Journal influence
Bookmark
Next issue
Information сalculating systems for definition laser-radar characteristics of objects
The article was published in issue no. № 4, 2010Abstract:A number of mathematical models is developed for calculation of a wide set of laser-radar and alarm characteristics of objects. The models are included in a modeling complex and function with databases of objects, coats, backgrounds, physical accompanying objects flight phenomena and atmosphere characteristics. On a basis of mathematical models on the computer by authors for a number of years are developed the information calculations systems, adaptive to a wide range of the problems related to designing laser radar systems.
Аннотация:Для расчета широкого набора лазерно-локационных и сигнальных характеристик объектов разработан ряд ма-тематических моделей. Модели включены в состав моделирующего комплекса и функционируют с БД по объектам, покрытиям, фонам, сопутствующим полету объектов физическим явлениям и характеристикам атмосферы. На основе данных математических моделей авторами разработаны информационно-расчетные системы, адаптивные к широкому кругу задач, связанных с проектированием лазерных локационных систем.
Authors: Khmarov I.M. (khmarov314@mail.ru) - Research Center of the Central Research Institute of Air and Space Defense Troops of Ministry of Defense of Russia, Tver, Russia, Ph.D, (Martanvik@mail.ru) - , Ph.D, (Nik-avia@mail.ru) - , (Nik-avia@mail.ru) - , (Nik-avia@mail.ru) - | |
Keywords: optical electronic system, information calculation system, analytical model, mathematical model, indicatrix of scattering, cross-section of scattering, laser-radar characteristic |
|
Page views: 17383 |
Print version Full issue in PDF (6.26Mb) Download the cover in PDF (1.28Мб) |
При решении проблем, связанных с оценкой эффективности активных оптико-электронных систем, актуальной является задача разработки верифицированных математических моделей расчета широкого набора лазерно-локационных и сигнальных характеристик объектов. Для ее решения авторами разработаны модели расчета изображений фоно-целевых сцен при лазерной локации. Данные модели включены в состав моделирующего комплекса и функционируют с импортируемыми БД по объектам, фонам, сопутствующим физическим явлениям и характеристикам атмосферы. Используемые в моделях методики расчета лазерно-локационных характеристик (ЛЛХ) корпуса (планера) объектов основаны на рассмотрении процесса рассеяния электромагнитного излучения на шероховатой поверхности в рамках двухмасштабной модели микронеровностей. В данном приближении индикатриса рассеяния плоского элемента типового внешнего покрытия может содержать, как правило, до четырех характерных зон [1, 2]. В соответствии с этим выражение для определения удельной эффективной площади рассеяния (ЭПР) плоской площадки σ0 выглядит следующим образом: (1) где – когерентная составляющая удельной ЭПР; – ЭПР, обусловленная квазизеркальным рассеянием на крупных неоднородностях; – ЭПР, определяемая направленно-рассеянным компонентом; – вклад в ЭПР объемного и многократного рассеяния; SF – функция затенения Сэнсера. В [1, 2] представлены соотношения, образующие аналитическую модель рассеяния σ0. Они связывают информацию об угловых зависимостях коэффициента когерентного отражения (Rc) и некогерентной составляющей удельной ЭПР (σ01) плоской шероховатой площадки с длиной волны излучения, статистическими параметрами микронеровностей и отражательными свойствами материала поверхности. С учетом (1) ЭПР σt поверхности корпуса (планера) объекта, имеющего j внешних покрытий, определяется соотношением: (2) где и – единичные векторы, направленные соответственно на приемник и передатчик; – местная нормаль на поверхности; Aj – одновременно освещаемые и видимые участки внешней поверхности объекта с j-м покрытием; Гg – гауссова кривизна g-й одновременно освещаемой и видимой зеркальной области; Rcg – соответствующие коэффициенты когерентного (регулярного) отражения. Выражение (2) позволяет определить на основе синтеза индикатрис рассеяния внешних покрытий базовую характеристику объекта – эффективную площадь рассеяния его внешней поверхности в широком диапазоне длин волн. В общем случае ЭПР объекта s рассчитывается в соответствии с выражением , (3) где – вклад в ЭПР световозвращающих структур (при этом обтекатели бортовых ОЭС учтены в (2)); – функция, описывающая влияние на σt и сопутствующих полету физических явлений; – вклад в ЭПР сопутствующих полету физических явлений и пространственно-распределенных структур; sr – индексы, означающие, что компоненты одновременно подсвечены с направления и просматриваются с направления . Неотъемлемой частью используемого при этом методического аппарата определения ЛЛХ объектов является прецизионное измерение угловых зависимостей некогерентной составляющей удельной ЭПР (σ01) и коэффициента когерентного отражения (Rr) их внешних покрытий на длинах волн функционирования лазерных информационных средств. Для получения таких данных применяется экспериментальная установка, в состав которой входят лазерный гониометр и спектрофотометры ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов. В целом математические модели базируются на моделировании обобщенной локационной ситуации и расчете различных типов лазерно-локационных и сигнальных характеристик. При этом в них реализованы алгоритмы: - аппроксимации внешней поверхности объекта с помощью набора поверхностей первого (фасеты) и второго порядков; - расчета параметров аналитической модели рассеяния для аппроксимации экспериментальных значений базовых отражательных характеристик внешних покрытий: удельной некогерентной ЭПР s01 и (в случае существования) коэффициента когерентного отражения Rc; - учета затенений участков объекта с двух направлений ( и ); - расчета ЭПР корпуса (планера) объекта и производных ЛЛХ в условиях однопозиционной и двухпозиционной лазерной локации; - учета вклада световозвращающих элементов (стеклосфер, бортовых ОЭС) [3]; - учета влияния на ЛЛХ объекта возможных, сопутствующих его движению физических явлений и пространственно-распределенных структур (термонагрев, факел, плазмообразование и т. д.) [4]; - расчета Фурье-образов локационных портретов [5]; - расчета статистических ЛЛХ объектов (с учетом спекл-структуры отраженного от объекта поля и влияния турбулентности атмосферы) [6]; - расчета сигнальных характеристик объектов с учетом параметров приемно-передающего тракта, локационной ситуации, способа детектирования и локационной трассы; - моделирования 3D и 4D сигнальных портретов объектов для автоматизированных систем распознавания [5]. На базе математических моделей авторами разрабатывались информационно-расчетные системы (ИРС) «LRTSM», «Picture», «Рапира», адаптивные к широкому кругу локационных задач. Структурная схема функционирования данных ИРС представлена на рисунке. Основные версии ИРС в режиме меню дают пользователю возможность выбрать объект из каталога, присвоить ему внешнее покрытие из имеющегося в банке данных и далее, задав длину волны облучения, условия и параметры локации, режимы движения и закон изменения ракурса объекта, оперативно получить требуемый набор его лазерно-локационных и сигнальных характеристик. При этом гибкие блочно-модульные структуры ИРС позволяют использовать их в качестве источника информации для генерации отражательных характеристик объектов, программируемого блока при имитационном моделировании функционирования оптико-электронных средств, унифицированного модуля в системах автоматизированного проектирования. Последние версии ИРС разработаны на Delphi 2006 в операционной системе Windows ХР. В настоящее время автоматизированные ИРС верифицированы и обеспечивают проведение исследований по оценке эффективности современных и перспективных лазерных локационных средств. Литература 1. Leader J.C. Analisis And Prediction of Laser Specle Roughsurface Mаterials // J. Opt. Soc. Am. 1979. Vol. 69. № 4. 2. Канивец В.Ю., Хмаров И.М., Храмичев А.А. Определение эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в широком диапазоне длин волн лазерного излучения: сб. ст. ЦАГИ. М., 2002. Вып. 2657. 3. Mieremeta A.L., Schleijpena M.A., Pouchelleb P.N. Modeling the detection of optical sights using retro-reflection // Proc. of SPIE, 2007. Vol. 6950. 4. Мартин Дж. Вход в атмосферу. Введение в теорию и практику. М.: Мир, 1969. 5. Mahalanobis A., Kumar V., Nevel A.J. Three-dimensional correlation filters for orientation invariant recognition // Proc. of SPIE, 2001. Vol. 4379. 6. Al-Habash, Andrews M. New mathematical model for the intensity PDF of a laser beam propagating through turbulent media // Proc. SPIE, 1999. Vol. 3706. |
Permanent link: http://swsys.ru/index.php?page=article&id=2635&lang=&lang=en&like=1 |
Print version Full issue in PDF (6.26Mb) Download the cover in PDF (1.28Мб) |
The article was published in issue no. № 4, 2010 |
Perhaps, you might be interested in the following articles of similar topics:
- Концепция математического и компьютерного моделирования тепловых процессов в электронных системах
- Модели планирования производства изделий, основанных на нанотехнологиях
- Комплекс программных средств для исследования погрешности измерений экспериментального лазерного кругломера
- Программная реализация математической модели вариативности сердечного ритма
- Компоненты и функциональность программного средства моделирования структуры импортозамещения
Back to the list of articles