WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Практическая значимость - Предложен и реализован действующий макет импульсного СШП радиолокатора для исследования леса. Дальнейшая разработка позволит довести его до практического использования в природопользовании и системах антитеррора.

- Разработан алгоритм измерения усредненного коэффициента погонного ослабления импульсного излучения по данным многоракурсных наблюдений без использования трудоемких многочастотных измерений и без перемещения по дальности эталонных отражателей.

- Разработан трехэтапный алгоритм томографического восстановления ландшафтного плана леса по однопозиционным СШП локационным наблюдениям с угловым сканированием; при этом обеспечиваемая степень совпадения положения рассеивателей и деревьев ландшафтного плана - не менее 70 %.

- Предложен алгоритм компьютерной обработки радиолокационных изображений, который позволяет производить управляемую апостериорную дофокусировку излучения на основе однопозиционных угловых измерений и на этой основе в несколько раз увеличить поперечное разрешение СШП импульсной томографии распределенных неоднородностей.

Внедрение результатов диссертации и рекомендации по дальнейшему использованию Все результаты диссертации использованы при реализации проектов, указанных в разделе “Актуальность” и включены в отчеты по НИР. Результаты по измерению ослабления импульсного излучения в лесу использованы для взаимной проверки многочастотных измерений в диссертационной работе С.Н.

Новика, защищенной в 2007 г. Кроме того, результаты работы использованы в учебном процессе при постановке и выполнении курсовых работ по исследованию взаимодействия радиоволн с лесным пологом на РФФ ТГУ.

Простота и эффективность метода восстановления томограмм, полученного в процессе работы, позволяют широко использовать его в научных и учебных целях, например, в Томском государственном университете, Институте физики Красноярского научного центра СО РАН, Бурятском научном центре СО РАН.

Апробация результатов Результаты диссертационной работы, основные положения работы и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Региональной научно-технической Школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники СПР2003» (Новосибирск, 2003 г.); VI Региональной Школе-семинаре молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития» (Томск, 2005 г.); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 110-й годовщине Дня радио (Красноярск 2005 г.); VII Международной Школе-семинаре молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития» (Томск, 2005 г.); 1-ой, 2-ой конференциях студенческого научноисследовательского инкубатора (Томск, 2005, 2006 гг.); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии.

Инновации» (Новосибирск, 2005 г.); Федеральной школе – конференции по инновационному малому предпринимательству в приоритетных направлениях науки и высоких технологий (Москва, 2006 г.); Второй Всероссийской научной конференции-семинаре «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (Муром, 2006 г.); XIII International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics» (Tomsk, 2006); Второй международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики АПР2008» (Томск, 2008 г).

Личный вклад автора Совместно с научным руководителем работы д.ф.-м.н. профессором, В.П. Якубовым был определён план диссертационной работы, обсуждались и анализировались результаты исследований. Диссертационная работа планировалась и реально выполнялась как часть комплексных исследований по вопросам распространения радиоволн в лесных массивах, которые проводились кафедрой радиофизики ТГУ совместно с Институтом физики и Институтом леса Красноярского научного центра СО РАН. Являясь одним из исполнителей, автор диссертации принимал непосредственное деятельное участие во всех представленных в работе экспериментах. Автором разработано программное обеспечение для проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных. Большую помощь в организации проведения и финансировании работ оказал чл.-корр. РАН, заведующий лаборатории радиофизики дистанционного зондирования Института физики им. А.В. Киренского СО РАН профессор В.Л.

Миронов. Значительную практическую помощь в организации экспериментальных работ и проведении научных экспедиций оказал д.т.н. Е.Д.

Тельпуховский. Постоянное обсуждение с ними состояния исследований способствовало успешному завершению работ. Ключевым элементом конструкции макета радара стала СШП антенна-облучатель, разработанная доцентом Ю.И. Буяновым. Практическую помощь в изготовлении и настройке аппаратуры оказали инженеры кафедры радиофизики Г.М. Цепелев, В.В.

Ручкин, В.Н. Падусенко. Большую помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследований сыграли сотрудники руководимого автором диссертации студенческого научного инкубатора: С.Н. Новик, Н.А. Моисеенко, О.В. Якубова. Автор диссертации выражает свою искреннюю благодарность всем упомянутым выше лицам и организациям, а также всему профессорскопреподавательскому составу кафедры радиофизики за поддержку и помощь в выполнении работы.

Публикации По материалам диссертации опубликовано 18 работ в том числе: 6 статей в журналах, рекомендованных ВАКом, 12 тезисов докладов на международных (5), всероссийских (8) и региональных (3) научных конференциях.

Структура и объём работы Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. В работе содержится 107 листов машинописного текста, 45 рисунков, 5 таблиц. Список литературы включает 83 наименований.

Краткое содержание диссертации Во введении рассмотрена актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и задачи исследования, приведены защищаемые положения, показана научная новизна, практическая значимость и достоверность полученных результатов, личный вклад, кратко изложено содержание работы.

В первой главе приводятся основные типы томографии, методы решения обратной задачи, сопоставляются оптические и радиолокационные изображения. Проведён аналитический обзор существующих работ по томографии лесов.

Во второй главе представлена структурная схема макета импульсного локатора, изображенная на рисунке 1.

Передающая антенна представляет собой параболоид диаметром 1,6 м. В качестве облучателя исследовались комбинированные антенны.

Комбинированные антенны представляют собой конструктивное объединение электрического и магнитного облучателя.

Приемник представляет собой модернизированный прецизионный стробоскопический осциллограф С9-9 с цифровым управлением, обладающий широкими функциональными и вычислительными возможностями, обеспечивающий двухстороннюю связь с ЭВМ в диалоговом режиме. Основные параметры осциллографа приведены в таблице 1. Принцип действия осциллографа состоит в стробоскопическом преобразовании исследуемого сигнала в его НЧ - аналог с последующим преобразованием его в цифровые двоичные коды, записываемые в ОЗУ.

Таблица 1 – Основные параметры осциллографа С9-Полоса пропускания 0 - 18 ГГц Коэффициент отклонения 5 - 200 мВ/дел Коэффициент развертки 10 пс/дел - 10 мкс/дел погрешность измерений Амплитудных параметров 1,5 - 3% Временных интервалов 2 - 4% Рисунок 1 – Структурная схема макета импульсного локатора Блок управления представляет собой кварцевый генератор и программируемую матрицу, имеет один вход, соединяющийся с параллельным портом компьютера и три выхода для подключения к приемнику, формирователю и мастер-импульс. Мастер-импульс – это прямоугольный импульс с фронтом не хуже 0,5 нс на нагрузке 50 Ом. Импульс формирователя (ИФ) имеет аналогичные параметры и используется для запуска сменных формирователей СШП импульсов. Синхроимпульс приёмника с аналогичными параметрами служит для запуска развертки стробоскопического осциллографа.

Канал синхроимпульса имеет схему дискретной задержки с шагом 10 нс и позволяет отстраивать ИФ на 128 шагов от 0 до 1280 нс относительно мастеримпульса. Точность перестройки задержки определяется стабильностью кварцевого генератора. Один шаг перестройки линии задержки соответствует 1,5 м смещения момента включения приёмника вдоль трассы относительно передатчика.

В качестве ключевого момента, позволяющего достигнуть эффективного решения в задаче томографического обзора лесных массивов, выступает использование СШП излучения. С учётом опыта лабораторных и полевых исследований 2002-2003 гг. для радиотомографических исследований лесных массивов был разработан и испытан формирователь импульсов с пикосекундным фронтом. Временной и спектральный профили возбуждающего импульса показаны на рисунках 2 и 3, соответственно. Данные по параметрам сигнала приведены в таблице 2.

Рисунок 2 – Временной профиль Рисунок 3 – Спектральный профиль возбуждающего импульса возбуждающего импульса Таблица 2 – Параметры возбуждающего импульса Амплитуда U, В Частота повторения Fп, МГц Длительность импульса и, пс Длительность фронта ф, пс Длительность спада с, пс Нестабильность фронта ф, пс ±В настоящее время при разработке систем СШП зондирования актуальным стоит вопрос об определении диаграммы направленности (ДН) антенной системы. В отличие от узкополосных систем это понятие не является однозначным. В работе предлагается алгоритм оценки ДН по максимуму огибающей восстанавливаемого аналитического сигнала при каждом угловом сканировании. Аналитический сигнал определяется как комплексный сигнал:

, z(t) = x(t) + iy(t) вещественная часть которого отождествляется с измеряемым импульсом, x(t) а мнимая часть находится в результате применения интегрального преобразования Гильберта:

1 x()d.

y(t) = Vp t - Интеграл понимается в смысле главного значения по Коши.

Огибающая принятого сигнала находится как модуль комплексного сигнала при каждом временном отсчете. На рисунке 4 представлен пример такой обработки реального СШП импульсного сигнала наносекундной длительности. Стрелкой отмечено положение максимума, по которому и определяется ДН при различных углах визирования. Видно, что положение максимума не совпадает ни с одним из всплесков импульса и очень устойчиво к вариациям заполнения импульса. Предложенный метод был использован для оценки ДН антенной системы СШП импульсного радара в азимутальной плоскости, рисунок 5.

Рисунок 4 – Импульсный СШП сигнал (1) и его Рисунок 5 – Диаграмма направленности СШП огибающая (2) радара в азимутальной плоскости (1) и аппроксимационная кривая (2) Величина ширины ДН по уровню половинной мощности оценивается как 5o.

В третьей главе приводится лесотаксационная модель исследуемого участка леса, обосновывается применение модели однократного рассеяния, приводятся экспериментальные данные по зондированию одиночной лиственницы, а также уголкового отражателя в лесном массиве.

Лесотаксационная модель представляет собой лесной полог с равномерно расположенными по всей площади “типичными” деревьями, высота и диаметр которых равны средним значениям тех же измеренных параметров реального древостоя: высота м и диаметр м.

h =14.2 d = 0.Для работы с макетом импульсного томографа разработана программа на языке LabVIEW. Блок-схема представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Блок-схема программы для работы с томографом Для проверки, тестирования и калибровки использовались: импульс формирователя, аттенюатор и линии задержки, а также уголковые отражатели (УО) на фиксированных расстояних (3, 5, 10 м) от локатора.

Перед проведением зондирования лесного массива в целом, исследованы основные закономерности рассеянного сигнала от одиночного дерева. На луговой части полигона была выбрана одиночная сорокалетняя лиственница из эталонного бора. На расстоянии 0,5 м по дальности от неё в качестве контрольной цели был установлен уголковый отражатель, со стороной квадратной грани 30 см. На рисунках 6 и 7 показан радиолокационный отклик и внешний вид двух указанных целей.

Рисунок 6 – Радиолокационный отклик одиночного Рисунок 7 – Внешний вид расположения дерева на фоне уголкового отражателя отражателей Рассеянный сигнал от одиночной лиственницы и уголкового отражателя имеют простую форму, хорошо локализованы в пространстве (около 45 см. и см. соответственно), что позволяет применить модель сосредоточенных целей (деревьев) в относительно плотном лесном массиве.

Проведен эксперимент по определению максимальной дальности, на которой можно четко распознать УО с ребром 1 м. Результат эксперимента приведен на рисунке 8, где представлена огибающая аналитического сигнала радарного отклика леса.

Рисунок 8 – Огибающая аналитического сигнала Рисунок 9 – Уголковые отражатели в радарного отклика леса тестовом эксперименте Первый всплеск соответствует уголковому отражателю с размером ребра 0,3 м, находящемся на расстоянии 3 м; второй – УО с размером ребра 1 м, находящейся на расстоянии 48 м; третий – сигнал от вертикальной трубы;

четвертый – сигнал от подсобного сооружения (рисунок 9). Проведенная калибровка подтвердила полную работоспособность установки.

При изучении закономерностей рассеяния СШП импульсов от УО в лесном массиве антенная система имела угол сканирования: ±100 в азимутальной плоскости и 600 по углу места. На расстоянии 17,5 м от облучающей апертуры устанавливался уголковый отражатель с размером прямоугольной грани 0,09 м2. На этом расстоянии в выбранном секторе лесного массива не было деревьев ближе полуметра до УО. На рисунке 10 приведены временные профили сигналов от уголкового отражателя при сканировании антенной системы в секторе ±20 в азимутальной плоскости, на горизонтальной трассе.

В ходе натурных экспериментов в бору установлено, что пространственное разрешение вдоль трассы около 5 см.

соответствует предельной оценке для длительности зондирующего импульса по половинной мощности соответствующего аналитического сигнала = 0,15 нс. Сигнал рассеянный УО в лесном массиве не имеет качественных особенностей по сравнению с измерениями на открытой местности ( рисунки 6 и 10 ), следовательно: при сканировании вклад впереди и близко стоящих деревьев на Рисунок 10 – Совмещенные по минимуму сигнал УО имеет второй или более временные профили сигналов от уголкового отражателя высокий порядок малости, таким образом, допустимо применение приближения однократного рассеяния.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»