Однопунктовая система пассивного мониторинга грозовой деятельности : Модели, методы, программное обеспечение

• Автор: Будуев, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1.1 Математическая модель проблемы однопунктового определения

местоположения молниевого разряда.

1.2 Очаг 2ГГ

1.3 Фазовые методы.

1.4 Линейный экстремальный метод.

1.5 Нелинейный экстремальный метод.

1.6 Прямой метод.

1.7 Выводы.

Глава 2 Экстремальный параметрический метод.

2.1 Основы метода

2.2 Определение параметров.

2.3 Реализация основных алгоритмов.
2.3.1 Экстремальный параметрический метод.
2.3.2 Цифровая фильтрация.
2.4 Система имитационного моделирования
2.4.1 Моделирование ЭМИ молниевого разряда
2.4.2 Указание пространственной ориентации диполя
2.4.3 Добавление шумов
2.5 Вычислительный эксперимент.
2.5.1 Сравнительный эксперимент.
2.5.2 Влияние гауссова шума.
2.6 Структура аппаратной части АГПД
2.7 Выводы.
Глава 3 Программное обеспечение АГПД
3.1 Процесс разработки программного обеспечения.
3.2 Видение системы.
3.2.1 Введение.
3.2.2 Словарь понятий
3.2.3 Эскиз архитектуры
3.3 Определение требований и анализ.
3.3.1 Исполнители
3.3.2 Прецеденты.
3.3.3 Модель понятий предметной области
3.3.4 Нефункциональные требования
3.3.5 Уточнение требований к подсистемам.
3.4 Модель проектирования ядра системы
3.4.1 Прием сигналов.
3.4.2 Тестирование.
3.4.3 Совместная обработка сигналов
3.4.4 Оценка дальности.
3.4.5 Подсистема имитации сигналов.
3.4.6 База данных.
3.5 Стендовые и полевые испытания пилотного образца
Заключение.
Список литературы


Прямой метод относится к импульсным Нметодам и состоит в непосредственном вычислении оценок по формулам, полученным из соотношений, связывающих идентифицируемые параметры с коэффициентами системы уравнений. Для установления причин неудовлетворительной работы линейного и нелинейного экстремальных методов во второй главе проведен спектральный анализ матрицы А. Анализ матрицы А показывает, что минимальное ненулевое собственное значение близко к нулю. Поэтому задача определения собственного вектора, соответствующего минимальному собственному числу, является плохо обусловленной. С другой стороны, остальные собственные значения хорошо разделены, поэтому вычисление соответствующих им собственных векторов представляет хорошо обусловленную задачу. Данный факт положен в основу экстремального параметрического метода. Для проведения вычислительного эксперимента и возможного использования в грозопеленгаторедалыюмере была разработана библиотека методов определения дальности до молниевого разряда. С целью проведения вычислительного эксперимента также была разработана система имитационного моделирования на ЭВМ молниевого разряда в ближней зоне. Система имитации на основе параметров эквивалентного дипольного источника электромагнитного излучения генерирует сигналы , ii, , представленные целочисленными или действительными отсчетами мгновенных значений в дискретные моменты времени. Выходные сигналы, представленные целочисленными отсчетами, содержат шум квантования, который используется для оценки робастности исследуемых алгоритмов. Кроме того, имеется возможность моделирования гауссова шума и добавление его в сигналы с действительными отсчетами мгновенных значений. Для анализа точности и устойчивости экстремального параметрического алгоритма, а также сравнения его характеристик с прямым алгоритмом был проведен вычислительный эксперимент. Изза сложности аналитического описания погрешностей моделирования, дтя их имитации используется шум квантования при цифровом представлении принимаемых сигналов. Исследование
влияния шума квантования на характеристики алгоритма проводилось посредством изменения амплитуды моделируемых сигналов. Проведенный вычислительный эксперимент позволяет определить требования к аппаратуре. Достаточен шаг дискретизации по времени 5 мке при числе уровней квантования 2. При этом уровней необходимы для состоятельной оценки и дополнительных уровней необходимы для вариации амплитуды сигналов. В заключение главы предлагается проект программноаппаратного комплекса однопунктового местоопределения молниевых разрядов. Рассматривается структура и общая функциональная схема аппаратной части. В третьей главе рассматривается программное обеспечение ПО автономного грозопеленгаторадальпомера АГПД, разработанное в ходе работ по проекту МНТЦ Разработка и исследование однопунктовой системы местоопределения гроз в диапазоне сверхдлинных волн. В начале главы устанавливается процесс разработки ПО, описывается принятая модель жизненного цикла ПО. Формулируются требования к программной системе. Отражены этапы анализа и проектирования системы. Глава завершается результатами стендовых испытаний ПО. В данной главе описаны известные методы местоопределения молниевого разряда по его электромагнитному полю. Математической моделью рассматриваемой проблемы является произвольно ориентированный электрический диполь, размещенный над бесконечно проводящей плоскостью. Такая модель вполне адекватно описывает молниевый разряд и подстилающую поверхность при использовании для измерений диапазона СДВ длина волны не меньше 0 км электромагнитного поля индуцированного в ближней зоне до 0 км. Адекватность модели имеет теоретическое обоснование ,, и подтверждена многочисленными практическими экспериментами . В рассматриваемой постановке задачи точка наблюдения находится на подстилающей поверхности. С целью введения новых понятий и обозначений, используемых в дальнейшем, приведем вывод соотношений дя компонент электромагнитного ПОЛЯ, индуцируемого произвольно ориентированным электрическим диполем, размещенным над бесконечно проводящей плоскостью . НР0 ХАлрг1 рсг п0 хе.