерного видения достигнуты, например, в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Следует отметить, что наиболее часто используется аппаратура, действующая в невидимом инфракрасном диапазоне излучения, в частности в области длин волн Я = 9. 11 мкм. Основу данной аппаратуры составляют лазеры, перестраиваемые по длине волны. Разработка подобных лазеров велась в ЦКБ уникального приборостроения АН СССР (Москва), Институте спектроскопии АН СССР (Троицк, Московская обл.), НПО «Плазма» (Рязань), Институте оптики атмосферы СО АН СССР (Томск), МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва), ВГТУ (Воронеж) и других организациях.

Математическое и программное обеспечение существующих систем не полностью учитывают специфику поиска «окон» прозрачности оптических приемников, когда для этого применяется электронное управление длиной волны излучения лазера и ориентацией плоскости поляризации. Поэтому для целей анализа параметров удаленного оптического приемника требуется разработка специализированного математического и программного обеспечения, позволяющего осуществить за минимальное время определение таких параметров оптической части приемника, как рабочая длина волны и рабочее значение угла наклона плоскости поляризации. В связи с вышесказанным разработка математических моделей, математического и программного обеспечения, составляющего основу информационной системы, измеряющей указанные выше технические параметры, представляется актуальной научной задачей.

Данная работа подготовлена по материалам научно-исследовательской работы «Разработка аппаратуры лазерного функционального управления удаленными объектами», выполненной на кафедре радиоэлектронных устройств и систем ВГТУ в рамках научно-технической программы «Конверсия и высокие технологии», а также по научным направлениям Воронежского государственного технического университета «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи, приема и защиты информации» и «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы».

Целыо диссертационной работы является разработка специального математического и программного обеспечения вычислительного процесса частотно-поляризационного информационного доступа к удаленному оптическому приемнику с учетом влияния атмосферы Земли на основе методов конечных автоматов.

Достижение поставленных целей потребовало решеиия следующих задач:

- разработки обобщенной математической модели формирования лазерного сигнала, отраженного от оптического приемника с учетом его распространения в приземном слое атмосферы Земли;

- разработки средств специального математического обеспечения процедур моделирования поиска частотного и поляризационного рабочих «окон» прозрачности оптического приемника;

- проведения алгоритмизации процесса анализа характеристик удаленного оптического приемника;

- разработки интерфейса визуализации характеристик анализируемого оптического приемника и связи человека с автоматизированной системой анализа;

-вычислительного тестирования и верификации устойчивости разработанных алгоритмов и программ поиска частотно-поляризационных «окон» прозрачности оптических приемников.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач были использованы методы теории вероятностей, структурного, объектно-ориентированного, визуального и автоматного программирования, теории турбулентной атмосферы, теории переноса излучения, методы численного моделирования на ЭВМ.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Унифицированная математическая модель, формализующая процесс бесконтактного формирования информационного сигнала о параметрах поляризационного и частотного фильтров удаленного оптического приемника, позволяющая производить статическую и динамическую обработку данных о доступе в удаленный приемник.

2. Алгоритмы поиска поляризационного и частотного «окон» удаленного оптического приемника, отличающиеся применением технологии программирования конечных автоматов, обеспечивающие определение рабочих параметров фильтров удаленного оптического приемника.

3. Унифицированный алгоритм информационного дистанционного доступа к удаленному оптическому приемнику, позволяющий оперативно определить «окно» прозрачности его входного блока и отличающийся комплексным анализом информационного сигнала.

4. Структура программного обеспечения системы компьютерного моделирования процесса информационного доступа к удаленному оптическому приемнику, отличающаяся учетом влияния атмосферы Земли, обеспечивающая оперативный интерактивный поиск его частотно-поляризационного «окна» на разных операционных платформах.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании математического и программного обеспечения процесса моделирования и проектирования систем лазерной связи. Предложенные в работе модели и алгоритмы обеспечивают анализ параметров поляризационных и частотных фильтров удаленных оптических приемников, а также дистанционную оценку информационной доступности оптических приемников.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в научных исследованиях НИИ Радиоэлектроники и лазерной техники при МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также внедрены в учебный процесс ВГТУ на кафедре РЭУС в рамках дисциплин «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Оптические устройства в радиотехнике».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях: XVI НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Украина, Судак, 2004); XI - XIII Международные НТК "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2005 - 2007); XVII Международная НТК "Лазеры в науке, технике и медицине" (Адлер,

2006); III НТК "Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли" (Адлер, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит в: [1] - алгоритм поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника; [2, 10] - математическое обеспечение процедуры поиска частотного «окна» удаленного оптического приемника; [6, 8] - математический метод моделирования поиска поляризационного «окна» удаленного оптического приемника; [3, 4, 5] - анализ и разработка математической модели поляризатора удаленного оптического приемника; [7, 9] - алгоритм расчета составляющих излучения, регистрируемого принимающей системой, после облучения лазерным пучком удаленного оптического приемника; [11] - структура и технология создания программного средства информационного доступа к удаленному приемнику.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа изложена на 137 страницах, содержит 65 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 101 наименования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных теоретических и прикладных исследований в работе получены следующие результаты:

1. Разработана обобщенная математическая модель формирования лазерного сигнала, отраженного от удаленного оптического приемника и несущего информацию о доступности приемника, учитывающая распространение сигнала в приземном слое атмосферы.

2. Разработана математическая модель входного блока удаленного оптического приемника, учитывающая структуру его внутреннего устройства и его параметры.

3. Разработан математический метод моделирования поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника по отраженному от него зондирующему лазерному излучению.

4. Разработаны алгоритмы оперативного поиска и вскрытия частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника, позволяющие осуществить оперативное проникновение в удаленный приемник, по лазерному излучению, отраженному от входного блока приемника.

5. Создано межплатформенное программное обеспечение, осуществляющее моделирование и анализ процесса поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника на разных операционных платформах.

6. Компьютерные эксперименты подтвердили адекватность разработанной модели системы поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника.

7. Доказана устойчивость разработанных алгоритмов к ограничению объема входной информации, введению аддитивной помехи и вариации параметров исследуемого приемника.

128

1. Семенеико М. Введение в математическое моделирование. М.: Солон-Р, 2002. 111 с.

2. Тарасевич ЮЛО. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс. М.: Едиториал-УРСС, 2001. 144 с.

3. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета Mathcad: Учеб. пособие. М.: Горячая линия -Телеком, 2002.252 с.

4. Ивановский Р. Компьютерные технологии в науке. Практика применения систем Mathcad 7 Pro, Mathcad 8 Pro, Mathcad 2000 Pro. СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000.201 с.

5. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании: Maple, MATLAB, LaTeX. СПб.: Питер, 2001. 624 с.

6. Прохоров Г.В., Леденев М.А., Колбеев В.В. Пакет символьных вычислений Maple V. М.: Компания "Петит", 1997.200 е.: ил.

7. Аладьев В. Эффективная работа в Maple 6/7. Лаборатория Базовых Знаний, 2002. 336 с.

8. Кудрявцев Е.М. Mathcad 2000 Pro. М.: ДМК Пресс, 2001. 576 е.: ил.

9. Солодов А.П., Очков В.Ф. Mathcad. Дифференциальные модели. М.: МЭИ, 2002. 239 е.: ил.

10. Глушаков С.В., Жакин И.А., Хачиров Т.С. Математическое моделирование. Mathcad 2000. Matlab 5.3. ACT, 2001. 524 с.

11. П.Дьяконов В.П. Mathcad 11/12/13 в математике. Справочник. М. Горячая линия Телеком, 2007. 960 с.

12. Гурский Д.А. Вычисления в MathCAD. М.: Новое знание, 2003. 814 с.

13. Очков В.Ф. Физические и экономические величины в Mathcad и Maple. М.: Финансы и статистика, 2002. 192 с.

14. Муравьев В., Бурланков Д. Практическое введение в пакет MATHEMATICA. Н. Новгород: Изд-во НГУ, 2000. 124 с.

15. Дьяконов В. Mathematica 4.0: Учебный курс. СПб.: Питер, 2000. 656с.

16. Капустина Т. Компьютерная система Mathematica 3.0 для пользователя. М.: Солон, 1999.240 с.

17. Аладьев В.З., Шишаков МЛ. Введение в среду пакета Mathematica 2.2. М.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 1997. 368 с.

18. Кетков А., КетковЮ., ШульцМ. MATLAB 7. Программирование, численные методы. СПб.: "BHV-Санкт-Петербург", 2005. 752 с.

19. Потемкин В.Г. MATLAB 6: среда проектирования инженерных приложений. М.: Диалог-МИФИ, 2003.448 с.

20. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MatLab 5.x: -В 2 т. М.: ДИАЛОГ - МИФИ, 1999. 304 с.

21. Чен К., Джиблин П., Ирвинг A. Matlab в математических исследованиях: Пер. с англ. М.: Мир, 2001. 346 с.

22. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде Matlab: Учебный курс. СПб.: Питер, 2000.432 с.23. http://www.lambdares.com/products/oslo24. http://www.opticalres.com25. http://www.micromax.ru

23. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В., Вычислительные методы для инженеров. М.: Высш. шк. 1994.

24. Азаров А.А., Макаров В.В., Худяков Г.Н., Юдин В.И. Электронная перестройка длины волны излучения СОг лазера. // Квантовая электроника, 1998, №12,25.

25. Глазунов О.А., Юдин В.И. Дистанционный лазерный анализ оптических параметров диэлектрических материалов // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: материалы XVI науч.-техн. конф. М.: МГИЭМ, 2004. С. 51 -52.

26. Федоров Ф.И. Оптика анизотропных сред. 2-е изд. - М.: УРСС, 2004. 384 с.

27. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. 616 с.

28. Ищенко Е.Ф., Соколов A.JI. Поляризационная оптика: Учеб.пособие для вузов, М, Изд-во МЭИ, 2005. 336 с.

29. Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г., Никогосян Д.Н. Нелинейно-оптические кристаллы. Свойства и применение в квантовой электронике: Справочник.-М.: Радио и связь, 1991. 160 е.: ил.

30. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. Л.: Химия, 1984. 216 е.: ил.

31. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960.408с.

32. Глазунов О.А., Юдин В.И. Моделирование зондирования поверхности оптических материалов методом двух комплексных плоскостей // Радиолокация, навигация, связь: сб. тр. XII международной науч.-техн. конф. Воронеж: ВГУ, 2006. Т. 3. С. 1980 1985.

33. Глазунов О.А., Юдин В.И. Моделирование зондирования поверхности оптических материалов // Лазеры в науке, технике, медицине: сб. науч. тр. М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2006. Т. 17. С. 22 - 25.

34. Розенберг Г.В. Оптика тонкослойных покрытий. М.: Физматгиз, 1958. 392 с.

35. Бойко Б.Т., Гревич Ю.Г. Физика фотоэлектронных преобразователей солнечной энергии. Харьков: ХГУ, 1992.

36. Киреев С.П. Физика полупроводников. М.: Высшая школа, 1975.

37. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1973. 655с.

38. Глазунов О.А., Юдин В.И. Поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника // Радиолокация, навигация, связь: сб. тр. XIII международной науч.-техн. конф. Воронеж: ВГУ, 2007. Т. 3. С. 2193 -2198.

39. Белоусова В.Н. Справочник по лазерной технике. Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991. 544 е.: ил.

40. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде. М. JL: ГИТТЛ, 1951.

41. Ван Де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. М.: 1961.: ил.

42. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назарамев М.А., Дарбинян Р.А., Карсин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука. 1976.

43. Голубицкий Б.М., Танташев М.В. Об ограничении дисперсии "локальных" оценок при решении задач переноса излучением методом Монте-Карло //Ж. Вычисл. Матем. И матем. Физ., 1972, Т. 12, № 1.

44. Михайлов Г.А. Модификация локальной оценки потока частиц методом Монте-Карло // Ж. Вычисл. Матем. И матем. Физ., 1973, Т. 13, №3.

45. Михайлов Г.А., Назаралиев М.А. Расчеты поляризации света в сферической атмосфере методом Монте-Карло // Изв. АН СССР. ФАиО, 1971, Т. 7, №4.

46. Кабанов М.В., Савельев Б.А., Самохвалов И.В. Поляризация излучения ОКГ, рассеянного туманами и дымами // Изв. АН СССР. ФАиО, 1968, Т. 4, № 10.

47. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. М.: Советское радио, 1966. 320 с.

48. Донченко В.А., Самохвалов И.В., Матвиенко Г.Г. Экспериментальное исследование яркости и поляризационных характеристик многократно рассеянного назад излучения // Изв. АН СССР. ФАиО, 1971, Т. 7, № 11.

49. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). М.: Сов. радио, 1977, 368 с.

50. Ryan J.S., Pal S.R., Carswell A.J. Laser backscattering from dense water-droplet clouds // J. Opt. Soc. Am. 1979. V. 69, N 61. 67p.

51. Prilutsky O.F., Fomenkova M.N. Laser beam scattering in the atmosphere // Science & Global Security, 1990, Volume 2, pp. 79 86.

52. Креков Г.М., Кавкянов С.И., Крекова M.M. Интерпретация сигналов оптического зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1987. 185 с.

53. Kuo-nan Liou. Light scattering by ice clouds in the visible and infrared: a theoretical study // Journal of the atmospheric sciences. 1971, vol. 29, pp 524 -536.

54. Глазунов О.А., Юдин В.И. Влияние атмосферы на результат лазерного зондирования поверхности оптических материалов // Радиолокация, навигация, связь: сб. тр. XI международной науч.-техн. конф. Воронеж: ВГУ, 2005. Т. 2. С. 1220 1227.

55. Глазунов О.А., Юдин В.И. Влияние рассеивающей среды на поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та, 2007. Т. 3, № 4. С. 37 42.

56. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения: Учебное пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 352 е.: ил.

57. Апресян Л.А., Кравцов Ю.А. Теория переноса излучения. М.: Наука, 1983.216 с.

58. Глазунов О.А., Юдин В.И. Моделирование лазерных систем видения дистанционного наблюдения объектов // Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли: материалы науч.-техн. конф. -М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2006. С. 163 167.

59. Бабенко B.C. Оптика телевизионных устройств. М. Радио и связь, 1982,256 с.

60. Глазунов О.А., Юдин В.И. Программа моделирования излучения лазерной системы. ФАП ВНТИЦ. Per. N50200601085 от 29.06.06.

61. Бланшет Жасмин, Саммерфилд Марк. Qt 3: программирование GUI на С++. М.: Кудиц-Образ, 2005.448 с.

62. Николас А. Солтер, Скотт Дж. Клепер. Язык программирования С++ для профессионалов. Си. -М.: Диалектика, 2006. 912 с.

63. Шлее М. Qt. Профессиональное программирование на С++. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2005. 544 с.

64. Дональд Херн, М. Паулин Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL (3-е издание). -М.: "Вильяме", 2005. 1168 с.

65. Райт, Ричард С. мл., Липчак, Бенжамин. OpenGL. Суперкнига, 3-е издание.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2006. 1040 е.: ил.

66. Гайдуков С.А. OpenGL. Профессиональное программирование трехмерной графики на С++. СПб.: BHV-СПб, 2004. 736 с.

67. Тарасов И.А. Основы программирования в OpenGL М.: Горячая линия - Телеком, 2000. 188 е.: ил.

68. Джеки Нейдер, Мейсон By, Том Девис, Шрайнер Д. OpenGL. Руководство по программированию. Библиотека программиста (4-е издание). СПб.: Питер, 2006. 624 с.

69. Д.Каханер, К.Моулер, С.Нэш. Численные методы и программное обеспечение. М.: Мир, 1998. 575 с.

70. Калиткин Н.Н. Численные методы. Учебное пособие. М.: Наука, 1978.512 с.

71. Шнейдерман Б. Психология программирования. М.: Радио и связь, 1984.

72. Иванова Г. С. Технология программирования. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 320 с.

73. Иванова Г.С. Основы программирования (3-е издание). М.: МГТУ им. Баумана, 2004.416 с.

74. Лафоре Р. Объектно-ориентированное программирование в С++. СПб: Питер, 2006, 928 с.

75. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. М.: Бином; СПб: Невский диалект, 1998.

76. Бабушкина И.А. Практикум по объектно-ориентированному программированию. М.: УРСС, 2004. 366 с.

77. Шопырин Д.Г. Метод проектирования и реализации конечных автоматов на основе виртуальных вложенных классов // Информационные технологии моделирования и управления, 2005, № 1 (19), С. 87-96.

78. Гилл А. Введение в теорию конечных автоматов: Пер. с англ. М.: Мир, 1966.

79. Горбатов В. А. Семантическая теория проектирования автоматов. М., 1979.

80. Евстигнеев В.А., Касьянов В.Н. Графы в программировании: обработка, визуализация и применение. СПб: БХВ-Петербург, 2003. 1104 с.

81. Овчинников В.Г. Методология проектирования автоматизированных информационных систем: основы системного подхода. М.: Компания Спутник+, 2005.285 с.

82. Минский М. Вычисления и автоматы: Пер. с англ. М.: Мир, 1971.

83. Глазунов О.А. Поиск частотного «окна» удаленного оптического приемника с использованием метода автоматного программирования // Системы управления и информационные технологии: науч.-техн. журнал. 2007. №1.1(27). - С. 141 - 144.

84. Глазунов О.А., Юдин В.И. Программа поиска частотно-поляризационного «окна» удаленного оптического приемника. ФАП ВНТИЦ. Per. N50200700634 от 30.03.07.

85. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: «Советское радио», 1970.498 с.

86. Войцеховская O.K., Кузнецов С.В., Сапожников С.В., Трифонова Н.Н., Черкасов М.Р. Информационная система по молекулярному поглощению излучения СОг лазера // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4, №4.

87. Устинов Н.Д., Матвеев И.Н., Протопопов В.В. Методы обработки оптических полей в лазерной локации. М.: Наука, 1983. 272 с.

88. Чекалинская Ю.Н. О кратности рассеяния света // Изв. АН СССР. Физика, 1957. Т. 21, № 11.

89. Орлов В.М., Самохвалов И.В., Креков Г.М. и др.; под. Зуева В.А. Сигналы и помехи в лазерной локации. М.: Радио и связь, 1985. 264 с.

90. Смирнов В.А. Введение в оптическую радиоэлектронику. М.: Сов. Радио, 1973.208 с.

91. Розенберг Г.В. Оптические исследования атмосферного аэрозоля. УФН, т. 95, вып. 1,1968 г. 159 208с.

92. Андреев Г.А., Бисярин В.П., Соколов А.П. и др.; Научи, ред. Р.Г. Миринстон. Распространение лазерного излучения в атмосфере Земли // Итоги науки и техники. Сер. «Радиотехника». М.: ВИНИТИ, 1977. Т. 11. С. 5-148.

93. Trakhovsky Е. Measurements of the Aureole Phase Function During Heavy Rain // IEEE transaction on geoscience and remote sensing, VOL. 26, NO. 6. 1988, 879-881 p.

94. Бисярин В.П., Соколов А.П., Сухонин E.B. Ослабление лазерного излучения в гидрометеорах. М.: Наука, 1977.176 с.

95. Кляцкин В.И., Татарский В.И. Статистическая теория распространения света в турбулентной среде (обзор) // Изв. высш. Учебных заведений. Радиофизика. 1972. Т. 15. № 10. С. 1433 1455.

96. Милютин Е.Р., Гумбинас А.Ю. Статистическая теория атмосферного канала оптических информационных систем. М.: Радио и связь, 2002. 256 е.: 40 ил.

97. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. -М.: Наука, 1967. 548 е.: ил.