Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Диссертационная работа:

Самодуров Александр Сергеевич. Моделирование сверхширокополосных антенн с учетом влияния корпуса носителя и подстилающей поверхности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.11, 05.13.12 / Самодуров Александр Сергеевич; [Место защиты: Воронеж. гос. техн. ун-т].- Воронеж, 2008.- 178 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/985

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. В настоящее время наиболее часто используются следующие виды математических моделей антенно-фидерных устройств: строгие (аналитические) модели (большой вклад в развитие которых внесли школы академика В П. Шестопалова, проф. Д.И. Воскресенского, проф. А С. Ильинского и др.); модели, основанные на численном решении уравнений Максвелла, сформулированных в интегральной, дифференциальной либо ин-тегро-дифференциальной форме (проф. В.А. Фок, проф. Е Н. Васильев, проф. Д.М Сазонов, проф. В.В. Никольский, проф. R. Mittra, проф. К. Yee, проф. Т. Weiland), с учетом заданных граничных условий; эвристические модели, основанные на упрощенных физических представлениях (проф. Б.В. Сестро-рецкий), эквивалентных схемах проектируемых устройств, а также использовании эвристических подходов к анализу протекающих физических процессов (нейронные сети) и синтезу их структуры и параметров (генетические алгоритмы).

Строгие математические (аналитические) модели (в частности, основанные на использовании методов теории функций комплексного переменного - метода Римана-Гильберта-Привалова, метода вычетов (а также модифицированного метода вычетов), метода интеграла Коши; методов функционального анализа - метода Крамера решения бесконечных систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), метода полуобращения оператора решаемой задачи, метода факторизации Винера-Хопфа-Фока), характеризуются существенными ограничениями по геометрии и электродинамическим свойствам моделируемых антенных устройств и систем.

Математические модели, основанные на численном решении уравнений Максвелла с граничными условиями, являются наиболее универсальным средством проектирования и исследования антенно-фидерных устройств с различной геометрией и материальными свойствами, функционирующих в произвольных диапазонах частот. Подобные модели сочетают в себе наиболее универсальный, «лобовой», способ решения уравнений Максвелла и систему подходов, направленных на ускорение процесса численного моделирования не только одиночных антенных устройств, но и антенных решеток, характеризующихся сложной топологией и значительным числом элементов

Наиболее часто употребляемыми эвристическими методами анализа антенно-фидерных устройств являются метод наведенных электродвижущих (или магнитодвижущих) сил, а также методы интегрального уравнения Хал-лена и интегро-дифференциального уравнения Поклингтона, используемые для моделирования и синтеза антенных устройств и систем, выполненных в виде тонкопроволочныч конструкций.

Эффективным методом параметрического синтеза антенно-фидерных устройств является эвристический метод генетических алгоритмов, однако для своей реализации, особенно при использовании строгих численных моделей анализа, он требует весьма значительных затрат машинного времени, причем не всегда удается предсказать момент окончания оптимизации.

Столь широкий спектр подходов, использующихся для построения математических моделей антенно-фидерных устройств, создает существенные трудности при попытке объединения всех существующих методов и средств анализа и синтеза антенно-фидерных устройств в рамках одного интегрированного программного продукта.

Одной из актуальных задач процесса анализа и синтеза антенных устройств и систем, при решении которой, в рамках настоящей диссертации, оказалось возможным рационально сочетать использование строгих аналитических и численных моделей, а также моделей, построенных с использованием эвристических предпосылок и полуэмпирических подходов, является создание методики анализа и синтеза сверхширокополосных антенн мобильного базирования, а также антенн коротковолнового (KB) диапазона, при функционировании которых необходимо строгим образом учитывать влияние земной поверхности (в KB диапазоне земля не может быть представлена ни идеальным металлом, ни идеальным диэлектриком, а только полупроводником (с комплексной диэлектрической проницаемостью)).

Работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой «Информационные технологии в образовании и науке» в рамках основных научных направлений ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы» и «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи, приема, обработки и защиты информации».

Целью диссертационной работы является создание многоуровневой системы математических моделей сверхширокополосных антенн, размещенных вблизи земной поверхности или корпуса мобильного носителя, позволяющих анализировать и учитывать влияние рассеянных электромагнитных волн на точностные и энергетические характеристики программно-аппаратных комплексов радиоконтроля. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

анализ состояния и перспектив развития программных средств математического моделирования электродинамических объектов, размещенных около металлических рассеивателей сложной геометрии и границы раздела сред воздуха и полупроводника;

разработка и исследование комплекса математических моделей, используемых для анализа и синтеза сверхширокополосных антенн, расположенных над подстилающей поверхностью с конечной проводимостью;

создание и исследование комплекса математических моделей сверхширокополосных антенн мобильного и бортового базирования;

- создание алгоритмов структурного и параметрического синтеза
сверхширокополосных антенн, расположенных вблизи земной поверхности
или корпуса носителя;

- разработка структуры и состава комплекса программ, предназначен
ного для анализа и синтеза сверхширокополосных антенн мобильного и бор
тового базирования.

Методы исследования. В ходе выполнения работы использовались основные положения теории математического моделирования; методы вычислительной электродинамики; стандартные методики измерения характеристик антенно-фидерных устройств СВЧ диапазона

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

комплекс математических моделей сверхширокополосных антенных устройств и систем, расположенных вблизи подстилающей поверхности, отличающийся возможностью программной реализации процедуры параметрического синтеза устройств на основе различных уровней представления о протекающих физических процессах в анализируемых объектах;

комплекс моделей сверхширокополосных антенн мобильного и бортового базирования, на основе которых разработаны процедуры их анализа и синтеза, отличающиеся рациональным выбором степени строгости описания моделируемых объектов (от численного решения краевых задач, сформулированных с использованием векторных интегральных уравнений, до использования эвристических подходов к описанию анализируемых явлений - метода наведенных электродвижущих сил);

алгоритмы автоматизированного анализа, параметрического и структурного синтеза сверхширокополосных антенн, отличающиеся возможностями учета и оптимизации влияния корпуса мобильного носителя на точность и разрешающую способность комплексов радиопеленгации мобильного базирования;

структура и состав специального программного обеспечения анализа и синтеза сверхширокополосных антенных устройств и систем, отличающегося минимизацией затраченного машинного времени путем комплексного применения современных пакетов электродинамического моделирования и созданных специализированных программных средств.

Практическая значимость работы. Разработанные и исследованные математические модели и алгоритмы являются основой для практической реализации комплекса программных средств, предназначенного для синтеза и анализа сверхширокополосных антенн с учетом влияния корпуса мобильного носителя и подстилающей поверхности. Его использование позволило разработать ряд высокоэффективных сверхширокополосных антенн, предназначенных для применения в программно-аппаратных комплексах радиоконтроля.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы использованы в ОСП ЗАО «ИРКОС» (г. Воронеж), НКТБ «Феррит» (г Воронеж), а также внедрены в учебный процессы ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» и ВВТУ ФСО России (г Воронеж).

Основные положения, выносимые на защиту:

математические модели сверхширокополосных антенн коротковолнового диапазона, построенные с учетом зависимостей диэлектрической проницаемости и проводимости земли от степени ее влажности, позволившие создать на их основе комплекс радиопеленгаторных антенных решеток, состоящих из направленных элементов;

комплекс математических моделей сверхширокополосных антенных устройств и систем, расположенных на корпусе мобильного или бортового носителя, позволивших значительно повысить эффективность (до 5 раз) процессов автоматизированного анализа и синтеза сверхширокополосных антенн аппаратуры радиоконтроля;

алгоритмы автоматизированного анализа и синтеза радиопеленгаторных антенн мобильного базирования, реализованные в программном обеспечении, интегрированном с пакетом численного электродинамического моделирования CST Microwave Studio, использование которых позволило существенно уменьшить систематическую погрешность (с 8 5 до 2 градусов) пеленгования источников радиоизлучения в сверхширокой полосе частот;

структура и состав специализированного программного обеспечения, предназначенного для моделирования и проектирования сверхширокополосных антенных устройств и систем аппаратуры радиопеленгования и радиомониторинга с учетом влияния реальной подстилающей поверхности и корпуса мобильного (или бортового) носителя.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XI- и XII- Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация и связь» (Воронеж, 2005, 2006), «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (Воронеж, 2005), «Инноватика 2007» (Сочи, 2007), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, студентов и аспирантов, научных семинарах ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2005-2008).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных работах, в том числе 9 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1-4, 10-12] - проведение моделирования, сравнительный анализ полученных входных характеристик; [5] - исследование модели антенного устройства, построенной на основе использования генетического алгоритма; [6-9] - разработка модели сверхширокополосной антенны; [13-14] - проведение моделирования, оптимизация, исследование входных характеристик, выбор наилучших геометрических параметров исследуемой модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы, включающего 151 наименование. Основная часть работы изложена на 161 странице, содержит 72 рисунка.

Подобные работы
Кубанов Виктор Павлович
Исследование структуры электромагнитного поля антенн радиочастотного диапазона с учетом влияния подстилающей поверхности для целей электромагнитной безопасности
Лихачев Андрей Борисович
Топологическая структура поверхности носителей информации на полимерной основе. Регулирование параметров изображения
Викулин Юрий Юрьевич
Параметрическое моделирование поверхности адаптивного крыла с гибкими обшивками
Абдуллаев Акрам Абдуллаевич
Моделирование поверхностей мембранных и мембранно-вантовых покрытий
Дегтярев Михаил Юрьевич
Алгоритмы моделирования поверхностей с применением методов ориентации твердого тела
Белякова Марина Станиславовна
Повышение эффективности процессов конструкторско-технологического проектирования на основе разработки информационной системы моделирования поверхностей
Грищенко Виктор Григорьевич
Дискретное моделирование поверхностей оболочек с учетом совокупности геометрических и статических формообразующих факторов
Вексляр Валерий Яковлевич
Кинематический метод геометрического моделирования судовой поверхности на стадиях проектирования и подготовки производства
Беляев Владимир Сергеевич
Методы и алгоритмы компьютерной графики для моделирования водной поверхности в системах виртуальной реальности
Дроздова Татьяна Николаевна
Изучение закономерностей и моделирование разрушения поверхности никелевых сплавов с целью повышения стойкости анодов в высокотемпературных кислородсодержащих расплавах

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net