Математичне моделювання динамічних характеристик об’ємно-розподілених елементів в спеціальних середовищах як модель подання знань

Розроблено метод моделювання впливу магнітного поля Землі на орієнтацію окремого елемента об'ємно-розподіленого об'єкта у просторі, що полягає в урахуванні сили Лоренца. У результаті аналізу отриманих результатів встановлено, що магнітне поле Землі не впливає на орієнтацію елемента в просторі. Це дозволило використати рівномірну щільність розподілу кутів орієнтації елементів при оцінці компонентів середньої поляризаційної матриці розсіювання сукупності елементів, що знаходяться у розрізнювальному (імпульсному) об'ємі радіолокатора.

Розроблено математичний опис компонентів поляризаційної матриці розсіювання окремого елемента об'ємно-розподіленого об'єкта, у якій оптимальною моделлю уламка космічного сміття є еліпсоїд обертання. Для такої моделі рівняння Максвелла можуть бути розділені за змінними та зведені до звичайних диференціальних рівнянь. Аналіз поляризаційної матриці розсіювання показав значний ефект впливу форми елемента на розсіювання енергії.

Розроблено методологію оцінювання компонентів середньої поляризаційної матриці розсіювання сукупності елементів, засновану на використанні статистичного підходу. При визначенні кількості елементів, що знаходяться у розрізнювальному (імпульсному) об'ємі радіолокатора, використовувались дані просторово-швидкісної моделі об'ємно-розподіленого об'єкта.

Достовірність результатів забезпечується коректним використанням математичних методів, збігом висновків і результатів роботи з фундаментальними положеннями теоретичної механіки, а також з відомими в літературі теоретичними даними інших дослідників та експериментальними даними, що отримані автором при дослідженні радіолокаційних сигналів відбитих від об'ємно-розподілених об'єктів.

Технічні рішення з використанням розроблених математичних моделей об'ємно-розподілених об'єктів у спеціальних середовищах дозволили істотно підвищити ефективність перешкодозахищеності існуючих та модернізованих радіолокаційних засобів, що застосовуються в навігаційних системах і системах супутникового зв'язку. Синтезований автокомпенсатор забезпечує середнє значення коефіцієнта заглушення 32-34 дБ.

У роботі розроблена методологія економного керування енергетичними ресурсами навігаційних систем, систем супутникового зв'язку та теле-радіокомунікацій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Пилькевич И.А. Моделирование облаков техногенного происхождения в околоземном космическом пространстве: монография / Игорь Анатольевич Пилькевич. - К.: Наукова думка, 2006. - 112 с.

2.Пилькевич И.А. Оптимизация приема и обработки видовой информации / И.А. Пилькевич // Регистрация, хранение и обработка данных. - 2009. - Т.11. - №1. - С. 60-68.

3.Пилькевич И.А. Использование гидродинамической модели объемно-распределенного объекта при каталогизации мелких осколков космического мусора / И.А. Пилькевич // Регистрация, хранение и обработка данных. - 2008. - Т.10. - №1. - С. 59-68.

4.Пількевич І.А. Використання інформаційних технологій в задачах природокористування із застосуванням даних дистанційного зондування Землі / І.А. Пількевич // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. праць. - К.: ІПМЕ НАНУ, 2007. - Вип.44. - С. 134-143.

5.Пилькевич И.А. Об эффективности методов защиты Земли от астероидов / И.А. Пилькевич // Проблемы управления и информатики. - 2007. - №3. - С. 138-145.

6.Пилькевич И.А. Исследование загрязнения околоземного космического пространства методами математического моделирования / И.А. Пилькевич // Электронное моделирование. - 2007. - Т.29. - №2. - С. 101-114.

7.Пількевич І.А. Використання критерію відстані для виявлення луна-сигналу розподілених об'єктів на фоні сигналоподібних перешкод / И.А. Пількевич, О.Є. Леонтьєв // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем. Технічні науки: Зб. наук. праць. - Житомир: ЖВІРЕ, 2006. - Вип.10. - C. 146-152.

8.Пилькевич И.А. Математическое описание поляризационных характеристик сигналов осколков космического мусора / И.А. Пилькевич // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. праць. - К.: ІПМЕ НАНУ, 2006. - Вип.36. - С. 66-70.

9.Пилькевич И.А. Математическое моделирование загрязнения околоземного пространства / И.А. Пилькевич // Проблемы управления и информатики. - 2006. - №5. - С. 138-147.

10.Пилькевич И.А. Цифровые средства коррекции частотных спектров сигналов / И.А. Пилькевич, А.Ю. Денисюк // Регистрация, хранение и обработка данных. - 2006. - Т.8. - №2. - С. 72-79.

11.Пилькевич И.А. Адаптированное моделирование облаков искусственного происхождения в космосе / И.А. Пилькевич // Электронное моделирование. - 2006. - Т.28. - №2. - С. 103-111.

12.Пилькевич И.А. Использование пространственно-скоростной модели объемно-распределенного объекта для создания гибридного каталога космического мусора / И.А. Пилькевич // Регистрация, хранение и обработка данных. - 2006. - Т.8. - №1. - С. 17-30.

13.Пількевич І.А. Моделювання роботи автокомпенсатора з колами корекції для дослідження ефективності роботи в разі протидії активним широкосмуговим перешкодам / І.А. Пількевич, А.Ю. Денисюк, О.Є. Леонтьєв // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. праць. - К.: ІПМЕ НАНУ, 2005. - Вип.35. - С. 33-38.

14.Пількевич І.А. Методика оцінювання впливу іонізованих утворень на точність виміру координат в багатопозиційних радіолокаційних комплексах / І.А. Пількевич, А.Ю. Денисюк // Реєстрація, зберігання та обробка даних. - 2005. - Т.7. - №4. - С. 66-77.

15.Пількевич І.А. Математична модель луна-сигналу розподіленого об'єкта з дисперсним розсіюванням / І.А. Пількевич, Т.Ю. Микуляк // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - Вип. № 4(35). - С. 98-103.

16.Пилькевич И.А. Оптимизация энергетических ресурсов космических систем наблюдения при их работе в условиях коррелированных помех / И.А. Пилькевич // Моделирование и информационные технологии: Сб. науч. работ. - К.: ИПМЭ НАНУ, 2005. - Спец. вып. - С. 58-64.

17.Пількевич І.А. Математичний опис великих систем дискретних елементів організованих в об'ємно-розподілені об'єкти в космосі рівняннями безперервності / І.А. Пількевич, Т.Ю. Микуляк // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - Вип. № 3(34). - С. 103-109.

18.Пилькевич И.А. Алгоритм обработки данных регистрации с учетом априорных связей между ними / И.А. Пилькевич // Регистрация, хранение и обработка данных. - 2005. - Т.7. - №3. - С. 40-54.

19.Пількевич І.А. Математичний опис поляризаційної матриці розсіювання сукупності диполів / І.А. Пількевич, Т.Ю. Микуляк // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - Вип. № 2(33). - С. 85-88.

20.Пількевич І.А. Вплив резонансної характеристики диполя на роздільну здатність радіолокаційних станцій / І.А. Пількевич, Т.Ю. Микуляк // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2005. - Вип. № 1(32). - С. 127-131.

21.Пількевич І.А. Методика сумісного оцінювання декількох параметрів за результатами вимірів з урахуванням апріорних зв'язків між ними / І.А. Пількевич // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем. Технічні науки: Зб. наук. праць. - Житомир: ЖВІРЕ, 2004. - Вип.8. - C. 184-195.

22.Пількевич І.А. Математичний опис поляризаційної матриці розсіювання диполя / І.А. Пількевич, Т.Ю. Микуляк // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2004. - Вип. № 3(30). - С. 71-75.

23.Пількевич І.А. Математичний опис розсіювання електромагнітної хвилі на окремому диполі при широкосмуговому зондуванні / І.А. Пількевич // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2004. - Вип. № 2(29). - С. 134-137.

24.Пількевич І.А. Виявлення і фільтрація сигналів цілі з розсіюванням за частотою і затримкою в присутності сигналоподібних перешкод / І.А. Пількевич // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2004. - Вип. № 1(28). - С. 88-92.

25 Пількевич І.А. Оцінювання потенціально-досяжного розділення за дальністю при необмеженому збільшенні ширини спектра опромінюючого диполі сигналу / І.А. Пількевич // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем. Технічні науки: Зб. наук. праць. - Житомир: ЖВІРЕ, 2003. - Вип.6. - C. 114-121.

26.Пількевич І.А. Рівняння розподілу диполів у хмарі дипольних відбивачів та їхнє використання для моделювання кореляційної матриці перешкод / І.А. Пількевич // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2003. - Вип. № 3(27). - С. 93-101.

27.Пількевич І.А. Про вплив магнітного поля Землі на орієнтацію диполя в просторі / І.А. Пількевич // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. - Житомир: ЖДТУ, 2003. - Вип. №1(25). - C. 80-88.

28.Пількевич І.А. Математичний опис впливу сигналоподібних перешкод / І.А. Пількевич, О.Є. Леонтьєв // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем. Технічні науки: Зб. наук. праць. - Житомир: ЖВІРЕ, 2001. - Вип.4. - C. 131-137.

АНОТАЦІЯ

Пількевич І.А. Математичне моделювання динамічних характеристик системи об'ємно-розподілених елементів в спеціальних середовищах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2009.

Дисертація присвячена розробці теоретичного підходу до математичного моделювання динамічних характеристик об'ємно-розподілених об'єктів. У роботі розроблено модель об'ємно-розподіленого об'єкта в умовах спеціальних середовищ. Встановлені фізичні закономірності розподілу по простору концентрації елементів об'ємно-розподіленого об'єкта та швидкостей їх поступального руху в залежності від часу на основі законів механіки стосовно суцільних середовищ у полі земної гравітації. Розроблено метод практичного розрахунку швидкості та концентрації елементів у кожній точці простору в кожен момент часу як розв'язання рівнянь механіки у спеціально вибраній системі координат. Шляхом послідовного застосування спеціально доведених теорем обґрунтовані можливість та методика побудови спеціальних систем координат.

Розроблено математичний апарат для дослідження поляризаційних характеристик окремих елементів об'ємно-розподіленого об'єкта, а також для оцінки середньої поляризаційної матриці розсіювання сукупності елементів, що знаходяться в імпульсному об'ємі радіолокаційної станції.

У роботі був виконаний ряд теоретичних та експериментальних досліджень, що спрямовані на організацію просторово-часової обробки сигналів на фоні перешкод. Синтезований автокомпенсатор забезпечує середнє значення коефіцієнта заглушення 32-34 дБ. Це істотно підвищує перешкодозахищеність навігаційних систем і систем супутникового зв'язку.

Ключові слова: математична модель об'ємно-розподіленого об'єкту, оптимальна обробка радіолокаційного сигналу, поляризаційна матриця розсіювання.

SUMMARY

Pilkevych I.A. A mathematical model of the dynamic characteristics for the system of body-distributed elements in a special environment. - Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree in engineering sciences, specialty: 01.05.02 - mathematical modeling and computing methods. G.E. Pukhov's Institute of Modeling Problems in Power Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2009.

The dissertation is devoted to developing the theoretical approach to body-distributed elements dynamic characteristics mathematical modeling. The model of body-distributed entity in special environment is developed in the paper. The paper determines physical laws of aerial density distribution of a body-distributed entity and their translational motion speeds depending on the time on the basis of mechanics laws concerning homogenous media in the terrestrial gravitation field. It develops the method of the elements speed and concentration practical calculation in every point of space in every moment of time as mechanics equations solution in the specific coordinate system. The specific coordinate systems building techniques and their possibility are substantiated by the sequential application way of the specifically proved theorems.

The body of mathematics is developed to research polarization characteristics of a body-distributed entity, also to estimate an average polarization dispersal matrix for a set of elements that is situated in the impulse space of radar.

The paper describes a number of theoretical and experimental investigations concerning the organization of the spatial-temporal signal processing on the obstacles background. The synthesized auto compensator provides jam coefficient mean 32-34 dB. This essentially increases the obstacle resistance of navigation and satellite connection systems.

Key words: mathematical model of body-distributed entity, radio signal optimal processing, polarization dispersal matrix.

АННОТАЦИЯ

Пилькевич И.А. Математическое моделирование динамических характеристик системы объемно-распределенных элементов в специальных средах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2009.

Диссертация посвящена разработке теоретического подхода к математическому моделированию динамических характеристик объемно-распределенных элементов в специальных средах. В работе разработана модель объемно-распределенного объекта в условиях специальных сред. Адаптированная математическая модель состоит из двух частей: первая часть моделирует динамику развития объемно-распределенного объекта, а вторая - отраженный сигнал, решая задачу электродинамики. Оптимизация модели проводится по критерию минимума отклонения результатов моделирования от результатов периодических радиолокационных наблюдений.

В работе исследованы физические закономерности распределения по пространству концентрации элементов объемно-распределенного объекта и скоростей их поступательного движения в зависимости от времени на основе законов механики применительно к сплошным средам в поле земной гравитации. Разработан практический метод расчета скорости и концентрации элементов в пространстве в заданный момент времени, основанный на решении уравнений механики, сформированных в специально выбранной системе координат.

Предложен способ построения специальных систем координат путем последовательного применения специально доказанных теорем. Обоснована возможность и разработана методика построения предложенной системы координат.

Проведена оценка точности метода расчета пространственного распределения элементов в объемно-распределенном объекте и распределения скоростей перемещения этих элементов.

Разработан математический аппарат для исследования поляризационных характеристик отдельных элементов объемно-распределенного объекта, а также для оценки средней поляризационной матрицы рассеивания совокупности элементов, находящихся в разрешаемом (импульсном) объеме радиолокационной станции.

Приведены примеры использования предложенных методик моделирования объемно-распределенного объекта в космосе при решении задачи организации оптимальной обработки радиолокационного сигнала на фоне помех. Синтезированный в работе автокомпенсатор обеспечивает среднее значение коэффициента подавления 32-34 дБ. В работе разработана методология экономного управления энергетическими ресурсами навигационных систем, систем спутниковой связи и теле-радиокоммуникаций.

Сделан вывод о том, что на основе применения разработанных моделей могут быть решен ряд практических задач, позволяющих повысить эффективность обработки радиолокационного сигнала на фоне помех с известным пространственным распределением.

Ключевые слова: математическая модель объемно-распределенного объекта, оптимальная обработка радиолокационного сигнала, поляризационная матрица рассеивания.

Размещено на Allbest.ru