Исследование работы многолучевой гидроакустической станции на системе структурного моделирования Текст научной статьи по специальности «Математика»

Входной блок J служит для объединения потоков заготовок после различных стадий обработки. Блоки АС моделируют позиции загрузки и выгрузки. Поскольку заготовки транспортируются партиями, то блок UNP осуществляет их распаковку для индивидуальной обработки на станке. Блок P имитирует токарную обработку, время выполнения которой определяется функцией ran, зависящей от P1 (типа и стадии обработки заготовки). Блок PAC упаковывает обработанные заготовки в партию. Аналогично рассмотренной выше подсистеме, блоки S и A обеспечивают посылку запроса на перевозку готовой партии и получение сигнала об окончании перевозки. С помощью блока D осуществляется выбор дальнейшего пути обработки партии заготовок.

По результатам моделирования производительность участка составила 27 партий, или 135 деталей за сутки непрерывной работы. Существенное различие в коэффициентах загрузки станков (0,248; 0,831; 0,213; 0,640) указало на то, что технологические маршруты разработаны неудачно. Это является основанием для использования аналитического аппарата оптимизации технологических процессов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Белевцев А.М. Об автоматизации технологических процессов в распределенных системах запросного типа//Проектирование и технология электронных средств. 2003. №2. С.19-24.

2. Белевцев А.М. О формальной интерпретации технологических процессов в распределенных системах//Проектирование и технология электронных средств. 2003. №1. С.11-15.

3. Белевцев А.М. О построении моделей оптимизации технологических процессов в распределенных системах запросного типа//Электронная промышленность. М.: №1 2003. Р-5520

4. Белевцев А.М. Вопросы оптимального планирования нагрузки в распределенных системах запросного типа//Известия ТРТУ. Тематический выпуск "Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности". -Таганрог, 2003. Вып. 3. С.122-126

В.Ф. Гузик, В.Е. Золотовский, В.Б. Резников, В.А. Переверзев, В.И.Мартиросян

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГОЛУЧЕВОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ НА СИСТЕМЕ СТРУКТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Гидроакустические станции (ГАС) имеют широкую область применения, с их помощью отыскивают косяки промысловых рыб, обследуют трубопроводы, проложенные по дну рек, ищут затонувшие корабли, а также с их помощью можно снять карту глубин фарватера и т.п. В этой связи задача моделирования ГАС представляется крайне актуальной. Проведение моделирования ГАС предполагает решение ряда следующих задач: оценка характеристик ГАС (определение точностных характеристик), уточнение данных сканирования, а также разработки методики гидрографической съемки морского дна.

Решение вышеуказанных задач проводилось с применением системы структурного моделирования, позволяющей реализовать математическое обеспечение блока обработки гидроакустических данных для комплекса камеральной обработки. Структура моделирующего комплекса, решающего задачу построения карт рельефа дна, представлена на рис. 1.

Внешняя среда

Блок имитации ГАС

52.

Гидролокационные данные

Модуль обработки сигнала

______________

Точки поверхности

Рис. 1

Задача гидрографического сканирования дна (камеральная обработка) разбивается на две подзадачи. Непосредственно задача моделирования работы станции (выполняется блоком имитации ГАС) и задача обработки акустического сигнала (выполняется соответствующим модулем). Предлагается формирование потока данных следующим образом. Блок имитации ГАС взаимодействует с модулем имитации внешней среды и реализует моделирование распространения и отражения акустического сигнала в данной среде. Также этот блок формирует оцифрованные гидролокационные данные, выдавая эти данные в таком же виде, в каком они выдаются ГАС. Далее эти данные необходимо обработать в модуле формирования точек поверхности, которые являются выходными данными данного комплекса. Рассмотрим особенности построения структурной модели.

Существует большое количество разновидностей гидроакустических станций: станции эхолоты, станции бокового обзора, многолучевые ГАС. Все эти станции различаются между собой способом формирования диаграмм направленности, их количеством и ориентацией. Наиболее общий случай представляет собой многолучевая ГАС, поэтому рассмотрим её в качестве примера.

Таким образом, обобщая представление ГАС можно описывать любую станция набором следующих параметров: количество ярусов, количество диаграмм в ярусе, тип и форма отдельной диаграммы направленности. Используя такое универсальное описание, можно построить модель любой станции. Покажем это на примере многолучевой ГАС. Пусть излучение станции обладает двумя ярусами. Необходимо задать раствор яруса и угол между ними. Необходимо заметить, что в качестве базовых параметров станции берутся количество и раствор ярусов, а также местоположение станции и её ориентация в пространстве. Далее ярус формируется заданным количеством диаграмм. Ориентация каждой диаграммы рассчитывается относительно положения яруса. В общем виде можно представить структурную схему произвольной ГАС следующим образом (рис. 2).

Из этой структурной схемы следует, что диаграмма направленности является элементарной единицей структурной модели станции и моделирование работы станции в системе моделирования сводится к расчету структурной модели каждой диаграммы. Традиционным и наиболее эффективным способом моделирования распространения диаграммы направленности является применение теории лучевой акустики. Физически лепесток диаграммы направленности представляется в виде телесного угла, в котором сосредоточена вся энергия акустического сигнала. Расчет сигнала распределенного в объеме телесного угла можно осуществить, решая уравнения в частных производных, однако это является довольно трудоемкой задачей. Поэтому данный телесный угол аппроксимируется пучком дискретных лучей, равномерно распределенных в объеме угла (рис. 3).

Каждому отдельному дискретному лучу соответствует часть фронта волны. Ввиду неравномерности распределения мощности излучения по фронту диаграммы, была синтезирована формула расчета мощности, учитывающая положение конкретного дискретного луча в телесном угле. Кроме того, по этим же причинам каждому дискретному лучу сопоставляется вспомогательный луч, по которому определяется площадь элементарно-

го участка фронта, это позволяет учитывать тот факт, что при расширении фронта падает удельная мощность на единицу поверхности, как показано на рис. 4.

Рис. 4

Далее рассмотрим процесс моделирования. Как показано выше, моделирование распространения фронта акустической волны сводится к расчету отдельных диаграмм направленности. Непосредственно работа ГАС осуществляется в периодическом режиме - излучение сигнала и направленный прием отраженного сигнала. При этом считается, что длительность импульса достаточно мала для изменения положения корабля, поэтому пренебрегается его движением в процессе излучения. Ввиду того, что станция принимает рассеянный отраженный сигнал, моделируется только режим приема сигнала. Производится расчет математической модели каждого дискретного луча от точки распространения до точки приема.

Неоднородность среды учитывается путем введения нелинейной функции скорости распространения звука. Наиболее значимыми факторами, определяющими скорость распространения звука в воде, являются градиенты скорости и температуры, изменяющиеся с глубиной. Процесс отражения луча реализуется следующим образом: на каждом отдельном дискретном шаге времени получаем вектор распространения луча, вычисляемый по системе уравнений (1).

— = С (у )cos(0)cos(a),

Л

= -С(У )^п(0),

-2 Г ’ (!)

= С(у)со$(0)зт(а)

ё0 = cos(0) ёС

— С0 ёу’

где у - текущая глубина излучателя в точке О; 0 - вертикальное направление излучения; а - горизонтальное направление излучения. Схема дискретного луча представлена на рис.5.

О

х

Рис. 5

Далее данный вектор проверяется на пересечение с триангулированной моделью поверхности. В случае коллизии определяется точка пересечения и нормаль к поверхности в этой точке. Далее на основании нормали строится отраженный луч по законам геометрической оптики (т.е. угол отражения равен углу падения). Также формируется

Поскольку сигнал излучается импульсами, то необходимо имитировать «звон» поверхности, т.е. продолжительный эхо-сигнал длительности, равной периоду излучения. Интенсивности всех дискретных лучей складываются и формируют интенсивность отраженного сигнала для соответствующей диаграммы направленности. Полученные интенсивности обрабатываются блоком имитации ВАРУ и оцифровываются в порции отсчетов принятого сигнала. Таким образом, выходными данными модуля имитации ГАС является набор буферов отсчетов принятого сигнала на каждый момент времени.

В модуле обработки происходит выделение отсчетов с максимальной амплитудой соответствующих отражению сигнала от дна.

По номеру отчета определяется время прихода сигнала отраженного от данного участка поверхности. Учитывая направление луча, длительность распространения, а

отраженный сигнал, согласно следующей формуле I = —

г

Необходимо отметить, что Кша1 зависит от угла падения.

м

А

Рис. 6

также закон изменения скорости звука в воде рассчитываются пространственные координаты данного участка поверхности. Однако в случае ножевидной формы диаграммы направленности, определение координат точек затруднено слишком широким раствором характеристики. Для уточнения координат предлагается введение дополнительной временной дискретизации. Считается, что облучаемая поверхность преимущественно расположена горизонтально, принятый сигнал разбивается по времени таким образом, чтобы учитывать последовательное падение фронта на поверхность. Данный способ аналогичен дискретизации диаграммы при моделировании телесного угла диаграммы.

Рис. 7

В заключении необходимо отметить, что основным результатом проведенных исследований является получение точностных характеристик комплекса камеральной обработки данных. Оценка точности сканирования проводилась для различных гидроакустических станций.

В.А. Петраков, С.Е. Кравченко

ОБОБЩЕННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

Переход к рыночной экономике потребовал пересмотра оценки управляемости и устойчивости производственных структур. Так, производимый продукт, в отличие от плановой системы, поступает на рынок и основным критерием его реализации становится его конкурентоспособность.

Поэтому для нахождения инновационных связей в производственных структурах необходимо рассматривать новую систему

инвестор ^ товаропроизводитель ^ рынок.

Научное обоснование и проектирование таких связей возможно путем представления процессов в элементах системы в едином векторном пространстве переменных состояния или с помощью обобщенной динамической модели ТЭС.

Построение обобщенной динамической модели технико-экономической системы потребует введения ряда новых и важных, на наш взгляд, понятий и определений, которые могли бы не только нести в себе вложенную определенную смысловую нагрузку, но и содержать в самом определении механизм решения задачи. К таким понятиям мы от-