CC BY
19
Выводы
Устройство диагностики изделий из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения и программа организации управления позволяют произвести контроль состояния изделий в автоматизированном режиме. Кроме того, устройство и ВЧ-метод позволяют проводить диагностику без механического воздействия на объект контроля, а также снизить время и затраты на испытание.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Определение физико-механических параметров полимерных материалов при высокочастотном диэлектрическом нагреве в электротермических
установках / А.Г. Ларченко и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 2(38). С. 150-156.
2. Юленец Ю.П., Марков А.В. Определение тангенса угла диэлектрических потерь и влагосо-держания по параметрам режима установки высокочастотного нагрева // Изв. вузов: Приборостроение. 1997. Т. 40, № 5. С. 60-65.
3. Сви П.М. Контроль высоковольтной изоляции методом частичных разрядов. М. : Государственное энергетическое издательство. 1962.
4. Бабушкин А. А. Частичные разряды в изоляции [Электронный ресурс]. URL: http://www.datos.com.ua/files/pdf/izol.pdf (Дата обращения 02.03.2014).
УДК 519.8 Ким Де Чан,
к. ф-м. н., профессор, зав. кафедрой физики, Братский государственный университет,
тел /факс: 8(9149)29-07-76, e-mail: fizika-brgu@yandex.ru
Агеева Елена Тимофеевна, старший преподаватель, Братский государственный университет, тел /факс: 8(9648)09-49-37, e-mail: sphalerite@yandex.ru Афанасьев Николай Тихонович, д. ф-м. н., профессор кафедры радиофизики, Иркутский государственный университет,
тел /факс: 8(9643)50-22-56, e-mail:nta@api.isu.ru Михайлов Никита Игоревич, аспирант, Братский государственный университет, тел/факс: 8(9500)59-27-06,e-mail: nikita-oxford@mail.ru
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЁТА ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛА В ИНФОРМАЦИОННОМ КАНАЛЕ С ВОЗМУЩЁННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
D. Kim, E. T. Ageeva, N. T. Afanasiev, N. I. Mikhailov
SOFTWARE FOR CALCULATING THE SIGNAL CHARACTERISTICS IN THE INFORMATIONAL CHANNEL WITH DISTURBED PARAMETERS
Аннотация. Разработан программно-вычислительный комплекс KANAL в пакете Matlab в среде Windows, предназначенный для оперативной оценки состояния информационного канала, подверженного искусственным и естественным воздействиям. Комплекс позволяет осуществить сбор, обработку и математическое моделирование результатов измерений средних и флуктуационных траекторных характеристик сигнала, распространяющегося в канале. Программный комплекс компактно построен и состоит из нескольких взаимодействующих модулей: модуля моделирования, модуля оперативного контроля эксперимента, модуля интерпретации и архивного
модуля. Для контроля и управления блоками разработан удобный графический интерфейс. Показана эффективность работы комплекса при решении задачи распространения декаметрового радиосигнала в ионосферном канале связи. Приведены примеры работы комплекса в естественных и искусственно возмущенных условиях. С помощью математического моделирования продемонстрированы радиофизические эффекты, возникающие в дека-метровом радиоканале в результате регулярной и случайной рефракции радиоволн.
Ключевые слова: комплекс программ, оперативный алгоритм, характеристики сигнала, математическое моделирование, информационный канал.
Abstract. A programming and computing suit KANAL has been developed in the Matlab environment for Windows for fast evaluation of the state of an informational channel exposed to artificial and natural impacts. The software enables collecting, processing and mathematical modelling measured average and fluctuating characteristics of the trajectory of a signal propagating in the channel. The program complex is compact and consists of several interacting packages: package of modelling, package of experiment control package of interpretation and package of archiving. In order to control the performance of the packages and their interactions, a handy graphical interface has been developed. It is shown that the software is effective for solving the problem of propagation of a decametric radio signal in the ionospheric radio channel. Examples demonstrating performance of the software in the case of natural or artificially disturbed conditions are presented. By means of mathematical modelling, radiophysical effects arising in the decametric radio channel due to regular and random refraction of radio waves are shown.
Keywords: program system, operative algorithm, signal characteristics, mathematical modelling, informational channel.
Введение
Существующие методы прогнозирования характеристик сигналов, распространяющихся в информационных каналах различной природы, главным образом основаны на построении математических моделей различного уровня и проведении численных экспериментов. Для целей прогнозирования используются эмпирические, статистические и детерминированные методы расчета. Каждый из них в отдельности не в состоянии обеспечить полноту описания процесса передачи сигнала в информационном канале, подверженного детерминированным и случайным воздействиям. Поэтому в последние годы широкое распространение получили комбинированные подходы, сочетающие высокую точность расчета характеристик сигнала на основе детерминированных методов и полноту описания тонкой структуры канала с использованием статистического моделирования. Одновременно в комбинированных подходах для повышения надежности передачи информации применяется коррекция характеристик сигналов по данным измерений.
Работа посвящена созданию универсального программно-вычислительного комплекса, предназначенного для оперативной оценки состояния информационного канала, подверженного детерминированным и случайным воздействиям естественного и искусственного происхождения. Подобные программные комплексы востребованы в ряде важных физических приложений, в том числе в задачах передачи информации в оптоволоконных, ионосферных и гидроакустических каналах связи [1]. Основу комплекса составляет разработанный нами [2] численно-аналитический алгоритм моделирования характеристик сигнала, распространяющегося в канале с возмущенными па-
раметрами. Рассмотрена лучевая математическая модель сигнала [1]. С помощью метода малого параметра с единых позиций описан результат как детерминированных, так и случайных воздействий на канал. В результате получена компактная система обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, позволяющая одновременно рассчитать детерминированные и статистические характеристики сигнала в информационном канале. Для учета нестационарных свойств канала в систему введены дополнительные дифференциальные уравнения для расчета доплеровских характеристик сигнала. Выполнена компьютерная реализация расширенной системы уравнений с использованием пакета Matlab в среде Windows.
I. Описание комплекса KANAL
Комплекс предназначен для расчёта характеристик сигнала и описания состояния информационного канала со случайными и регулярными возмущениями при численных и натурных экспериментах.
Комплекс позволяет осуществить следующие функции:
- сбор, обработку и анализ данных измерений в режиме реального времени;
- моделирование естественных и искусственных крупномасштабных неоднородностей информационного канала для проведения численного эксперимента по оценке их влияния на характеристики сигнала;
- оперативный расчёт траекторных и дистанционно-угловых характеристик сигнала в канале с детерминированными возмущениями;
- расчёт угловых и доплеровских статистических характеристик сигнала в различных условиях;
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
ш
- визуализацию информации, полученной при численных и натурных экспериментах.
Комплекс состоит из следующих взаимодействующих программных модулей:
1. Модуль моделирования. Обеспечивает воспроизведение построения математической картины состояния информационного канала со случайными и детерминированными возмущениями и состоит из блоков:
- моделирования процесса распространения информационного сигнала в канале с возмущенными параметрами;
- вычислительных алгоритмов и схем для расчёта характеристик сигнала в возмущенном информационном канале.
2. Модуль оперативного контроля эксперимента. Позволяет:
- регулировать условия проведения измерений средних и флуктуационных траекторных характеристик сигнала, распространяющегося в информационном канале;
- оперативное переключение режимов работы с помощью функциональных клавиш компьютера.
3. Интерпретирующий модуль. Обеспечивает в режиме реального времени пересчёт, отображение и визуализацию измерительной информации.
4. Архивный модуль. Обеспечивает хране-
ние входных и выходных данных, доступ к ним и взаимодействие комплекса с характеристиками сигнала и с параметрами канала. Схема взаимодействия модулей показана на рис. 1.
II. Вычислительный эксперимент
Программный комплекс KANAL был апробирован при решении задачи оценки состояния ионосферного канала декаметровой радиосвязи в естественных и искусственно возмущенных условиях. В качестве функции, характеризующей состояние ионосферного канала, рассматривается диэлектрическая проницаемость среды s [1]. Последняя представлена как сумма фоновой части sis, регулярной добавки sn (характеризующей
крупномасштабные неоднородности естественного либо искусственного происхождения), а также слагаемого, описывающего флуктуационную составляющую диэлектрической проницаемости ионосферного канала.
Схема численного моделирования характер и-стик радиосигнала в ионосферном канале с регулярными и случайными неоднородностями показана на рис. 2. Результаты расчётов, проведённых с использованием вычислительного программного комплекса KANAL, представлены на рис. 3-6. В частности, на рис. 3 отображены траектории радиосигнала, распространяющегося в возмущенном ионосферном канале с детерминированной ди-
Рис. 1. Схема взаимодействия модулей KANAL
Система дифференциальных уравнений для оперативного расчёта траекторных и доплеровских характеристик сигнала
входные параметры
, К, X, к, Ь, /, /Кр, рн
модель искусственной ионизации ионосферного канала
7 =
Лп„
( f V
кр
n
f
кр f
f2
S = 1 ~jtexP
e WZ
' 'z-Z.
Л
h
f -\z-Zv
s e i hh
rv /I
11
комплекс программ KANAL
Z ( ^ß^f ,( Af
модели возмущённого и регулярного канала
sо,7,N = 7 ■ (1 -ео)
i2
I
модель крупномасштабной неоднородности
С у- у ( / \2 / \2Л
^ кр
7 = -Z
f
exp
^z-z V
V hm Z
f2
Ss = 1 -jt eXP
f, , Z - Z
V hm Z
f2
J крЕ f
X_XL
L
f (
exp
Z - Z
_m
h
V hmE
f 2
. J кр
f2
2 | Z-Zm I I X-XI I
Рис. 2. Схема численного моделирования характеристик радиосигнала в ионосферном канале
Рис. 3. Лучевая картина в возмущенном ионосферном канале декаметровой радиосвязи
L
электрической проницаемостью, а на рис. 4-5 -дистанционно-угловые характеристики и средне-квадратические значения флуктуаций угла прихода радиосигнала в зависимости от угла падения на ионосферу. На рис. 6 показаны зависимости среднего (А/) и среднеквадратического а^ значений
доплеровского смещения частоты радиосигнала (рабочая частота / = 13 МГц, протяженность трассы х = 1500 км) от времени т и относительного возмущения Апе / пе. В расчётах входные параметры детерминированной ионосферы и случайных неоднородностей взяты из работ [3, 4].
Заключение
Разработанный программный вычислительный комплекс, использующий оперативный численно-аналитический алгоритм [2], позволяет значительно сократить время расчёта характеристик сигнала при численных экспериментах и показывает высокую эффективность при оценке состояния информационного канала, подверженного возмущениям. Комплекс также позволяет регулировать условия проведения измерений траектор-ных характеристик сигнала, отображение и визуализацию измерительной информации в режиме реального времени.
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
I о
о"
Рис. 4. Дистанционно- угловые характеристики радиосигнала для различных рабочих частот
f = 6 МГц, х = 0.1, к = 1, XL = 750 км, А = 500 к
f= 10 МГц / Укр = 6МГц и 1 = 0. ! !
,= ,5МГи| ! ! 1 |
N ! ! !
j i ..........i...........i...........
\ ! i i ! !
\ \ 20 МГц : : u.........i...........i...........
ч А | Н=25МГ:Ц
60 65 70 Рн, град
Рис. 5. Зависимость среднеквадратичного отклонения угла прихода („ от угла выхода Рн радиосигнала
для различных рабочих частот
Рис. 6. Зависимость среднего (Д^) и среднеквадратического Гу значений доплеровского смещения частоты от времени Т и от относительного возмущения электронной концентрации Апе / и %
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Ч.2. М. : Мир, 1981. 320 с.
2. Численно-аналитический алгоритм
моделирования флуктуаций траекторных характеристик информационного сигнала в канале связи / Е.Т. Агеева и др. // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 3(15). С. 61-66.
иркутским государственный университет путей сообщения
3. Компьютерное моделирование траекторных характеристик декаметрового радиосигнала в ионосферном канале связи / Агеева Е.Т. и др. // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 3 (15). С.61-66.
4. Численный эксперимент для оценки влияния облака искусственной ионосферной ионизации на состояние декаметрового радиоканала /Агеева Е.Т. и др. // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 4 (16). С. 57-61.
УДК 519.6:311 Начигин Владимир Александрович,
к. т. н., начальник технологической службы Восточно-Сибирской железной дороги, тел. 89021715347
Фролов Василий Федорович, начальник Восточно-Сибирской железной дороги Лукьянов Дмитрий Анатольевич,
к. т. н., ведущий технолог технологической службы Восточно-Сибирской железной дороги, тел. 89641110361
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ВЫБОРА ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО СЦЕНАРИЯ РАЗВИТИЯ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА
V.A. Nachigin, V.F. Frolov, D.A. Lukjanov
SOFTWARE FOR CHOOSING PREFERRED TRANSPORTATION PROCESS
DEVELOPMENT SCENARIO
Аннотация. Разработано программное обеспечение для выбора предпочтительного сценария развития перевозочного процесса железнодорожным транспортом на региональном уровне, учитывающего, что этот процесс является сложной системой, функционирующей в условиях многовариантности и неопределенности. Программное обеспечение апробировано по исходным данным перевозочного процесса в пределах Восточно-Сибирской железной дороги. Апробация показала его высокое качество и практическую значимость.
Ключевые слова: перевозочный процесс, компьютерное моделирование, многокритериальная задача выбора, теория принятия решений, целевые показатели эффективности.
Abstract. A software has been developed to select the preferred rail transportation scenario process at the regional level, taking into account that this process is a complex system operating in a multi-variant conditions and uncertainties. The software were evaluated on initial data transport process within the East-Siberian railway. Approbation showed its high quality and practical relevance.
Keywords: transportation process, computer simulation, multicriteria problem of choice, decision making theory, efficiency targets.
Введение
Восточно-Сибирская железная дорога (ВСЖД) - это одна из крупнейших по размерам дорог в компании ОАО «РЖД». Она расположена на территориях Иркутской области, Забайкальского края, Бурятии и частично в Якутской республике. Дорога работает в сложных климатических и природных условиях: значительный горный профиль; низкие температуры; повышенная сейсмичность; половина протяженности дороги находится в зонах вечной мерзлоты. Эксплуатационная длина дороги 3876,732 километров. ВСЖД обслуживает несколько тысяч предприятий и организаций территориально-промышленного комплекса Восточной Сибири и Забайкалья.
С октября 2012 года ВСЖД выполняет функции регионального центра корпоративного управления (РЦКУ), возглавляемого начальником дороги.
Перевозочный процесс на железнодорожном транспорте является сложной системой, функционирующей в условиях неопределенности. Неопределенность функционирования перевозочного
процесса связана с двумя основными причинами: 1) на него воздействует большое число факторов, часть из которых имеет вероятностный характер; 2) в компании ОАО «РЖД» динамично происходит модернизация в сфере управления, организации и технологий, что создает его многовариантность и неопределенность.
В 2013 году утверждены положение о центре оперативного управления и регламент взаимодействия этого центра со структурными подразделениями, филиалами, дочерними и зависимыми обществами ОАО «РЖД», осуществляющими свою деятельность в границах ВСЖД. Этот центр является структурным подразделением РЦКУ [1].
По мере своего развития центр оперативного управления должен выполнять дополнительные функции, связанные с задачами стратегического управления, реализуя сценарный подход по прогнозированию эксплуатационной ситуации. Фактически центр оперативного управления будет выполнять функции центра управления процессами, а это возможно при наличии инструментальных
