Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 109

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

Б , д). Практическая реализация предложенного алгоритма обработки требует конечно­го числа дискретных изменений величины д в опорном сигнале. Как можно заметить из (1) количество дискретных значений параметра д должно соответствовать количеству

опорных сигналов, изменяющих свою амплитудную и фазовую структуру при изменении д . Следовательно и точность определения параметров атмосферы с помощью простых

радиоакустических сигналов с прямоугольной огибающей выше для значений д0 Ф 0 .

Предложенный алгоритм обработки радиоакустических сигналов устраняет систе­матические погрешности измерения, позволяет повысить точность определения парамет­ров атмосферы для РАЗ. На основе анализа тел неопределенности тех или иных колеба­ний можно провести оценку перспективности использования их в качестве зондирующих сигналов для радиоакустических систем еще на этапе проектирования без применения натурного моделирования, что удешевляет и ускоряет процесс разработки.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 1 3

О ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ОЦЕНОК СКОРОСТИ И ТОРМОЖЕНИЯ МЕТЕОРОИДОВ ПО БАЗЕ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГОЛОВНЫХ

ЭХО-СИГНАЛОВ МЕТЕОРНОЙ РЛС ХНУРЭ Волощук Ю.И.,Черкас Ю.В. Харьковский национальный университет радиоэлектроники Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. +(380)-57-700-22-84, факс: +(380) 57-702-10-13 E-mail: ort@kture.kharkov.ua

The Photographic base of KTURE has a big amount of films, on which there is images of head echoes of meteoric bodies. The present development of the computing machinery permits their use for finding of the velocities and decelerations of meteorids. The paper consider possi­bility of the decision of given question and problems connected with it. Gradient is done on pos­sibility of the use of head echoes, which are typical for the base of KTURE. They were received with use meteoric automatic radar station (MARS). Its technical features such, that main echo with two branches small amount. It complicates exact finding of velocity and deceleration of meteoric bodies.

Обзор литературы по истории открытия явления головного эхо и его использования для определения скоростей и торможения метеороидов в атмосфере Земли см., например, в работах [1, 4, 5].

В отличие от основного эхо, возникающего в результате отражения радиоволн ио­низированным метеорным следом, порожденным в атмосфере Земли при внедрении в нее метеорного тела (метеороида), головное эхо образуется источником, движущимся вместе с метеороидом. Этим источником является «сгусток ионизации, плазмы», образующийся впереди метеороида под действием сильного ультрафиолетового излучения ударной вол­ны. Важно, что головное эхо является практически мгновенным отражением радиоволн от источника, движущегося со скоростью метеороида. Это и позволяет получать оценки мгновенной скорости метеороида и, следовательно, торможения метеорного тела в атмо­сфере Земли. Проблема учета торможения метеороида является принципиальной при ас­трономической интерпретации результатов радиолокационных наблюдений.

На рис. 1 приведен график, иллюстрирующий образование головного эхо. Здесь МРЛС - метеорная радиолокационная станция; R - наклонная дальность до головы ме­теора в некоторый момент времени t; R0 - минимальная наклонная дальность до головы метеора в момент t0; s - путь, который преодолевает метеороид за время t0 -1. Очевид­но, что, измеряя наклонные дальности до метеороида в определенные моменты времени, можно найти его скорость v и торможение a .

Из анализа рисунка следует, что

Как следует из (1), зависимость «дальность -время» головного эхо при условии, что торможение мало, можно аппроксимировать полиномом второй степени, а мгновенная скорость метеороида определя­ется выражением вида:

Торможения метеороида находим как производ­ную скорости по времени:

д¥

а = ^7. (3)

R2 = R2 + s2 = R02 + v2(t -10)2.

(1)

МРЛС

Рис. 1

-t

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 2 1 4

В настоящее время при радионаблюдениях на волнах X > 4 м скорость метеоров оп­ределяется обычно дифракционным методом [3]. Однако дифракционный метод с ис­пользованием одной приемной станции дает значение скорости только в одной точке на следе и не позволяет измерять торможение метеорных тел. Методом «дальность - время» может быть получено изменение скорости метеороида в течение всего периода видимо­сти головного эха. У дифракционного метода есть и другие существенные недостатки: этот метод является косвенным [2] и, кроме того, он обладает высокой аппаратурной из­бирательностью, что искажает оценки распределений метеороидов по скоростям [6] и, следовательно, и по элементам орбит.

Хотя МРЛС ХНУРЭ (МАРС) проектировалась как многостанционная система для определения орбит метеоров, в течение нескольких лет на ней проводились измерения численности отражений от следов в атмосфере Земли. Регистрация велась на фотопленку. Таких пленок в архиве ХНУРЭ накопилось несколько десятков километров, а количество головных эхо на них измеряется тысячами, что в десятки раз превышает количество та­ких регистраций, полученных во всем остальном мире. Однако технические характери­стики МАРС [4] таковы, что головных эхо с двумя ветвями (см. рис.2 и рис.3) очень мало. Подавляющее большинство имеющихся изображения голов­ных эхо представляют собой нис­ходящую ветвь параболы. Цель работы - определить, как зависит оценки скорости и торможения от величины имеющегося участка кривой дальность-время.

Для достижения поставлен­ной цели мы использовали метод математического моделирования: нашли в литературе [5] практиче­ски идеальное головное эхо (при­ведено на рис. 2), разработали алгоритм и программы его обра­ботки, искусственно укорачивая его (отсекая левую ветвь), приво­дили к такому виду, который со­ответствовал имеющимся регист-рациям из фотоархива ХНУРЭ, обрабатывали этот кадр и сравни­вали результаты обработки эхо приведенного на рис. 2, с резуль­татами обработки «урезанного» эхо.

На рис. 2 приведена копия фотоизображения выбранного в качестве эталона голов­ного эхо. Предварительная обработка изображения выполняется в три этапа: низкочас­тотная фильтрация с целью устранения неоднородностей, вызванных разными причина­ми, в частности, дефектами пленки, ее старением, дефектами проявления и т. д.; преобра­зование изображения в бинарное, фактически оцифровка изображения; сглаживание по­лученного оцифрованного изображения методом скользящего среднего (цифровой ФНЧ, рис. 3 - штриховая кривая); аппроксимация полученной кривой полиномом второй сте­пени (сплошная кривая на рис. 3). Фактически мы уже нашли мгновенную скорость ме-теороида, породившего головное эхо, показанное на рис.2.

39       5$    5£    57    $8    59   40 00

Рис. 2. Исходное изображение

Р., км

О       0.5       1       1.5       2       2.5       3       3.5       4 г,С Рис. 3. Сглаженная и исходная кривые дальность время

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 1 5км

км

О      0.5      1      1.5      2      2.5      3   Ь,С Рис. 4. График изменения скорости метеорного тела

0      0.5      1       1.5      2      2.5      3 Г, С Рис. 5. График изменения торможения метеорного тела

Л, км 200 190 180 170 160

 

 

 

 

 

 

 

.....

 

——-

о

4 г,с

Рис. 6

1 2

Рис. 7

4

На рис. 4, приведен график изменения мгновенной скорости, а на рис. 5 - торможе­ния метеороида. По причинам, указанным выше, ограничив время значением ^ = 2.6с -область, где  Я«Я и ^, получаем среднюю скорость и торможение равными:

V = 44,2км / с , а = 1,2 км / с2.

Будем укорачивать исходную кривую дальность-время (рис. 3) и тем самым приближаться к таким эхо, как те, что имеются в базе ХНУРЭ. Значения Я0 и (0

получим путем экстраполяции кривой на необходимом нам интервале времени. Естественно они будут отли­чаться от эталонных, что и внесет погрешность в оценки скорости и торможения.

На рис. 6 и 7 в качестве примера приведены два таких усеченных головных эхо. Здесь пунктирной ли­нией показано эталонное эхо; тонкой сплошной - экс­траполяция усеченных эхо (позволяет найти оценки Я0, ^ и, следовательно, скорость и торможение); жирной линией выделен тот участок эталонного го­ловного эхо, по которому выполнялась экстраполяция.

В таблице приведены некоторые результаты мо­делирования. Чтобы было с чем сравнивать напомним, что значение Av = 0.8 соответст­вует погрешности измерения скорости оптическим - самым точным - методом. Стандартное отклонение оценок скорости метеороида, полученных дифракционным методом, в зависимости от значения средней скорости изменяется от 1 до 4 км/с. Таким образом, при условии, что зарегистрированное головное эхо, имея только ниспадающую ветвь даже не включающую точку с координатами (Я0, ^0), позволяет получить оценки

средней скорости с погрешностью приблизительно такой же, какую обеспечивает ди­фракционный метод, но, кроме того, найти еще и оценки торможения.

В качестве примера найдем оценки скорость и торможения для одного из имею­щихся в фотоархиве ХНУРЭ головного эхо. На рис. 8 показан фрагмент пленки, где было обнаружено головное эхо. Это эхо зарегистрировано как сдвоенное. Объясняется это ра­ботой устройства защиты от помех: каждый импульс, излучаемой МРЛС последователь­ности, дает при наличии полезного сигнала две засвеченных точки на пленке, сдвинутых на фиксированную величину во времени. При этом шумы и помехи на пленке представ­лены в виде хаотически разбросанных точек. Как следует из анализа трека, полученного из-за явления головного эхо, участок кривой дальность-время явно не достигает точки с

А1, с

3.5 _3_

2.5

2

Av, км / с ~0~8~

2.4

5.7 7.9

_Таблица

Аа, км / с

0.32 0.30

0.32

0.26

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 2 1 6

175

150

1251

100е

0 1

Рис. 8

1 1.5

Рис. 9

2.5 1

координатами (Я0, t0), поэтому сначала необходимо экстраполировать кривую так, что­бы получить оценку этих координат. На рис. 9 волнистой линией показано отфильтро­ванное и сглаженное головное эхо. Здесь же плавной кривой приведено восстановленное эхо, по которому можно найти все необходимые для получения оценок мгновенных ско­рости и торможения метеороида. Среднее значение скорости и торможения равны: V = 42,4км / с , а = 1,2км / с2.

На рис. 10 и 11 приведены графики изменения во времени ско­рости и торможения метеороида, породившего головное эхо, зареги­стрированное в ХНУРЭ и представ­ленное на рис. 8.

Конечно, алгоритмы обработ­ки и программное обеспечение тре­буют дальнейшего усовершенство­вания и развития. Направление, ку­да   следует   двигаться, понятно. Главный вывод таков: те данные, которые были получены в Харькове за многие годы из­мерений, содержат огромное количество уникальной информации, которую нужно только из них извлечь. Литература

1. Бронштэн В. А. Физика метеорных явлений. М.: Наука. 1981. 416 с.

2. Волощук Ю.И., Кащеев Б.Л., Кручиненко В.Г. Метеоры и метеорное вещество. Киев: Наук. думка. 1989. 296 с.

3. Кащеев Б.Л., Волощук Ю.И., Ткачук А.А. и др. Метеорная автоматизированная радиолокационная сис­тема // Метеорн. исслед. - 1977, №4, с. 11-61.

4. Кащеев Б.Л., Лебединец В.Н., Лагутин М.Ф. Метеорные явления в атмосфере Земли. М.: Наука.

1967. 260 с.

5. МакКинли Д. Методы метеорной астрономии. - М.: Мир, 1964. 384 с.

6. Черкас Ю.В. Аппаратурная избирательность при определении скоростей мете­орных тел радиолокационным методом // XII Международный молодежный форум «Ра­диотехника и молодежь в XXI веке». - Харьков: ХНУРЭ, 2007. С. 38.

0.5 1

Рис. 10

1.5 1,с

0.5 1

Рис. 11

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 2 1 7

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ПОСТРОЕНИЯ GRID-СИСТЕМ ДЛЯ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Шелестов А.Ю. Институт космических исследований НАНУ-НКАУ 03680 МСП, Киев, 187, просп. Акад. Глушкова, 40, корп. 4/1, тел. (044) 526-25-53, факс: (044) 526-41-24, e-mail: inform@ikd.kiev.ua In this paper we give the state-of-the art and directions of analysis and construction of the Earth Observation Grid. The paper describes the architecture and components of the Earth Ob­servation Grid that is being developed in the Space Research Institute NASU-NSAU. A number of real-world applications that are solved using the described Grid are also given.

Введение. Современный уровень информатизации общества характеризуется бур­ным развитием сложных распределенных систем (виртуальных организаций), включаю­щих высокопроизводительную вычислительную технику и хранилища данных больших объемов. Многие из этих систем активно функционируют и базируются на Grid-технологии, обеспечивающей для пользователя легкий («прозрачный») доступ к ресурсам виртуальной организации. Наблюдаются тенденции интеграции отдельных систем в еще более сложные структуры. Важнейшей международной инициативой по созданию гло­бальных систем в интересах устойчивого развития является "система систем" GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) [1], которая должна интегрировать сущест­вующие в мире системы, связанные с использованием наблюдений Земли.

Украина в числе более 70 стран заявила о своем участии в создании системы GEOSS. С Европейским космическим агентством (ЕКА) и Французской академией наук достигнуты договоренности о включении информационных и вычислительных ресурсов НАНУ и НКАУ в международную систему Wide Area Grid (WAG), которая разрабатыва­ется по инициативе комитета CEOS (Committee on Earth Observation Satellites) [2]. Проект WAG инициирован группой по информационным технологиям WGISS комитета CEOS и направлен на создание "горизонтальной" инфраструктуры (системы), которая должна обеспечить эффективное взаимодействие между различными странами и организациями. Работы, выполняемые в рамках инициативы WAG, должны стать вкладом в развитие сис­темы GEOSS.

В настоящее время единственно возможной технологией для решения этой задачи является Grid [3, 4]. Ниже приведено лишь самое последнее определение Grid-технологии, которое по существу отражает результат ее развития за последние десять лет.

Grid-система представляет собой программное обеспечение среднего уровня (middleware), работающее в соответствии с концепцией Web-служб и позволяющее обес­печить интеграцию распределенных информационных и вычислительных ресурсов, при­надлежащих различным административным доменам, в единую виртуальную организа­цию (ВО) — временное объединение географически распределенных организаций для совместного решения сложных задач.

Первые Grid-системы появились в начале 1990-х годов и были связаны с решением наукоемких и сложных задач в области физики и исследования космоса (DataGRID, TerraGRID). В последние годы Grid-технологии получили широкое распространение для решения большого спектра задач в разных областях человеческой деятельности. Список наиболее масштабных проектов, связанных с разработкой GRID-технологий, содержится в работах [3, 4, 5]. Одним из наиболее показательных примеров Grid-систем является сис­тема, разработанная организацией CERN [6], которая предназначена для обработки дан­ных большого адронного ускорителя LHC (Large Hadron Collider). Достаточно большое количество Grid-систем разрабатываются и для прикладной области обработки спутнико­вых данных. Более того, системы в данной прикладной области следует отнести к от­дельному классу, для которого характерен ряд важных особенностей, в частности, ис­пользование данных из многих источников, а также необходимость поддержки выполне­ния заданий со сложной структурой [7].

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 2 1 8

Системный атлю EOGnd

информационное

Обеспечение принятии решений

Структурно-аналиа

Моделирование доступа к общей памяти

И уровень: количественный н качественный анализ

Оценка состояния и идентификации

Моделирование сложных потоков заданий (wgrttflgw)

Актуальность анализа и моделирования &т(1-систем наблюдения Земли. Одна­ко, несмотря на живой интерес к созданию Ог1с1-систем обработки спутниковых данных, число успешно реализованных проектов на сегодняшний день достаточно мало. Чтобы определить общие принципы и концептуальные основы их построения, выделить основ­ные научные задачи, возникающие при создании й111-систем, а также построить модель типичной системы и оценить правильность такого подхода, нужно проанализировать ме­ждународный опыт создания подобных систем. В то же время нужно осознавать тот факт, что в настоящее время отсутствует комплексная методология анализа и построения таких сложных систем, а многие системы, основанные на й111-технологии, строятся интуитив­но. Поэтому чрезвычайно важно разработать такой комплексный подход, который позво­лил бы повысить качество функционирования таких систем, а также обеспечить доступ­ность информации, эффективную визуализацию и поддержку выполнения заданий со сложной структурой. В Институте космических исследований НАНУ-НКАУ уже сейчас успешно выполняются работы в данном направлении. Решение сформулированной выше научно-прикладной проблемы требует решения ряда задач, возникающих на системном уровне при построении и анализе й111-инфраструктуры для задач исследования Земли.

Системный подход к ис­следованию Сп(1-систем наблю­дения Земли. Иерархия возни­кающих задач в иерархическом дереве задач системного анализа согласно [8] приведена на рис. 1.

Более подробно основные задачи проанализированы ниже.

1. й111-система исследова­ния Земли является сложной, мно­гоуровневой и иерархической (СМИС), т.е. представляет собой «целостный объект, образованный из функционально разнотипных систем, структурно взаимосвязан­ных иерархической подчиненно­стью и функционально объеди­ненных в интересах достижения заданных целей при определен­ных условиях» [8]. Поэтому со­гласно [8] исследование таких систем на всех этапах жизненного цикла (при создании, в процессе функционирования и при необходимости расширения) должно выполняться на основе декомпозиции и структурно-функционального анализа с целью последующей сис­темной оптимизации и эффективного управления.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа