Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

О РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С РАСЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ ОБЪЕКТОВ

Чупракова И.С. 1
1 Воронежский институт высоких технологий
В данной работе обсуждаются возможности решения проблем, связанных с рассеянием электромагнитных волн на объектах сложной формы. Отмечается, что задачи исследований, которые требуется решать с целью того, чтобы разрабатывать эффективные, универсальные и современные способы расчетов электромагнитных полей, рассеиваемых объектами, должны быть ориентированы на то, чтобы проводить анализ и широкомасштабное использование современных численных методик и способов, должны обеспечивать ускорение вычислений. Оценка характеристик рассеяния электромагнитных волн в случае E-поляризации проводилась на основе метода интегральных уравнений. Решалась задача определения угла раскрыва апертуры полой структуры, при котором достигается максимальное значение средней эффективной площади рассеяния в заданном секторе углов наблюдения. Метод оптимизации базировался на муравьином алгоритме.
рассеяние электромагнитных волн
муравьиных алгоритм
интегральное уравнение
1. Алимбеков А.Р. Интеграция ГИС и САПР в беспроводных системах связи / А.Р. Алимбеков, Е.А. Авдеенко, В.В. Шевелев // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2017. № 1(16). С. 12.
2. Гащенко И.А. О моделировании в сотовых системах связи / И.А. Гащенко // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3-2. С. 222-223.
3. Захаров Е.В. Численный анализ дифракции радиоволн. / Е.В. Захаров, Ю.В. Пименов // М.: Наука, 1986. – 184 с.
4. Львович И.Я. Разработка информационного и программного обеспечения САПР дифракционных структур и радиолокационных антенн / И.Я. Львович, А.П. Преображенский // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2006. Т. 2. № 12. С. 63-68.
5. Львович И.Я. Разработка принципов построения САПР дифракционных структур и радиолокационных антенн / И.Я. Львович, А.П. Преображенский // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2006. Т. 2. № 12. С. 125-127.
6. Милошенко О.В. Методы оценки характеристик распространения радиоволн в системах подвижной радиосвязи / О.В. Милошенко // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2012. № 9. С. 60-62.
7. Преображенский А.П. Методы прогнозирования характеристик рассеяния электромагнитных волн / А.П. Преображенский // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2014. № 1 (4). С. 3.
8. Преображенский А.П. Моделирование характеристик рассеяния объектов, в состав которых входят кромки / А.П. Преображенский // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2016. № 2(13). С. 7.
9. Толстых С.М. Проблемы маршрутизации в компьютерных сетях / С.М. Толстых, Е.А. Авдеенко, А.А. Адоньев // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2017. № 1 (20). С. 70-72.
10. Hozefa M. Botee, Bonabeau E. Evolving ant colony optimization Adv. Complex Systems no.1, 1998, pp.149-159.

В радиофизических исследованиях и радиолокационных их направлениях, которые имеют практические приложения, при наблюдающемся бурном и повсеместном распространении и применении информационных технологий мы можем определить научные, методические и технологические компоненты, с использованием которых происходит модернизация действующих и формирование принципиально новейших систем, лежащих в сферах радиосвязи, навигации, дистанционных зондирований и локационных направлениях [4, 6].

В них проводят изучение вопросов, связанных с тем, как происходит распространение радиоволн в пространстве и каким образом идут процессы их рассеяния на объектах, имеющих сложную электрофизическую структуру и пространственную конфигурацию, которые относятся к естественным, и они создаются людьми [5].

Поскольку указанные проблемы являются комплексными и многогранными, то при их рассмотрении, исторически образом сложилось так, что ученые ограничивались изучением фундаментальных закономерностей, которые касались рассмотрения канонических задач, связанных с дифракцией для объектов, имеющих простую форму, или они разрабатывали эвристические методы, имеющие некоторые упрощения, которые не давали возможностей для того, чтобы получать необходимую точность для результатов [7].

Мы имеем возможности убедиться, что происходит накопление заметного научно-практического потенциала в сфере, связанной с вычислительными методами и средствами, который позволяет эффективным способом осуществлять разнообразное практическое применение фундаментальных электродинамических и радиофизических разработок [5].

Однако при применении формальных попыток, касающихся непосредственного использования фундаментальных электродинамических методик, когда рассматриваются вопросы, связанные с рассеянием радиоволн для реальных объектов, со сложной электрофизической структуры и пространственными конфигурациями с включением свойств подстилающих поверхностей, не только будут иметь ограничения, но и практически неразрешимы, в условиях использования суперкомпьютеров.

Исходя из вышесказанного, задачи исследований, которые требуется решать с целью того, чтобы разрабатывать эффективные, универсальные и современные способы расчетов электромагнитных полей, рассеиваемых объектами, должны быть ориентированы на то, чтобы проводить анализ и широкомасштабное использование современных численных методик и способов, должны обеспечивать ускорение вычислений.

На рисунке приведена схема рассеяния электромагнитных волн на исследуемом объекте.

ch1.tif

Схема рассеяния электромагнитных волн на полой структуре с размером апертуры a и длиной L, θ – угол наблюдения

Оценка характеристик рассеяния электромагнитных волн в случае E-поляризации проводилась на основе метода интегральных уравнений [6].

Решалась задача определения угла раскрыва апертуры полой структуры [2] a, при котором достигается максимальное значение средней эффективной площади рассеяния в секторе углов [9] наблюдения 25 ° ≤ q ≤ 33 °. Размеры структуры были следующие: a = 3.6l, L = 7.1l, где l – длина падающей электромагнитной волны [1, 3]. Для этого использовался метод оптимизации, базирующийся на муравьином алгоритме.

В муравьином алгоритме использовалось следующее правило перехода [10]:

Муравей, находящийся в точке r, будет выбирать следующую точку s исходя из следующих уравнений:

cpuprak01.wmf, (1)

где jk(r) – множество ячеек сетки которые необходимо посетить муравью k, расположенному в точке сетки r, τ(r, s) – мера феромона, cpuprak02.wmf, где вес δ(r, u) выбирался как расстояние между точками, q – случайная величина, q0 – параметр (cpuprak03.wmf).

Если q ≥ q0, муравей будет выбирать следующую точку согласно следующему уравнению:

cpuprak04a.wmf, (2)

где cpuprak05.wmf – вероятность точки s быть выбранной муравьем k, расположенным в точке r.

Правило локального обновления:

cpuprak06.wmf, (3)

где ρ – локальный параметр, 0 > > > 1, Δτ(r, s) – величина суммы феромона, оставленного муравьями. Глобальное правило обновления соответствует следующему уравнению:

cpuprak07.wmf, (4)

где α – глобальный параметр, 0 > α > 1, Δτ(r, s) = 1/лучшая глобальная длина, если отрезок (r, s) принадлежит этой длине.

В результате математического моделирования было установлено, что максимальное значение средней эффективной площади рассеяния в указанном секторе углов наблюдения достигается для угла наблюдения a = 23 °.


Библиографическая ссылка

Чупракова И.С. О РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С РАСЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ ОБЪЕКТОВ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-7. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=17629 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674