Моделирование распространения сигналов

В состав ЭАС "МСР-Импульс" входит уникальный и не имеющий аналогов в России отечественный программный комплекс "СШПС-Тракт" математического моделирования радиолокационных сцен и трактов распространения импульсных сигналов, разработанный совместно со специалистами МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Данный программный комплекс предназначен для расчета входных сигналов импульсных РЛС, отраженных от объектов сложной формы и фоновых образований. Расчет электромагнитных полей рассеяния объектов проводится на основе использования методов физической оптики, физической теории дифракции, а также технологии прыгающих лучей (SBR) применительно к полигональным моделям объектов, созданных в современных пакетах трехмерного моделирования (Creo Elements Pro и 3DStudioMax).

Программа предоставляет необходимый пользовательский интерфейс и интерактивную графическую среду для работы с полигональными моделями целей и фонов. В программе предусмотрена возможность создания моделей диаграмм направленности антенн и зондирующих сигналов РЛС, полученных на основе численных и натурных экспериментов.

С помощью программного комплекса "СШПС-Тракт" были проведены расчеты отраженных импульсных СШП сигналов от участка леса при размещении РЛС на высоте 1 м над землей. В качестве рабочей частоты излучения РЛС, на которой вычислялся отраженный сигнал, была принята равной f = 2,5 ГГц. Длительность излучаемого передатчиком РЛС сверхкороткого импульса (СКИ) составляла t =0,5 нс. Временная реализация излучаемого РЛС СКИ приведена на рисунке.

Для проведения расчетов в качестве модели земной поверхности была выбрана фрактальная поверхность на основе квадратного листа с размерами 20 х 20 м, образованного плоскими треугольными элементами (см. рисунок).

Центр системы координат листа находится в его геометрическом центре. Полигональная модель листа образована из 1600000 треугольников, максимальный размер каждого из которых равен 0,18 м на расстояниях от центра системы координат более 1,5 м, где разброс высот неровностей составлял 0,5 м относительно средней плоскости.

Модель леса, которая представляет собой радиолокационную сцену, образована в результате объединения полигональной модели квадратного листа с фрактальными неровностями, полигональной модели 4-х деревьев и 4-х кустарников, расположенных на расстояниях от 5 до 7 м от центра системы координат сцены. В результате полигональная модель сцены, образованной фрактальной поверхностью грунта и деревьями представлена на рисунке. Полигональная модель сцены образована из 6000000 треугольников.

Диаграмма направленности антенны (ДНА) РЛС была получена расчетным путем на основе точных методов численного моделирования (см. рисунок). При вычислении текущих значений ДНА в направлении на треугольник поверхности значения ДН рассчитывались с использованием линейной интерполяции по узлам сетки. При расчетах отраженного сигнала фазовый центр антенны РЛС располагался на высоте H = 1 м над плоскостью y = 0. Кроме того, предполагалось, что антенна РЛС излучает на линейной поляризации, причем вектор поляризации ориентирован параллельно оси y.

На рисунке приведен входной сигнал РЛС с отсчетами временных реализаций СКИ, отраженных от заданной радиолокационной сцены - леса и кустарника, расположенного на открытом участке местности размером 20 м.

Параметры полученной модели входного сигнала могут быть использованы для создания оптимальных алгоритмов обработки сигнала.