Предисловие

При решении многих конкретных задач в различных отраслях науки и техники часто встречаются случаи, когда аналитическое решение задачи ввиду значительных математических трудностей практически невозможно, а проведение экспериментальных исследований и натурных испытаний требует весьма больших затрат времени и средств или же исключено по другим причинам. Одной из эффективных мер по преодолению этих трудностей является применение в исследованиях современных быстродействующих электронных цифровых вычислительных машин (ЦВМ) для моделирования изучаемых явлений.

Моделирование на ЦВМ, или цифровое моделирование, — это разновидность математического моделирования. Оно обладает рядом известных преимуществ перед другими методами исследований (универсальность, гибкость, экономичность) и позволяет в значительной мере разрешить одну из основных проблем современной науки — проблему сложности.

Известно успешное применение ЦВМ для моделирования производственных процессов [9], для исследования процессов переноса частиц в ядерной физике [10], при исследованиях объектов управления и автоматизации [19, 33], для расчета режимов энергосистем [33], для моделирования сетей связи [96], для создания мультипликационных фильмов [107] и в ряде других областей.

В данной монографии излагаются методы моделирования на универсальных ЦВМ процессов, протекающих в радиосистемах, применительно к решению задач в области статистической радиотехники, радиолокации, радиофизики, автоматики и др.

Радиотехнические процессы обладают рядом специфических свойств, главными из которых являются их статистическая природа и весьма высокая скорость протекания (электромагнитные колебания радиодиапазона волн). Из первого свойства вытекает необходимость при разработке цифровых моделей уделять значительное внимание нахождению алгоритмов для формирования на ЦВМ широких классов случайных процессов, составляющих основу математических моделей радиосигналов, радиопомех и различного рода флюктуации в радиотехнике. Второе из этих свойств приводит к тому, что воспроизведение процессов функционирования радиосистем даже на наиболее быстродействующих ЦВМ часто требует больших вычислительных затрат и возникают задачи отыскания максимально экономичных алгоритмов, моделирующих радиосигналы, радиопомехи и процессы преобразования их радиосистемами различных типов. Изложение методов решения этих двух главных задач и является основной целью книги.

Некоторые частные вопросы цифрового моделирования процессов в радиосистемах изложены в работах отечественных и зарубежных авторов [10, 49, 54, 55, 77, 109 и др.]. Однако в целом литературы на эту тему очень мало и многие из указанных вопросов освещены в ней недостаточно. Не нашли должного отражения в литературе вопросы: формирования на ЦВМ радиосигналов и радиопомех; моделирования случайных процессов, в частности ненормальных и нестационарных случайных процессов; моделирования на ЦВМ процессов преобразования сигналов и помех при прохождении их через линейные и нелинейные динамические системы, например через избирательные высокочастотные линейные системы и через нелинейные радиоустройства; погрешности дискретизации и выбора шага дискретизации; практической проверки на ЦВМ предлагаемых моделирующих алгоритмов, и ряд других. Учитывая, что интерес к методам моделирования процессов в радиосистемах возрастает по мере внедрения электронной вычислительной техники в практику научных исследований, в данной работе сделана попытка устранить указанный выше пробел. В книге поставлены следующие основные задачи.

1. Изложить принципы цифрового моделирования радиосигналов и радиопомех.

2. Указать экономичные способы цифрового моделирования типовых случайных процессов, имеющих широкое распространение в задачах статистической радиотехники, радиолокации, радиофизики, теории автоматического регулирования и других отраслях науки и техники.

3. Указать эффективные методы цифрового моделирования процессов преобразования сигналов и помех линейными и нелинейными системами.

Весь этот материал составляет содержание первой, второй и третьей глав соответственно. В заключительной четвертой главе приводятся примеры применения цифрового моделирования для решения некоторых задач статистической радиотехники.

В основу книги положены работы автора, опубликованные в периодической печати в течение последних лет [12—17]. Ряд результатов публикуется впервые, в частности способы моделирования ненормальных, нестационарных и многомерных случайных процессов, моделирование случайных полей, приемы цифрового детектирования, оценка погрешности дискретизации непрерывных процессов и систем и др. Кроме этого, в книге приведен в обработанном и систематизированном виде ряд известных результатов, относящихся к рассматриваемым здесь вопросам.

Настоящая книга является одной из первых попыток изложить методы цифрового моделирования в радиотехнике. Автор не ставил целью дать исчерпывающее изложение всех затронутых в книге вопросов. Он с благодарностью примет все замечания и предложения по улучшению книги.

Автор выражает глубокую признательность докт. техн. наук Малайчуку, который привлек внимание автора к рассматриваемым в книге вопросам, рецензентам: чл.-корр. АН СССР Н. П. Бусленко, докт. техн. наук Л. С.Гуткину и канд. техн. наук Ю. П. Борисову за ряд ценных предложений и замечаний Л. К. Власовой, проделавшей большую работу по реализации задач на ЦВМ.