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
Вычислительные машины, системы и сети

Диссертационная работа:

Таранцев, Евгений Константинович. Модели и алгоритмы функционирования вычислительных систем регистрации радиолокационной информации : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.15 / Таранцев Евгений Константинович; [Место защиты: Пенз. гос. ун-т].- Пенза, 2011.- 184 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/1007

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. При отладке и испытаниях радиолокационных станций (РЛС) авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения (АК ДРЛО) используются технологические вычислительные системы, которые обеспечивают запись на накопитель радиолокационного сигнала с различных этапов его обработки. Зарегистрированная информация в дальнейшем используется для оценки качества работы тракта приемо-обработки РЛС, отладки новых алгоритмов обработки сигнала и построения «виртуальных испытательных полигонов». Все это позволяет значительно сократить сроки разработки новых образцов радиолокационной техники и затраты на разработку за счет уменьшения количества летных испытаний.

В работах А. В. Васильева, М. И. Чернышева, Н. Н. Коннова,
В. В. Гладкова, В. И. Устинова, Д. В. Пащенко, Hu Jian-ping, D. Sirmans,
S. L. Durden, M. Browning и других заложены концепция и методологическая база построения аппаратно-программных комплексов регистрации сигналов РЛС.

Регистрация радиолокационного сигнала представляет собой сложную техническую проблему из-за высокой скорости поступления данных, больших объемов регистрируемой информации и жестких условий эксплуатации. В связи с этим актуальна разработка алгоритмов сжатия радиолокационной информации для снижения нагрузки на каналы передачи данных и увеличения объема зарегистрированной информации.

Алгоритмы сжатия сигналов радиолокационных комплексов с синтезированной апертурой и метеорологических спутников рассмотрены в работах S. Rane, C. Li, G. A. Tammana, Y. F. Zheng, R. L. Ewing, N. Agrawal,
K. Venugopalan и других. Данные алгоритмы производят сжатие с потерей части информации, что при настройке и отладке радиолокационных комплексов не допустимо. В связи с этим целесообразна разработка алгоритма сжатия радиолокационной информации без потерь.

Кроме того, при проектировании вычислительных систем регистрации необходимо определить требования к размерам буферов, алгоритмам обработки и производительности отдельных компонентов вычислительной системы. Эта проблема может быть решена методами имитационного моделирования. Поэтому актуально создание имитационных моделей, позволяющих исследовать взаимное влияние потока регистрируемой информации и потоков данных, формируемых штатными системами РЛС, а также вероятностно-временные характеристики вычислительной системы.

Целью работы является улучшение эксплуатационных характеристик вычислительных систем регистрации радиолокационной информации за счет разработки и внедрения алгоритмов обработки информации,
а также совершенствование технической базы исследования и проектирования вычислительных систем регистрации за счет создания имитационных моделей.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Анализ функционирования вычислительной системы регистрации радиолокационной информации с целью построения модели системы.

  2. Разработка имитационных моделей, позволяющих исследовать вычислительную систему регистрации радиолокационной информации.

  3. Анализ существующих алгоритмов сжатия информации и разработка алгоритма сжатия радиолокационной информации без потерь, определение возможности программно-аппаратной реализации разработанного алгоритма.

  4. Разработка алгоритма разбора записей радиолокационного сигнала, повышающего надежность обработки данных за счет частичного восстановления данных при наличии ошибок.

  5. Разработка компонентов программного обеспечения обработки зарегистрированной радиолокационной информации.

Объектом исследования диссертационной работы является вычислительная система регистрации радиолокационной информации.

Предмет исследования: модели и алгоритмы функционирования вычислительной системы регистрации радиолокационной информации.

Методы исследования: аппарат математической статистики, элементы теории информации, теория кодирования, теория ортогональных преобразований, математический аппарат недетерминированных автоматов, математический аппарат временных иерархических раскрашенных сетей Петри.

Научная новизна работы:

  1. Впервые разработаны имитационные модели компонентов вычислительной системы регистрации (источника информации, канала передачи, регистратора) на базе цветных иерархических временных сетей Петри, позволяющие исследовать взаимное влияние потока регистрируемой информации и рабочих потоков РЛС, а также вероятностно-временные характеристики вычислительной системы регистрации.

  2. Разработан алгоритм сжатия радиолокационной информации, отличающийся тем, что он учитывает структуру кадра данных импульсно-допплеровской РЛС, а также использует линейное предсказание сигнала с последующим арифметическим кодированием ошибки предсказания, благодаря чему сжатие производится без потерь.

  3. Разработан алгоритм разбора записей зарегистрированного радиолокационного сигнала, обеспечивающий частичное восстановление данных при наличии ошибок и отличающийся ориентированностью на параллельную обработку информации в многопроцессорной вычислительной системе.

Практическая значимость работы:

  1. Разработанные имитационные модели компонентов вычислительной системы регистрации позволяют определить требования к размерам буферов, алгоритмам обработки и производительности компонентов вычислительной системы регистрации при ее проектировании.

  2. Разработанный комплекс сервисных программ в математическом пакете Matlab позволяет проводить статистическую обработку результатов моделирования вычислительной системы регистрации.

  3. Разработанный алгоритм сжатия радиолокационного сигнала обеспечивает сжатие регистрируемой информации в 2,6–3,7 раза без потерь, за счет чего снижается нагрузка на каналы передачи информации и обеспечивается регистрация большего объема информации при неизменной емкости накопителя. Кроме того, ориентированность алгоритма на покадровую обработку данных делает возможным его реализацию с учетом требований реального времени.

  4. Предложена структура аппаратного компрессора, использующего разработанный алгоритм сжатия, и проведена оценка ресурсов ПЛИС, требуемых для его реализации.

  5. Разработанное программное обеспечение на основе предложенного алгоритма разбора записей зарегистрированного радиолокационного сигнала позволяет сократить время разбора записей в 1,5 раза.

  6. Разработанное программное обеспечение позволяет имитировать цифровую обработку сигнала в приемном тракте РЛС на зарегистрированных радиолокационных данных. Предложенные решения нашли применение при создании технологического комплекса для АК ДРЛО нового поколения.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Имитационные модели компонентов вычислительной системы регистрации (источника информации, канала передачи, регистратора) радиолокационной информации, построенные на базе цветных иерархических временных сетей Петри.

  2. Алгоритм покадрового сжатия радиолокационной информации импульсно-допплеровской РЛС, использующий линейное предсказание сигнала с последующим арифметическим кодированием ошибки предсказания.

  3. Алгоритм разбора записей зарегистрированного радиолокационного сигнала.

  4. Комплекс программ, реализующих алгоритмы разбора радиолокационной информации и алгоритмы цифровой обработки радиолокационного сигнала в приемном тракте РЛС.

  5. Комплекс сервисных программ в математическом пакете Matlab для статистической обработки результатов моделирования вычислительной системы регистрации.

Реализация и внедрение результатов работы. Диссертация является теоретическим обобщением научно-исследовательских работ, выполненных автором в Пензенском государственном университете, а также в ОАО «НПП «Рубин» (г. Пенза) при выполнении опытно-конструкторской работы по заказу ОАО «Концерн радиостроения «Вега» (г. Москва), что подтверждено соответствующими документами.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием методов исследования, адекватных предмету, цели и задачам работы, проверкой алгоритмов на тестовых и реальных данных, результатами имитационного моделирования, результатами опытной эксплуатации созданных программно-аппаратных средств, использующих научные результаты диссертации, а также апробацией на международных конференциях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: ХХVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и системы» (Пенза, 2007); Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, 2007, 2008); Международной научно-практической конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21)» (Саратов, 2008); Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2008, 2010); XXII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-22)» (Псков, 2009);
3-й Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные системы и задачи управления» (Таганрог, 2008); Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2008); 17-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2010); Всероссийской конференции с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Ульяновск, 2009); VIII Всероссийской научно-технической конференции «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов» (Пенза, 2010).

Магистерская диссертация автора по теме «Разработка метода сжатия радиолокационной информации» получила диплом за 3-е место во Всероссийском конкурсе выпускных квалификационных работ по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» (2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 6 – в журналах, входящих в перечень ВАК РФ. Зарегистрировано 2 программных продукта в Роспатенте.

Все результаты работы, составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно. Работы [1, 3, 10, 12, 13, 18] опубликованы в соавторстве с научным руководителем, которому принадлежат разработка концепции решаемой проблемы и постановка задачи исследования.
В зарегистрированных программных продуктах (работы [20, 21] выполнены в соавторстве) диссертантом разработаны алгоритмы и подпрограммы разбора радиолокационной информации, цифровой обработки зарегистрированного радиолокационного сигнала. Все программное обеспечение аппаратно-программных комплексов регистрации радиолокационной информации, описанное в приложениях к диссертации, разработано диссертантом самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы: 145 страниц основного машинописного текста, 49 рисунков, 25 таблиц,
6 приложений на 21 странице. Список литературы содержит 153 наименования.


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