Информационно-расчетные системы для определения лазерно-локационных характеристик объектов

задача в этом варианте не возникает, поскольку все перемещения руки аватара задаются системой трекинга и перчаткой данных.

Во всех трех вариантах построения модели аватара возникает задача обнаружения столкновений для обработки взаимодействия аватара с виртуальным миром.

Построение модели компьютерно-управляемого аватара представляет особый интерес, поскольку позволяет добавить в виртуальный мир тренажно-моделирующего комплекса других участников комплексной тренировки без необходимости привлечения самих операторов. Это, в свою очередь, дает возможность оператору автономно отработать свои действия согласованно с действиями других членов экипажа.

Таким образом, рассмотрение перспективных направлений развития тренажно-моделирующих комплексов виртуальной реальности позволило выделить проблему моделирования оператора, по-

казать ее сложность и актуальность. В статье изложены основные задачи, возникающие при моделировании движения аватара, и предложены направления их решения.

Литература

1. Ситалов Д.С. Моделирование скелета аватара // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: матер. VI Междунар. науч.-практ. конф. (26 мая 2008 г., Новочеркасск) / Юж.-Рос. ГТУ (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. С. 87-95.

2. Веселовский В.В. Кинематика манипуляторов: Учеб. пособие. М.: МИРЭА, 1991. 72 с.

3. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы робототехники; отв. ред. С.М. Каплунов; Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. М.: Наука, 2006. Кн. 1. 383 с.

4. Ситалов Д.С. Варианты применения модели аватара. Проблемы решения обратной задачи при моделировании ава-тара // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: матер. VII Междунар. науч.-практ. конф. (25 мая 2009 г., Новочеркасск). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. С. 167-170.

УДК 621.37

ИНФОРМАЦИОННО-РАСЧЕТНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛАЗЕРНО-АОКАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ОБЪЕКТОВ

И.М. Хмаров, к.т.н. (2 ЦНИИ Минобороны России, г. Тверь, khmarov314@mail.ru);

В.Ю. Канивец, к.т.н.

Для расчета широкого набора лазерно-локационных и сигнальных характеристик объектов разработан ряд математических моделей. Модели включены в состав моделирующего комплекса и функционируют с БД по объектам, покрытиям, фонам, сопутствующим полету объектов физическим явлениям и характеристикам атмосферы. На основе данных математических моделей авторами разработаны информационно--расчетные системы, адаптивные к широкому кругу задач, связанных с проектированием лазерных локационных систем.

Ключевые слова: лазерно-локационная характеристика, эффективная площадь рассеяния, индикатриса рассеяния, математическая модель, аналитическая модель, информационно-расчетная система, оптико-электронная система.

При решении проблем, связанных с оценкой эффективности активных оптико-электронных систем, актуальной является задача разработки верифицированных математических моделей расчета широкого набора лазерно-локационных и сигнальных характеристик объектов.

Для ее решения авторами разработаны модели расчета изображений фоно-целевых сцен при лазерной локации. Данные модели включены в состав моделирующего комплекса и функционируют с импортируемыми БД по объектам, фонам, сопутствующим физическим явлениям и характеристикам атмосферы.

Используемые в моделях методики расчета лазерно-локационных характеристик (ЛЛХ) корпуса (планера) объектов основаны на рассмотрении процесса рассеяния электромагнитного излучения на шероховатой поверхности в рамках двухмасштабной модели микронеровностей. В данном приближении индикатриса рассеяния плоского элемента типового внешнего покрытия может содержать, как правило, до четырех характерных зон [1, 2]. В соответствии с этим выражение для определения удельной эффективной площади рассеяния (ЭПР) плоской площадки о0 выглядит следующим образом:

а» =(< )х SF +aV,

где ас - когерентная составляющая удельной ЭПР; стС - ЭПР, обусловленная квазизеркальным рассеянием на крупных неоднородностях; ст05 -ЭПР, определяемая направленно-рассеянным компонентом; ст0 - вклад в ЭПР объемного и многократного рассеяния; SF - функция затенения Сэнсера.

В [1, 2] представлены соотношения, образующие аналитическую модель рассеяния о0. Они связывают информацию об угловых зависимостях коэффициента когерентного отражения (R,.) и некогерентной составляющей удельной ЭПР (о01) плоской шероховатой площадки с длиной волны излучения, статистическими параметрами микронеровностей и отражательными свойствами материала поверхности.

С учетом (1) ЭПР ot поверхности корпуса (планера) объекта, имеющего j внешних покрытий, определяется соотношением:

ст =1R1 -Я + EJK1 dA,

s i g J A J

где r и s - единичные векторы, направленные

соответственно на приемник и передатчик; n -местная нормаль на поверхности; Aj - одновременно освещаемые и видимые участки внешней поверхности объекта с j-м покрытием; rg - гауссова кривизна g-й одновременно освещаемой и видимой зеркальной области; R,.g - соответствующие коэффициенты когерентного (регулярного) отражения.

Выражение (2) позволяет определить на основе синтеза индикатрис рассеяния внешних покрытий базовую характеристику объекта - эффективную площадь рассеяния его внешней поверхности в широком диапазоне длин волн.

В общем случае ЭПР объекта ст рассчитывается в соответствии с выражением

ст =

где ctJTs - вклад в ЭПР световозвращающих структур (при этом обтекатели бортовых ОЭС учтены в (2)); Fsr - функция, описывающая влияние на ot и ст^ сопутствующих полету физических явлений; ст^м - вклад в ЭПР сопутствующих

полету физических явлений и пространственно-распределенных структур; sr - индексы, означающие, что компоненты одновременно подсвечены с направления s и просматриваются с направления r .

Неотъемлемой частью используемого при этом методического аппарата определения ЛЛХ объектов является прецизионное измерение угло-

вых зависимостей некогерентнои составляющей удельной ЭПР (о01) и коэффициента когерентного отражения (Rr) их внешних покрытий на длинах волн функционирования лазерных информационных средств.

Для получения таких данных применяется экспериментальная установка, в состав которой входят лазерный гониометр и спектрофотометры ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

В целом математические модели базируются на моделировании обобщенной локационной ситуации и расчете различных типов лазерно-локационных и сигнальных характеристик. При этом в них реализованы алгоритмы:

- аппроксимации внешней поверхности объекта с помощью набора поверхностей первого (фасеты) и второго порядков;

- расчета параметров аналитической модели рассеяния для аппроксимации экспериментальных значений базовых отражательных характеристик внешних покрытий: удельной некогерентной ЭПР а01 и (в случае существования) коэффициента когерентного отражения Re;

- учета затенений участков объекта с двух

направлений (r и s );

- расчета ЭПР корпуса (планера) объекта и производных ЛЛХ в условиях однопозиционной и двухпозиционной лазерной локации;

- учета вклада световозвращающих элементов (стеклосфер, бортовых ОЭС) [3];

- учета влияния на ЛЛХ объекта возможных, сопутствующих его движению физических явлений и пространственно-распределенных структур (термонагрев, факел, плазмообразование и т. д.) [4];

- расчета Фурье-образов локационных портретов [5];

- расчета статистических ЛЛХ объектов (с учетом спекл-структуры отраженного от объекта поля и влияния турбулентности атмосферы) [6];

- расчета сигнальных характеристик объектов с учетом параметров приемно-передающего тракта, локационной ситуации, способа детектирования и локационной трассы;

- моделирования 3D и 4D сигнальных портретов объектов для автоматизированных систем распознавания [5].

На базе математических моделей авторами разрабатывались информационно-расчетные системы (ИРС) «LRTSM.», «Picture», «Рапира», адаптивные к широкому кругу локационных задач. Структурная схема функционирования данных ИРС представлена на рисунке.

Основные версии ИРС в режиме меню дают пользователю возможность выбрать объект из каталога, присвоить ему внешнее покрытие из имеющегося в банке данных и далее, задав длину

БД ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ СОПУТСТВУЮЩИХ ПОЛЕТУ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

БД ПО ОПТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВНЕШНИХ ПОКРЫТИЙ

КОНСТРУКТОР МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА

XX

БД ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

БД ПО ПАРАМЕТРАМ АТМОСФЕРЫ

V

РАСЧЕТНЫЕ МОДУЛИ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОМЕТРИИ ОБЪЕКТА

7\

УГЛЫ ОРИЕНТАЦИИ ОБЪЕКТА, ПАРАМЕТРЫ ЕГО ТРАЕКТОРИИ

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛОКАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ

ВЕРИФИКАЦИЯ

ЛАЗЕРНО-J\ ЛОКАЦИОННЫЕ И ^ СИГНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПАРАМЕТРЫ ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕГО ТРАКТА ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

волны облучения, условия и параметры локации, режимы движения и закон изменения ракурса объекта, оперативно получить требуемый набор его лазерно-локационных и сигнальных характеристик.

При этом гибкие блочно-модульные структуры ИРС позволяют использовать их в качестве источника информации для генерации отражательных характеристик объектов, программируемого блока при имитационном моделировании функционирования оптико-электронных средств, унифицированного модуля в системах автоматизированного проектирования. Последние версии ИРС разработаны на Delphi 2006 в операционной системе Windows ХР.

В настоящее время автоматизированные ИРС верифицированы и обеспечивают проведение исследований по оценке эффективности современ-

ных и перспективных лазерных локационных средств.

Литература

1. Leader J.C. Analisis And Prediction of Laser Specie Roughsurface Mаterials // J. Opt. Soc. Am. 1979. Vol. 69. № 4.

2. Канивец В.Ю., Хмаров И.М., Храмичев А.А. Определение эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в широком диапазоне длин волн лазерного излучения: сб. ст. ЦАГИ. М., 2002. Вып. 2657.

3. Mieremeta A.L., Schleijpena M.A., Pouchelleb P.N. Modeling the detection of optical sights using retro-reflection // Proc. of SPIE, 2007. Vol. 6950.

4. Мартин Дж. Вход в атмосферу. Введение в теорию и практику. М.: Мир, 1969.

5. Mahalanobis A., Kumar V., Nevel A.J. Three-dimensional correlation filters for orientation invariant recognition // Proc. of SPIE, 2001. Vol. 4379.

6. Al-Habash, Andrews M. New mathematical model for the intensity PDF of a laser beam propagating through turbulent media // Proc. SPIE, 1999. Vol. 3706.

УДК 004.7

ПОСТРОЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ МАГИСТРАЛИ

ОПЕРАТОРА СВЯЗИ

Ю.М. Лисецкий, к.т.н.

Рассматривается построение оптической магистральной транспортной сети оператора связи. Сформулирован набор требований, приведены соответствующая им функциональная структура телекоммуникационных систем и последовательность задач, решаемых в ходе их интеграции. Описан опыт реализации проекта для оператора мобильной связи «Киевстар Дж.Эс.Эм.».

Ключевые слова: магистральная транспортная сеть, DWDM-система, телекоммуникационные системы, гетерогенная структура, унификация и стандартизация компонент.

Операторы связи, решая проблемы территориального покрытия, увеличения скорости передачи трафика и его качества, строят достаточно большое количество оптических магистральных сетей. Но из-за динамичного увеличения абонентской

базы, длительности разговоров, предоставления новых неголосовых услуг они постоянно сталкиваются с необходимостью уплотнения трафика. Наиболее эффективным средством решения данной задачи является внедрение современной усо-