Математическое моделирование сигнала от объекта

Блок-схема базовой версии математической модели ЛК

Математическая модель функционирования активного канала изделия при обнаружении объекта

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АКТИВНОГО КАНАЛА ИЗДЕЛИЯ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ, РАСПОЗНАВАНИИ И НАВЕДЕНИИ ЕГО НА ОБЪЕКТЫ

Цель математического моделирования лазерного канала (ЛК), состоит в исследовании возможностей обнаружения и селекции наблюдаемых типовых объектов (ТО) и определении требований к параметрам ЛК с системой обработки принимаемых сигналов, которые обеспечивают обнаружение и селекцию целей с требуемыми показателями качества на заданных дальностях.

ЛК решает задачи обнаружения целей, измерения дальностей до них и обеспечивает требуемой информацией алгоритмы селекции целей и наведения на них носителя. Основная задача математического моделирования функционирования ЛК состоит в математическом описании процессов формирования и приема локационных сигналов с учетом разрешения цели по углам и дальности, которые изменяются при движении цели, носителя ЛК и зависят от условий локации, оптико-локационных характеристик цели и тактико-технических характеристик ЛК.

В данном подразделе представлена базовая версия математической модели функционирования ЛК с некогерентным методом приема. Блок-схема базовой версии математической модели ЛК представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Блок-схема базовой версии математической модели ЛК

Базовая версия математической модели ЛК включает следующие блоки:

1) ввода исходных данных;

2) координат типового объекта;

3) движения носителя ЛК;

4) определения положения и ориентации объекта относительно ЛК;

5) определения ЭПР объекта, разрешаемого по углам и дальности, на длине волны работы ЛК;

6) учета влияние атмосферы;

7) зондирующего импульса излучения ЛК;

8) ошибок наведения излучателя и приемной апертуры ЛК;

9) сигналов от естественных внешних помех, регистрируемых фотоприемной матрицей ЛК;

10) сигналов от объекта, регистрируемых фотоприемной матрицей ЛК;

11) внутренних помех фотоприемной матрицы ЛК;

12) случайных сигналов на выходе фотоприемной матрицы ЛК;

13) первичной обработки выходных сигналов фотоприемной матрицы ЛК;

14) принятия решения об обнаружении баллистической цели;

15) вторичной обработки выходных сигналов фотоприемной матрицы и выделения признаков для селекции сопровождаемого объекта;

16) принятия решения о типе сопровождаемого объекта;

17) накопления и обработки результатов статистического моделирования.

Также ММ позволяет произвести учет: солнечной засветки при минимальном угле между направлением на солнце и дорожку не менее 20°; температуры блистера (>500°C); приповерхностных плазменных образований на высотах 0…15 км и скорости 700…1000 м/с.

Основные исходные данные, используемые в модели, включают:

тип, лазерно-локационные характеристики и селективные признаки баллистического объекта;

параметры траектории движения объекта;

параметры траектории движения носителя ЛК;

модель атмосферы для типовых условий работы ЛК;

тактико-технические характеристики ЛК;

характеристики ошибок наведения зондирующего импульса и приемного устройства ЛК;

параметры алгоритмов первичной обработки;

параметры алгоритмов вторичной обработки и выделения селективных признаков объекта;

параметры алгоритмов селекции сопровождаемого объекта.

Математическое моделирование лазерного канала включает следующие этапы.

Целевые и фоновые условия работы ЛК изменяются во времени. Величины их вариаций определяются частотой работы импульсного ЛК и зависят от условий локации, характеристик ЛК, параметров траекторий движения объекта и носителя ЛК. Для каждого такта работы ЛК текущие координаты объекта и носителя определяются в блоках 2 и 3 из решения кинематических уравнений пространственного перемещения объекта и носителя. По текущим координатам в блоке 4 рассчитываются дальность и ориентация объекта относительно ЛК. Через эти координаты выражаются входящие в формулы для мощности полезного сигнала и помех геометрические величины, характеризующие углы подсвета и приема и расстояние от источника и приемника до точки подсвета на поверхности объекта.

По текущей ориентации объекта относительно ЛК в блоке 5 рассчитываются значения ЭПР элементарных участков поверхности объекта (импульсная характеристика, подр. 3.1.2), подсвеченных и видимых ЛК, с учетом разрешения объекта по углам и дальности. Значения ЭПР элементарных участков поверхности объекта, подсвеченных и видимых ЛК, рассчитываются с учетом формы поверхности объекта и оптических отражательных характеристик его внешнего покрытия на длине волны излучения ЛК.

Процесс обнаружения сигнала от объекта в ЛК, как правило, происходит на фоне естественных внешних помех. В типовых тактических ситуациях применения ЛК, работающего на заданной длине волны излучения, определяющей является помеха, обусловленная рассеянием солнечного излучения в системе "Земля-атмосфера". Кроме этого дальность действия ЛК ограничивается ослаблением и рассеянием лазерного излучения в атмосфере. Для учета фоновой помехи и влияния атмосферы на зондирующий лазерный импульс и на отраженный от объекта полезный сигнал используются программы "MODTRAN" и "PcLnWin" с базой данных "HITRAN 96". В блоке 6 для модели атмосферы, заданной исходя из типовых условий применения ЛК, рассчитываются коэффициент прозрачности атмосферы на трассе локации на длине волны излучения ЛК и яркость фона небосвода в спектральном диапазоне интерференционного светофильтра приемного тракта ЛК.

Угловое положение оптической оси источника лазерного излучения и мгновенного поля зрения приемной апертуры ЛК моделируются в блоках 7 и 8 как сумма истинного направления на объект и реализации нормальной случайной величины с нулевым математическим ожиданием и заданной дисперсией. Дисперсии угловых отклонений оптической оси от истинного направления на цель определяются ошибками системы наведения и стабилизации платформы, на которой расположены передающий и приемный тракты лазерного канала.

Зондирующий импульс ЛК моделируется как прямоугольный или экспоненциальный (колокольный) импульс с заданной длительностью и частотой повторения. Пучок имеет круговое сечение, распределение плотности мощности в зондирующем импульсе - гауссово.

Далее, в блоках 9-12 рассчитываются случайные составляющие полезного сигнала и сигналов помех, регистрируемые матричным фотоприемником ЛК в данных условиях работы. Выходной сигнал матричного фотоприемника рассчитывается как их аддитивная смесь.

Выходной сигнал матричного фотоприемника поступает на входы блоков первичной обработки (блок 13) и принятия решения (блок 14), где, после соответствующей обработки, принимается решение об обнаружении цели или отклонении данной гипотезы.

Принятое в блоке 14 решение об обнаружении цели поступает в блок 15 вторичной обработки выходных сигналов фотоприемной матрицы. В случае подтверждения обнаружения цель берется на автосопровождение. Выходные сигналы фотоприемной матрицы ЛК обрабатываются для выделения признаков селекции сопровождаемого объекта. Выделенные признаки селекции поступают в блок 16 принятия решения о типе (ББ или ЛЦ) сопровождаемого объекта.

Принятые в блоках обнаружения (блок 14) и селекции (блок 16) решения поступают в блок 17 накопления и обработки результатов статистического моделирования.

Описанная выше последовательность операций повторяется для следующего такта работы ЛК до выполнения условия по завершению заданного времени полета объекта или носителя ЛК. Затем полет объекта по заданной траектории и работа по нему ЛК повторяются для набора статистики по результатам обнаружения и селекции в соответствии с заданным количеством реализаций.

Разработанная математическая модель программно реализуется на ПЭВМ в виде имитационной математической модели.

Основным результатом работы модели являются оценки вероятностей обнаружения и селекции баллистического объекта в зависимости от заданных целевой и фоновой обстановок, условий наблюдения, параметров движения объекта и носителя ЛК, тактико-технических характеристик ЛК, алгоритмов обнаружения и селекции и др.

Дата добавления: 2014-10-17