WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Канаков Владимир Анатольевич

МЕТОДЫ МИКРОВОЛНОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ,
УСТОЙЧИВЫЕ К ИЗМЕНЕНИЮ УСЛОВИЙ ИЗМЕРЕНИЯ

01.04.03 – Радиофизика

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук

Нижний Новгород - 2011 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Официальные оппоненты:        доктор физико-математических наук

профессор В.Г. Гавриленко

доктор физико-математических наук

профессор С.В. Голубев

доктор технических наук
       профессор О.Р. Никитин

       

Ведущая организация:        ФГНУ «Научно-исследовательский радиофизический институт»

Защита состоится «_____» ____________ 20___ г. в _________ на
заседании диссертационного совета Д 212.166.07 при Нижегородском
государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу 603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 1, ауд. 420.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке
Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим
отравлять по указанному адресу учёному секретарю совета.

Автореферат разослан «_____» _______________ 20___ г.

Учёный секретарь
диссертационного совета
к.ф.-м.н., доцент        Черепенников В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Микроволновое зондирование является эффективным методом экспериментального исследования различных физических объектов и широко применяется на практике в дистанционном зондировании природных сред, радио- и гидролокации, имиджинговых и локационных системах малого радиуса действия, системах неразрушающего контроля, технических средствах медицинской диагностики. Основными достоинствами микроволнового зондирования являются невозмущающий характер измерений, их непрерывность, высокая производительность и потенциальная точность, а также возможность определения параметров неоднородностей прозрачных для электромагнитных или акустических волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов сред. Этими достоинствами обусловлено активное развитие метода микроволнового зондирования в настоящее время (см., например, Волосюк В.К., Кравченко В.Ф. Статистическая теория радиотехнических систем дистанционного зондирования и радиолокации. М.: Физматлит, 2008) и его широкое внедрение в практику измерений характеристик изменяющихся во времени (динамических) объектов (см. Михайлов А.Л. и др. Некоторые результаты применения в ИФВ РФЯЦ-ВНИИЭФ радиоинтерферометров мм диапазона длин волн для изучения газодинамических процессов // Труды Междунар. конф. «7 Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». Саров. 2005. С. 649-654).

В то же время при реализации потенциальных возможностей метода микроволнового зондирования во многих случаях возникают трудности, связанные с тем, что в ходе измерений наряду с изменением параметров объекта могут существенно меняться и условия измерений (расстояние до объекта, характеристики канала распространения излучения, уровень шумов и др.). Так, например, при измерении скорости горения с помощью микроволнового интерферометра точность измерений существенно снижается из-за влияния таких факторов, как вибрация экспериментального оборудования, сжимаемость топлива, отражение от плазмы пламени, шероховатость и кривизна поверхности горения, затухание и рассеяние зондирующего излучения (см. Зарко В.Е. и др. Методические проблемы измерения скорости горения твердых топлив с использованием СВЧ-излучения // ФГВ. 2000. № 1. С. 68–78). Наибольшие трудности возникают при зондировании динамических объектов, находящихся на малом расстоянии от антенны системы микроволнового зондирования (СМЗ), что характерно для лабораторных исследований. При этом компактность экспериментальных установок приводит к тому, что изменение свойств объекта (его координат, скорости, размеров и т.д.) существенно меняет и условия измерения.

Настоящая работа посвящена развитию методов микроволнового зондирования, способных эффективно работать при существенном изменении как свойств объекта измерения, так и условий измерения. Рассмотрение ведется на примере актуальных прикладных задач метода микроволнового зондирования, включающих дистанционное зондирование атмосферных осадков, измерение температуры внутренних органов человека, диагностику параметров плазмы оптического пробоя, акустическую локацию источников шума, интерферометрическое измерение скоростей ударных и детонационных волн.

В задаче о зондировании атмосферных осадков в диссертации решается проблема снижения энергетического потенциала СМЗ в результате изменяющегося воздействия гидрометеоров на антенну СМЗ. Применительно к медицинской радиотермометрии предложен способ устранения ошибок измерения, связанных с неконтролируемыми изменениями условий контакта между антенной и телом пациента. Разработанная в диссертации система диагностики плазмы позволяет учитывать изменение соотношения между яркостной температурой плазмы и антенной температурой радиометра. Для задач локации распределенных источников шума разработаны алгоритмы, учитывающие нестационарный характер взаимных помех от различных частей источника. Для решения традиционно сложной проблемы измерения мгновенных скоростей газодинамических процессов разработаны алгоритмы компенсации искажений интерферограмм, позволившие добиться в эксперименте предельно достижимой точности измерений. 

Предложенные в диссертации методы компенсации изменения условий измерения, основанные на сочетании непрерывной калибровки параметров измерительной системы с инвариантными к изменяющимся параметрам алгоритмами обработки сигналов, имеют важное значение для развития экспериментальных методов радиофизических исследований и целого ряда практических приложений техники микроволнового зондирования.

Цель исследования – разработка и экспериментальная реализация методов микроволнового зондирования, позволяющих повысить устойчивость измерительных систем в изменяющихся условиях измерений.

Для достижения поставленной цели применительно к ряду актуальных конкретных приложений в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка и реализация системы непрерывной калибровки СМЗ при внешнем воздействии на ее антенну.

2. Разработка способа одновременного измерения яркостной температуры, площади поперечного сечения ослабления и площади поперечного сечения рассеяния коллективного оптического разряда в атмосфере.

3. Построение алгоритмов обработки широкополосных импульсных сигналов СМЗ, устойчивых к случайным вариациям параметров канала распространения излучения.

4. Развитие метода многопозиционного пассивного зондирования на случай совокупности распределенных и множественных источников широкополосного шума.

5. Создание алгоритмов обработки сигналов микроволнового интерферометра при зондировании газодинамического процесса, развивающегося в компактной экспериментальной установке.

6. Разработка и реализация метода измерения параметров сложного движения фронта газодинамического процесса с помощью многоканального радиоинтерферометра.

Работа выполнена в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского. Экспериментальные исследования проводились: на базе метеорологического радиолокатора МРЛ-5 Госкомгидромета СССР (г. Москва), на специально созданных экспериментальных установках в лабораториях радиофизического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского (г. Нижний Новгород), на экспериментальных площадках РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров). Компьютерные эксперименты проводились на базе вычислительных средств кафедры радиотехники радиофизического факультета ННГУ им. Н.И. Лобачевского.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

    • разработан комплекс методов непрерывной калибровки СМЗ по внутренним эталонам, компенсирующий случайные вариации параметров антенны;
    • разработан способ динамического измерения яркостной температуры радикально изменяющего свои размеры объекта;
    • решена задача оценки характеристик оптимального обнаружителя импульсных широкополосных шумовых сигналов с известной формой зависимости дисперсии шума от времени для сигналов с различной базой;
    • получены оптимальные байесовские оценки значений и погрешностей временных и частотных сдвигов однократно воспроизведенных импульсных широкополосных сигналов по среднему значению распределения апостериорной вероятности фазовым методом с учетом рассеяния в канале передачи;
    • теоретически показана возможность применения пассивной фазовой разностно-дальномерной схемы зондирования для определения границ распределенного источника нестационарного широкополосного шума и ее динамики;
    • разработан метод однозначного определения координат нескольких сосредоточенных источников широкополосного шума путем вычисления трехмерных взаимно-корреляционных функций сигналов разностно-дальномерной схемы зондирования;
    • разработан метод одновременного измерения нескольких параметров газодинамического процесса (скорости ударной или детонационной волн, профиля фронта ударной волны, массовой скорости и показателя преломления вещества) с помощью одноканального радиоинтерферометра в условиях многомодового распространения зондирующего излучения в экспериментальной установке;
    • разработан метод измерения характеристик сложного движения отражающей поверхности (суперпозиции поступательного движения, вращения и малых деформаций) с помощью радиоинтерферометра, имеющего два активных и четыре пассивных измерительных канала.

Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанные методы позволяют:

    • уменьшить ошибки измерений, связанные с внешним влиянием на антенну СМЗ;
    • уменьшить ошибки измерений, связанные с динамическими изменениями параметров объекта и канала распространения зондирующего излучения;
    • контролировать динамику совокупности сосредоточенных и распределенных источников шумового излучения;
    • повысить информативность микроволновой интерферометрии газодинамических процессов.

Разработанные методы могут применяться в экспериментальных исследованиях газодинамических процессов, динамических свойств конструкций и материалов, в технике неразрушающего контроля, дистанционного зондирования, радио- и гидролокации, в технических средствах медицинской диагностики.

Результаты диссертационной работы были использованы в исследовательской и проектно-конструкторской деятельности ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ и ФГУП ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова при выполнении НИОКР по разработке лабораторных макетов и методик применения одноканальных и многоканальных интерферометров миллиметрового диапазона длин волн, предназначенных для измерения параметров движения газодинамических объектов, в рамках научно-технической программы Росатома в 2003-2010 гг. Акты об использовании результатов диссертационной работы представлены в Приложении к диссертации.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации. Результаты диссертации получены с помощью апробированных научных методов исследования и согласуются с известными теоретическими положениями статистической радиотехники, электродинамики и общей акустики. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается данными компьютерного моделирования и экспериментальных исследований на лабораторных макетах.

Положения, выносимые на защиту:

        1. Разработан и экспериментально реализован метод непрерывной калибровки контактного радиометра миллиметрового диапазона длин волн с отражающим модулятором и встроенным генератором шума, позволяющий измерять термодинамическую температуру диэлектрического тела с изменяющимся коэффициентом поглощения. Метод обеспечивает долговременную погрешность, близкую к флуктуационной чувствительности радиометра.
        2. Разработан и экспериментально реализован способ синхронного активно-пассивного зондирования нестационарного объекта, обеспечивающий непрерывные совместные измерения параметров собственного и рассеянного излучения общим измерительным приемником с разделением сигналов по их форме. Метод позволяет измерять динамику яркостной температуры объекта при значительных изменениях во времени размеров объекта.
        3. Теоретически определены характеристики обнаружения для двух типов обнаружителей импульсных шумовых сигналов – оптимального, с известной формой огибающей, и адаптивного к форме огибающей. Показано, что эти характеристики зависят от величины базы импульсного шумового сигнала и от формы его огибающей.
        4. Предложен алгоритм оценки значений и погрешностей временных и частотных сдвигов импульсных широкополосных сигналов фазовым методом – по среднему значению апостериорного распределения вероятностей сдвига, рассчитанному по одной реализации сигнала. Смещение оценок из-за рассеяния в канале передачи при большом отношении сигнал-шум рассеяния соответствует смещению оценки максимального правдоподобия для полностью известного сигнала и существенно лучше такой оценки при неизвестной начальной фазе.
        5. Предложен фазовый метод измерения временных задержек широкополосных сигналов в разностно-дальномерных системах локации, который позволяет определять границы распределенного источника нестационарного широкополосного шума и ее динамику. В присутствии помехи в виде аддитивного белого гауссова шума и большом отношении сигнал-шум ошибки измерения временной задержки будут иметь распределение Коши.
        6. Разработан метод однозначного определения координат нескольких сосредоточенных источников широкополосного шума путем вычисления трехмерных взаимно-корреляционных функций сигналов разностно-дальномерной схемы зондирования.
        7. Разработаны алгоритмы компенсации искажений сигналов микроволнового интерферометра. Алгоритмы апробированы при обработке результатов серии газодинамических экспериментов, достигнутая при этом точность результатов близка к потенциальной.
        8. Разработан и экспериментально реализован метод одновременного измерения нескольких параметров газодинамического процесса с помощью одноканального радиоинтерферометра в условиях многомодового распространения зондирующего излучения в экспериментальной установке.
        9. Разработан и экспериментально реализован метод измерения характеристик поступательно-вращательного движения слабодеформирую-щейся отражающей поверхности с помощью многоканального радиоинтерфе-рометра.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 23 конференциях, в том числе 7 международных, 12 всероссийских и 4 региональных.

Работа выполнена в рамках Ведущей научной школы РФ «Физика нелинейных и случайных волн в приложении к проблемам акустики и радиофизики» (НШ 3700.2010.2), в рамках научно-технической программы Росатома по госконтрактам № 0506/11-725 от 05.01.2004, № 0506/11-901 от 11.01.2005, № 0506/11-426 от 22.12.2007.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 56 публикациях, в том числе: 16 статей в журналах, вошедших в перечень ВАК, 2 авторских свидетельства на изобретение и один патент на полезную модель, 8 статей в других российских журналах, 14 публикаций в трудах международных, российских и региональных конференций, 15 публикаций тезисов докладов на различных конференциях. Список публикаций по теме диссертации с указанием личного вклада соискателя приведен ниже.

Личный вклад автора. 11 работ опубликовано соискателем без соавторов. В остальных работах его вклад в постановку и решение задач, анализ полученных результатов и написание текста в части относящейся к теме диссертации является основным. Приведённые в диссертации результаты получены им лично.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка, приложений и изложена на 417 страницах машинописного текста. Библиографический список включает 406 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи диссертации, отмечается научная новизна и практическая значимость, обоснованность и достоверность результатов, формулируются защищаемые положения. Кратко излагается содержание разделов диссертации.

В первой главе диссертации сформулирована и решена задача непрерывной калибровки СМЗ по внутренним эталонам, компенсирующей случайные вариации параметров антенны под воздействием внешних факторов. Если в процессе динамических измерений требуется метрологически обеспеченное значение одного или нескольких параметров антенной системы, возникает проблема непрерывной калибровки этих параметров параллельно с процессом зондирования. Так, если информация об объекте зондирования содержится в энергетических параметрах принимаемого сигнала, то требуется калибровка коэффициента усиления и шумовой температуры антенны, коэффициента отражения от границы антенна – окружающая среда.

В разделе 1.1 описывается способ непрерывной калибровки активной СМЗ при вариациях коэффициента усиления антенны в приложении к радиолокационному методу измерения интенсивности атмосферных осадков при воздействии дождя на радиопрозрачное укрытие метеорологического радиолокатора сантиметрового диапазона длин волн. Эти измерения относятся к области задач дистанционного зондирования природных сред. Предложенный метод прямо реализует принцип параллельной калибровки антенны СМЗ с помощью эталонной антенны с аппаратным разделением опорного и информационного сигналов.

Способ измерения состоит в следующем. В заданном направлении, определяемом ориентацией неподвижной эталонной антенны, с помощью радиолокатора осуществляется поиск метеоцели и измеряется средняя мощность рассеянного ей радиолокационного сигнала. Затем к приемнику радиолокатора подключается эталонная антенна таким образом, чтобы на передачу зондирующего сигнала продолжала работать штатная антенна, и измеряется мощность сигнала от той же цели, принятого эталонной антенной. Отношение мощностей сигналов, принятых на разные антенны (P1/P2), прямо пропорционально отношению их коэффициентов усиления (G1/G2). Тогда G1=G2k(P1/P2), где , а f1(θ,φ) – диаграмма направленности антенны радиолокатора. Из этого соотношения видно, что точность контроля вариаций величины G1 относительно некоторого постоянного уровня определяется ошибкой измерения отношения мощностей сигналов приемником радиолокатора и пределами возможных вариаций параметров эталонной антенны за время измерений.

На рис. 1 представлены результаты радиолокационных измерений средней по площади осадков интенсивности дождя и поправочный коэффициент во время дождя на позиции радиолокатора. Сплошной линией показан результат радиолокационных измерений без коррекции, как функция времени. Пунктиром показан скорректированный ход средней интенсивности. Символами () отмечены измеренные с помощью аппаратуры калибровки значения корректирующих коэффициентов, а символами (х) – скорректированные значения средней интенсивности.

Рис.1. Коррекция радиолокационных данных на потери усиления антенны под дождем.

Полученные в этом разделе результаты были использованы соискателем при защите диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в 1989 году.

В разделе 1.2 рассматривается способ непрерывной калибровки контактного микроволнового радиометра с учетом эффекта отражения от области контакта антенны с поверхностью зондируемого объекта в приложении к измерениям внутренней температуры живых объектов в медицине. Коэффициент отражения от области контакта антенны с телом пациента может изменяться в процессе измерения температуры из-за случайных изменений прижимающего антенну усилия.

Способ калибровки иллюстрируется рисунком 2. Здесь (Т0, r) – антенная температура и коэффициент отражения от входа антенны, (L1,R1,T1|L2,R2,T2) – коэффициент передачи, коэффициент отражения и шумовая температура модулятора в открытом и закрытом состоянии, (Tn1|Tn2) – шумовые температуры встроенного эталона шума в двух состояниях, A(Tn1)|A(Tn2) – регистрируемые сигналы при соответствующих Tn1 и Tn2.

Рис. 2. Схема модуляционного радиометра с встроенным эталоном шума

Антенная температура контактного радиометра определяется как
T0=(Tb1-xTb2)/(1-x), где Tb1(Tn1,L1,R1,T1,L2,R2,T2) и Tb2(Tn2,L1,R1,T1,L2,R2,T2) – опорные температуры, x = A1(Tn1)/A2(Tn2), а параметры модулятора соответствуют условию {L12-L22=R2-R1, и T1L1-T2L2=T2-T1}. В диапазоне измеряемых температур Tb1≤T0≤Tb2 погрешность оценки ΔT0 изменяется от минимума ΔTmin до √-2 ΔTmin при T0=Tb1 или T0=Tb2, где ΔTmin – флуктуационная чувствительность радиометра. Если T0 выходит за интервал [Tb1;Tb2], погрешность ΔT0 начинает быстро возрастать.

Долговременная стабильность показаний радиометра обеспечивается термостатированием входных цепей (модулятора, генератора шума и циркулятора) и совмещением во времени процедур измерения и непрерывной калибровки радиометра. Экспериментальная проверка показала, что долговременная ошибка измерений абсолютных значений температур тестовых объектов составила (±0.15)К при флуктуационной чувствительности радиометра 0.07К и температурной стабилизации блока (модулятор, встроенный генератор шума, циркулятор) с точностью 0.1К. Результаты измерений не зависят от поглощательной способности объекта зондирования.

Описанный способ непрерывной калибровки контактного микроволнового радиометра прямо реализует принцип параллельной калибровки средства измерений со встроенными эталонами шумового радиоизлучения и коэффициента отражения путем регистрации линейной комбинации нескольких опорных и информационного сигналов с аппаратным разделением опорных сигналов по времени и разделением информационного и опорных сигналов алгоритмически. Весьма малое характерное время модуляции встроенных эталонов позволяет применять разработанный метод для измерения внутренних температур различных динамических объектов с характерным временем изменения поглощательной способности и внутренней температуры до сотых долей микросекунд.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [2, 17, 20-23, 28, 32, 42, 43, 53, 54].

Во второй главе диссертации рассматривается СМЗ, предназначенная для динамического измерения параметров лабораторной низкотемпературной нестационарной плазмы. В процессе зондирования облако плазмы существенно изменяет свои размеры, форму и электрофизические характеристики, что приводит к существенным изменениям в соотношении между яркостной температурой плазмы и антенной температурой радиометра. Очевидно, применение внутренних эталонов в СМЗ, как это делалось в описанных в первой главе экспериментах, уже недостаточно для адекватной интерпретации измерительной информации и компенсации связанных с динамикой объекта ошибок. В силу этого обстоятельства в состав лабораторной СМЗ необходимо включать дополнительные измерительные каналы, контролирующие существенные параметры условий измерения в такой комбинации, которая позволит максимально полно учесть динамику соответствия измеряемых энергетических характеристик сигналов и физических свойств облака плазмы.

Приведено описание разработанного способа и аппаратуры синхронного активно-пассивного зондирования лабораторных динамических объектов, обеспечивающих непрерывные совместные измерения параметров собственного и рассеянного излучения. Разработанный способ измерения позволяет контролировать вариации геометрических и электрофизических параметров динамического объекта и компенсировать возникающие при этом ошибки измерения его яркостной температуры. При этом активный канал СМЗ выполняет роль опорного для пассивного канала. Реализованный способ зондирования позволяет формировать исследуемый динамический объект однократно и регистрировать сигналы, пропорциональные интенсивности собственного и рассеянного излучения, одним приемным устройством. Разделение сигналов активного и пассивного каналов производится по форме принятых сигналов. Тем самым устраняется влияние неконтролируемых вариаций условий проведения эксперимента и нестабильности измерительной аппаратуры, что в свою очередь повышает достоверность измерительной информации.

Разработанный способ состоит в следующем. Исследуемый объект облучается зондирующим сигналом, модулированным меандром с периодом модуляции много меньше характерного времени изменения объекта, мощность зондирующего сигнала выбирается близкой к мощности собственного излучения объекта. Затем под любым выбранным углом к зондирующему излучению регистрируется сумма собственного немодулированного и рассеянного модулированного излучения, по которой определяются интенсивности собственного и рассеянного излучения. На рис. 3 показана структурная схема устройства, реализующего этот способ.

Рис. 3. Активно-пассивная СМЗ для исследования динамических объектов

Устройство работает следующим образом. С помощью генератора 1 с подключенным к его выходу вентилем 2 и модулятора 3 формируется модулированное зондирующее излучение. Затем с помощью аттенюаторов 4 и 7 устанавливается оптимальный уровень мощности зондирующего излучения и чувствительности измерительного приемника 8 соответственно такие, что максимальная ожидаемая сумма собственного и рассеянного излучений соответствовала бы динамическому диапазону регистрирующего прибора (полной шкале осциллографа) 9 и регистрировалась без искажений. В зоне излучения и приема зондирующего сигнала антенн 5 и 6 создается исследуемый динамический объект 10 и регистрируется принятый приемным устройством сигнал, соответствующий сумме собственного и рассеянного излучения. При этом интенсивности собственного излучения соответствуют значения немодулированного сигнала, а интенсивности рассеянного излучения – модулированного. Отсчеты значений зарегистрированных сигналов сравниваются с амплитудой калибровочных сигналов.

Первичная калибровка приемного устройства по уровню рассеянного излучения проводится с помощью эталонных металлических сфер известного размера, а по уровню собственного излучения – по сигналам двух эталонных генераторов шума, например, волноводных согласованных нагрузок, подключаемых вместо антенны 6 и имеющих известные температуры.

С помощью разработанной аппаратуры были проведены эксперименты по синхронному двухчастотному активно-пассивному зондированию короткоживущей низкотемпературной лабораторной плазмы, возникающей в облаке атмосферного аэрозоля под воздействием мощного лазерного импульса в виде низкопорогового коллективного оптического разряда (НКОР). Применение разработанного метода позволило получить динамические оценки размеров и температуры ядра разряда на ранних стадиях его существования и плазменного ореола разряда на стадиях его максимального развития и релаксации. Двухчастотное зондирование НКОР позволило судить о динамике градиентов температуры ореола и электронной концентрации плазмы в области НКОР. На стадии релаксации ореола низкопорогового коллективного оптического разряда был обнаружен автоволновой процесс переноса энергии, заряда и вещества от ядра разряда к его периферии.

Получить более детальную информацию о параметрах внутреннего автоволнового процесса переноса, происходящего в плазменном ореоле, не удалось из-за недостаточного количества измерительных каналов СМЗ, работающих параллельно. В связи с этим сделан вывод о том, что в соответствии с общей тенденцией развития СМЗ для повышения информативности лабораторных СМЗ динамических объектов помимо комплексирования активных и пассивных методов зондирования необходимо применять широкополосные (многочастотные) и многопозиционные системы, адаптировать общие принципы функционирования таких систем к динамически изменяющимся условиям измерения.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [1, 18, 29, 44-51].

В третьей главе диссертации рассматриваются широкополосные СМЗ предназначенные для обнаружения и локации источников импульсных шумовых сигналов. Известные преимущества широкополосных СМЗ определили их широкое применение в системах дистанционного зондирования поверхности земли и атмосферы, подповерхностного зондирования, лабораторных системах зондирования биологических объектов, неразрушающего контроля и технической диагностики конструкций и материалов, в системах ближнего обнаружения и позиционирования различных объектов.

Применение широкополосных СМЗ для исследования динамических объектов в лабораторных условиях имеет ряд очевидных особенностей. Во-первых, динамическое воздействие на объект исследования весьма часто имеет невоспроизводимый характер, что принципиально затрудняет выделение апостериорного распределения измеряемых параметров. При этом возникает задача разработки алгоритмов получения апостериорных распределений по единственной реализации широкополосного информационного сигнала. Во-вторых, лабораторные установки могут иметь весьма малые размеры и, как следствие, минимальные относительные временные задержки информационных сигналов при зондировании объекта электромагнитными волнами. При этом исключительное значение приобретают фазовые методы измерения и, как следствие, возникает проблема пространственного разрешения элементов сложного объекта зондирования. Для акустических СМЗ, в которых применение широкополосных сигналов типично, возможна реализация не только фазовых, но и корреляционных методов обработки. С другой стороны, для акустических систем типичны каналы распространения излучения с сильным рассеянием, что приводит к значительным искажениям частотно-временной структуры сигналов СМЗ. Отсюда возникает задача разработки алгоритмов получения оценок параметров объекта зондирования, устойчивых к случайным вариациям параметров канала распространения. Третьей особенностью лабораторных СМЗ является необязательность обработки сигналов в режиме реального времени, что позволяет реализовать весьма сложные алгоритмы обработки.

С учетом упомянутых особенностей в третьей главе диссертации представлены алгоритмы обработки широкополосных импульсных сигналов СМЗ, устойчивые к случайным вариациям параметров канала распространения излучения с рассеянием.

В разделе 3.1 решена задача синтеза структуры и оценки характеристик оптимального обнаружителя импульсных широкополосных шумовых сигналов с известной формой зависимости дисперсии шума от времени для сигналов с различной базой; предложена и протестирована структурная схема адаптивного обнаружителя импульсных шумовых сигналов, реализующая оптимальный алгоритм обнаружения на основе оценки характеристик выборки входного сигнала.

Рассмотрена модель входного процесса x(t)=a(t) ns1(t)+σn ns2(t), где a(t) – огибающая импульсного шумового сигнала длительностью Ts, σn2 – дисперсия аддитивного белого гауссова шума (АБГШ), ns1,2(t) – широкополосный с полосой (-fmax, fmax) случайный процесс со стандартизированным нормальным распределением.

Рис. 4. Структура оптимального адаптивного обнаружителя

Структура адаптивного обнаружителя представлена на рис. 4. Реализация входного процесса возводится в квадрат, поступает на фильтр огибающей и с задержкой Ts на вход линейного оптимального фильтра (ОФ). Выходной сигнал ОФ, равный 0∫Tsa2(t)x2(t)/(σn4+a2(t)σn2)dt, сравнивается с порогом П=0∫Tsln(1+ a2(t)/σn2)dt в решающем устройстве (РУ). Решение о присутствии полезного сигнала принимается при превышении порога. Параметры ОФ и РУ определяются выходным сигналом фильтра огибающей. При этом вероятность ложного обнаружения α=1-F(tα), где tα=(П-mn)/√-Dn. Вероятность пропуска импульса β=F(tβ), где tβ=(П-ms)/√-Ds. Вероятность правильного обнаружения Pt=1-[F(-tα)+F(tβ)]/2, где F(х) – интеграл Лапласа. Для a(t)=Ае-t/τ получим

, , ,.

Алгоритм работы адаптивного обнаружителя был протестирован на записи реального акустического сигнала, полученного при срабатывании электромеханического реле РЭН-34 (рис. 5).

Рис. 5. Акустический сигнал реле РЭН-34

Рис. 6. Характеристика обнаружителя

Полученная характеристика обнаружения представлена на рис. 6. На рисунке показана зависимость вероятности правильного обнаружения одного импульса (Рt) от отношения сигнал-шум (δ=). Сплошная линия соответствует теоретической зависимости, точками отмечены результаты тестирования. Как видно из графика, результаты моделирования хорошо согласуются с теоретической оценкой.

Предложенная схема адаптивного обнаружителя позволяет контролировать такую совокупность изменяющихся параметров СМЗ, которая полностью характеризует влияние изменяющихся условий измерения на их результат. Характеристики обнаружителя определяются величиной базы импульсного шумового сигнала, т.е. произведением полосы частот шума на эффективную длительность импульса, и зависят от формы его огибающей. Разработанный алгоритм адаптивного обнаружения устойчив к случайным вариациям параметров источника сигнала и рэлеевского канала распространения излучения, приводящим к вариациям формы огибающей импульсов.

Рис. 7. Функциональная схема измерителя ВЗ и ЧС сигнала фазовым методом

В разделе 3.2 решена задача полу-чения оптимальных байесовских оценок значений и погреш-ностей временных и частотных сдвигов импульсных широ-кополосных сигна-лов по среднему значению распреде-ления апостериор-ной вероятности фа-зовым методом с учетом рассеяния в канале передачи. Структура разработанного измерителя представлена на рис. 7. Здесь tg(ωj) – групповое время задержки компоненты ωj дискретного спектра сигнала, а ω(ti) – мгновенная частота сигнала в отсчетный момент времени ti. В тексте диссертации показано, что структура оптимального измерителя инвариантна к амплитуде, фазе и форме огибающей полезного сигнала, а его характеристики инвариантны к фазе несущего колебания полезного сигнала. Получаемые оценки состоятельные, безусловно несмещенные, асимптотически нормальные и асимптотически эффективные.

Для канала с рассеянием смещение оценки временной задержки сигнала при большом отношении сигнал-шум рассеяния соответствует смещению оценки максимального правдоподобия для известного сигнала и существенно лучше такой оценки при неизвестной начальной фазе.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [3, 4, 6, 19, 24-27, 33].

В четвертой главе диссертации рассматриваются многопозиционные широкополосные пассивные лабораторные СМЗ, предназначенные для зондирования динамических объектов, являющихся источниками нестационарного шума. Динамическими объектами лабораторного многопозиционного зондирования электромагнитными и звуковыми волнами являются процессы распространения детонации, ударных волн, фронтов горения и фазовых переходов вещества, кавитационный шум в жидкостях, импульсы акустической эмиссии, широкополосный акустический шум, сопровождающий течение экзотермических реакций в объеме активного вещества, и т.д. Локация области распределенного источника шума проводится в условиях взаимных помех от различных элементарных источников, что определяет большую дисперсию получаемых оценок. При наличии динамики области источников эти помехи имеют нестационарный характер, а получаемые оценки отражают в основном динамику взаимных помех. Специфика применения лабораторных многопозиционных СМЗ определяет необходимость разработки метода многопозиционного зондирования динамических объектов в виде распределенных или множественных источников широкополосного шума, позволяющего однозначно оценивать динамику границ области пространства, содержащей распределенный источник, и траектории нескольких дискретных источников.

В разделе 4.1 решена задача локализации границ области пространства, содержащей распределенный источник нестационарного широкополосного шума, и ее динамики пассивной разностно-дальномерной системой зондирования малого радиуса действия фазовым методом. Особенности применения этого метода локации рассмотрена на примере СМЗ, предназначенной для диагностики физических и химических процессов разрушения структуры вещества по исходящему акустическому излучению. В объектах такого рода область пространства, в которой имеет место исследуемый процесс (например, горение под давлением), является распределенным источником широкополосного шумового акустического излучения. Проблема применения фазового метода состоит в том, что сигнал является некоррелированным шумом и, таким образом, по своим статистическим свойствам одна часть реализации сигнала неотличима от любой другой.

Структурная схема измерителя временных задержек аналогична рассмотренной в третьей главе диссертации. При этом каждый измерительный пункт многопозиционной системы принимает сигналы от М>>1 числа элементарных источников. Два разнесенных в пространстве датчика принимают сигналы n1(t) и n2(t) = n1(t - τ), 0<t<Ta, τ<Ta, τ = Δr/c, где Δr – разность расстояний от кажущегося положения источника сигнала до каждого из датчиков, c – скорость звука, Ta – время анализа сигналов. В случае распределенного источника τ=-τ+τ*, где -τ соответствует временной задержке от точки с координатами центра тяжести распределенного источника шума, а τ* - случайная величина с нулевым средним. В тексте диссертации показано, что логарифм отношения k-х комплексных спектральных амплитуд сигналов двух датчиков ln{(Nk)1/(Nk)2} = = j(2π/Ta)k(-τ+τM*), где τM* - отклонение задержки последнего появившегося (или исчезнувшего) в совокупности элементарного источника. Таким образом, по оценке ln{(Nk)1/(Nk)2} определяется задержка τ, соответствующая изменившемуся за время Ta участку границы области распределенного источника или центру тяжести этой области, если состав элементарных источников не изменился. В присутствии помехи в виде АБГШ и большом отношении сигнал-шум (σs/σI)2 ошибки измерения (Δτk) задержки τ будут иметь распределение Коши, а в отсутствие полезного сигнала – равномерное на Та распределение.

Таким образом, показана возможность применения фазового метода измерения временных задержек широкополосных сигналов в разностно-дальномерных системах локации распределенных источников. С одной стороны, наличие низкочастотных компонент в спектре шумового сигнала позволяет избавиться от присущей фазовому методу неоднозначности отсчетов временных задержек, с другой стороны, наличие высокочастотных спектральных компонент обеспечивает высокую точность измерения временных задержек. Присущее фазовому методу отсутствие разрешающей способности по временным задержкам, как оказывается, не является препятствием для локализации распределенных источников широкополосного шума, занимающих определенную область зондируемого пространства. Кроме того, показана возможность классификации и раздельной локализации источников широкополосного шума, соответствующих распределенным низкоэнергетическим процессам и локализованным в пространстве и времени высокоэнергетическим событиям в исследуемом объекте.

В разделе 4.2 разработан метод локализации нескольких дискретных источников широкополосного шума путем вычисления трехмерных взаимно-корреляционных функций сигналов многоканальной пассивной СМЗ с когерентной обработкой сигналов, исключающий неоднозначность в определении координат источников. Под трехмерной взаимно-корреляционной функцией (ВКФ3) сигналов от четырех датчиков будем понимать функцию вида

,

где S1(t), S2(t), S3(t), S4(t) – сигналы четырех датчиков, а τjk – соответствующие относительные временные задержки сигналов. В силу четности числа сомножителей подынтегральной функции в присутствии единственного источника сигнала ВКФ3 будет иметь единственный глобальный максимум в точке трехмерного пространства {τ12, τ13, τ14}, соответствующей истинным координатам источника сигнала. На рис. 8 представлено трехмерное тело неопределенности ВКФ3 точечного источника. В присутствии нескольких источников ВКФ3 будет иметь ряд локальных максимумов, соответствующих истинным координатам каждого из источников. На рис. 9 показано сечение ВКФ3 плоскостью τ14 , совпадающей с общей координатой двух источников. На основе этого свойства трехмерной взаимно-корреляционной функции разрешена проблема неоднозначности интерпретации результатов измерения временных задержек многопозиционными системами без привлечения дополнительной измерительной или априорной информации.

Рис. 8. Вид ВКФ3 точечного источника

Рис. 9. Сечение ВКФ3 2-х источников

Благодаря тому, что значения ВКФ3 определяются произведением одномерных функций, затраты времени на вычисление координат ее максимумов можно радикально сократить. Очевидно, что координаты максимумов ВКФ3 будут совпадать с координатами максимумов соответствующих одномерных ВКФ. Таким образом вычислять значения ВКФ3 имеет смысл только в окрестностях максимумов одномерных ВКФ. При этом, затраты времени на расчет значений одномерных ВКФ незначительны.

Разработанные в четвертой главе диссертации методы в своей совокупности позволяют контролировать динамику системы множественных и распределенных источников шумового излучения многопозиционными СМЗ на основе относительных фазовых или корреляционных измерений, когда в качестве опорных сигналов используются информационные сигналы различных измерительных пунктов измерительной системы.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [7, 13, 14, 16].

В пятой главе диссертации рассматриваются методы, аппаратура и алгоритмы обработки данных лабораторных экспериментов по одноканальной микроволновой интерферометрии газодинамических процессов. Проводится сравнение известных структурных схем одноканальных микроволновых интерферометров и соответствующих этим схемам алгоритмов обработки интерферограмм. Обосновывается преимущество структурной схемы интерферометра по типу супергетеродинного приемника с квадратурным детектированием комплексной огибающей сигнала (рис. 10).

Описываются методики и приводятся результаты типичных газодинамических экспериментов с применением радиоинтерферометров: измерение скорости лайнера, метаемого продуктами взрыва, измерение скорости распространения детонации в тонком стержне взрывчатого вещества (ВВ), измерение скорости ударной и детонационной волн в массивном образце ВВ, измерение параметров движения снаряда в стволе пушки, измерение характеристик ударно-сжимаемых диэлектрических материалов. Разработка методик и проведение экспериментов выполнены в Институте экспериментальной газодинамики и физики взрыва РФЯЦ-ВНИИЭФ под руководством с.н.с. А.В. Родионова.

Рис. 10. Обобщенная структурная схема интерферометра

Выделяются два основных типа такого рода экспериментов: с одномодовым и многомодовым режимом распространения зондирующего излучения в экспериментальной установке. Для анализа сигналов в установках с одномодовым распространением используется известный оптимальный алгоритм оценки текущей фазы узкополосного сигнала. Для анализа сигналов в установках с многомодовым распространением используется метод электродинамического моделирования с минимизацией невязки модельного и измеренного сигналов по оцениваемым параметрам движения объекта.

Рассматриваются причины и проявления детерминированных искажений интерферограмм в опытных образцах с динамически изменяющимися характеристиками. К числу таких искажений относятся: значительное изменение амплитуд принятых сигналов, связанное с радикальным изменением расстояния между антенной и движущейся отражающей поверхностью, низкочастотный тренд принятых сигналов, связанный с изменяющимися в процессе измерений условиями согласования антенны с опытным образцом, разрушение квадратуры ортогональных компонент принятого комплексного сигнала, связанное с принципиально неустранимым рассогласованием антенны с опытным образцом, наличие кратных гармоник в спектре принятого сигнала, связанное с многократным отражением зондирующего излучения от объекта и антенны, а также с нелинейными искажениями сигнала в приемном устройстве СМЗ. Разработаны алгоритмы обработки сигналов, позволяющие компенсировать эти искажения (рис.11).

Рис. 11. Годограф интерферограмм
до и после обработки

Рассматриваются примеры частотного и пространственного разделения мод, а также случаи, когда разделение мод невозможно. Разработаны алгоритмы обра-ботки сигналов одноканаль-ного микроволнового интер-ферометра с многомодовым механизмом распространения излучения, позволяющие компенсировать детерминированные искажение информационной структуры сигналов СМЗ с регулярной конкуренцией нескольких пространственных мод (лучей) в канале распространения зондирующего излучения. Эти алгоритмы позволяют получать совместные оценки нескольких параметров газодинамических процессов и их погрешностей. Были обработаны результаты экспериментов двух типов.

В экспериментах первого типа исследовались свойства ударно-сжимаемых диэлектриков (рис. 12).

Модель интерферограммы Z(t) описывается формулой

где КМ – число отражений от всех границ раздела в установке, RA – коэффициент отражения от антенны в исследуемый образец, RFF – коэффициент отражения от сжатого вещества в целом, xk – длина оптического пути k-го луча. Результат сравнения экспериментальной интерферограммы с модельной при оптимальных параметрах модели представлен на рис. 13.

Рис. 12. Схема установки для исследования ударно-сжимаемого фторопласта

Рис. 13. Аппроксимация интерферограммы

В результате эксперимента, помимо оценки скорости ударной волны, получаемой с помощью контактных датчиков, удалось определить массовую скорость сжатого диэлектрика, профиль и максимальное значение показателя преломления диэлектрика на фронте ударной волны с погрешностями около 2% относительно контрольных данных.

В экспериментах второго типа исследовалась детонация в тонких диэлектрических цилиндрах из ВВ (рис. 14). Интерферограмма опыта с многомодовым возбуждением волновода из ВВ представлена на рис. 15.

Рис. 14. Схема измерений скорости распространения детонации в тонком стержне ВВ

Рис. 15. Экспериментальная интерферограмма при многомодовом зондировании образца

По экспериментальным оценкам частот основных компонент в спектре интерферограммы и характеристическому уравнению цилиндрического диэлектрического волновода получены совместные оценки скорости распространения детонации, диэлектрической проницаемости ВВ и корреляционная матрица ошибок.

Здесь Ψ(ε,V) - взаимная корреляционная функция экспериментального и модельного спектров интерферограммы. Вид корреляционной функции представлен на рис. 16.

Таким образом, применение разработанных алгоритмов обработки позволило повысить информативность одноканальных интерферометров при зондировании динамического объекта через многомодовый канал распространения излучения. К числу одновременно оцениваемых параметров исследуемых газодинамических процессов относятся: массовая скорость и скорость ударных волн, диэлектрическая проницаемость ударно-сжатого вещества и профиль показателя преломления вещества за фронтом ударной

Рис.16. Корреляционная функция

волны в экспериментах по изучению процессов ударного сжатия диэлектрических мате-риалов; скорость распространения детонации, диэлектрическая про-ницаемость вещества и коэф-фициент взаимной корреляции этих параметров в экспериментах по изучению распространения детонации в образцах взрывчатых веществ.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [5, 8, 9, 11, 12, 34-40, 55, 56].

В шестой главе диссертации рассматриваются методы, аппаратура и алгоритмы обработки данных лабораторных экспериментов по многоканальной микроволновой интерферометрии газодинамических процессов. Многоканальная микроволновая интерферометрия применяется для измерения параметров сложного движения фронтов газодинамических процессов, включая поступательное движение, поворот и малую деформацию.

Все известные методы построения радиоизображений с помощью многоканальных систем можно разделить на два основных класса: построение двумерных изображений с помощью антенных решеток и радиоинтерферометров, и построение трехмерных изображений с помощью радиоголографических методов. С точки зрения задачи восстановления двумерного поля перемещений газодинамических процессов могут быть использованы оба варианта. При измерении двумерных радиоизображений исследуемых объектов поле перемещений может быть восстановлено по результатам измерения доплеровского сдвига частот, а стало быть, радиальной скорости каждого элемента двумерного изображения. При регистрации радиоголограмм, т.е. трехмерных изображений, поле перемещений получается путем вычитания продольных координат двух трехмерных образов, зарегистрированных в два близких момента времени. Оба подхода применяются для решения задачи восстановления поля перемещений объектов различной природы. Проведенный сравнительный анализ известных методов восстановления поля перемещений показал преимущества метода многоканальной радиоинтерферометрии сложных динамических объектов с точки зрения сложности реализации измерительной аппаратуры и алгоритмов обработки сигналов.

В разделе 6.1 диссертации решена задача разработки лабораторного метода многоканального (многопозиционного) активного зондирования сложных газодинамических объектов, аппаратуры для его реализации и алгоритмов обработки многоканальных интерферограмм. Разработанный метод позволяет проводить измерения параметров сложного движения динамических объектов, в том числе фронтов газодинамических процессов, включая поступательное движение, поворот и малые деформации поверхности, с помощью многоканального микроволнового интерферометра.

Рис. 17. Зоны покрытия поверхности объекта шестью антеннами МРИ

В тексте диссертации показано, что, если малая деформация отражающей поверхности может быть описана поверхностью второго порядка, для измерения параметров ее сложного движения может быть использован многоканальный радиоинтерферометр (МРИ) с двумя активными каналами, работающими на разных частотах, и четырьмя дополнительными пассивными каналами. Это позволит проводить измерения отсчетов поля скоростей в тринадцати отсчетных точках, расположенных в узлах правильной треугольной сетки. При этом расстояние между оптическими осями антенн (а) будет вдвое больше расстояния между узлами сетки (а/2), поперечное разрешение МРИ составит половину расстояния между узлами сетки (а/4), а размеры контролируемой поверхности составят (3×√-3) а. Зоны покрытия поверхности исследуемого объекта шестью антеннами такого устройства представлены на рис. 17.

На этом рисунке серым фоном выделена движущаяся на нас исследуемая поверхность, сплошные окружности большого диаметра ограничивают области облучения двух передающих антенн, сплошные окружности малого диаметра отмечают положение оптических осей приемных антенн. Две малые окружности, расположенные в центре больших сплошных окружностей соответствуют приемным антеннам, совмещенным с передающими антеннами. Окружности большого радиуса, отмеченные пунктиром, ограничивают зоны покрытия чисто приемных антенн. В центрах областей пересечения сплошных и пунктирных окружностей крестами отмечены «блестящие» точки или точки отражения зондирующих волн для каждой пары передатчик – приемник.

Алгоритм обработки сигналов МРИ основан на приближении геометрической оптики, обычно справедливом для весьма малых расстояний между антенной системой МРИ миллиметрового диапазона и объектом зондирования, поперечные размеры которого составляют десятки длин волн. Текущее положение объекта определяется координатами «блестящих» точек на его отражающей поверхности, определяемыми системой уравнений

,

для активного канала, где (xЕ, yЕ, zЕ) – координаты антенны активного канала, (xi, yi, zi) – координаты i-ой блестящей точки, , , первое уравнение – нормали к поверхности, второе уравнение – текущего положения отражающей поверхности. Или для бистатической трассы зондирования где A6 x+B6 y+C6 z+D6 = 0 – уравнение плоскости падения, а третье уравнение системы определяет равенство углов падения и отражения. Далее по результатам измерения приращения фаз соответствующих интерферограмм за время Δt определяется перемещение блестящих точек вдоль нормали к поверхности с учетом значений углов падения и новые координаты блестящих точек в следующий отсчетный момент.

Рис. 18. Восстановленное изображение поверхности спирали (5 положений)

Проверка метрологических характеристик макета трехка-нального интерферометра 3-х мм диапазона длин волн в экспе-рименте по измерению парамет-ров сложного движения механи-ческого тестового объекта «Спираль Архимеда» показала, что разработанная методика оценки параметров сложного движения динамических объектов в целом дает адекватные результаты (рис. 18). На рисунке совмещены изображения «истин-ных» и восстановленных по интерферометрическим данным отражающих поверхностей. Звездами отмечено положение блестящих точек трех каналов зондирования, треугольники в нижней части рисунка указывают положения антенн МРИ (средняя антенна – активная, две крайних – пассивные).

Поступательное движение тестовой поверхности восстанавливается по данным интерферометра с хорошей точностью: систематическая ошибка перемещения в интервале 30 мм лежит в пределах ± 0.25 мм. Форма восстановленных поверхностей близка к правильной и сохраняется на всех дистанциях до объекта. Несмотря на то, что погрешности определения поперечных координат точек отражения велики (до 4 мм), эти ошибки не сказываются на форме восстановленных поверхностей. Интерферометр правильно фиксирует изменение радиуса кривизны и наклона отражающей поверхности.

Результаты проверки работоспособности МРИ и реализованного в нем метода измерений в тестовых газодинамических экспериментах по измерению параметров сложного движения метаемой продуктами взрыва стальной пластины и измерению динамики фронта детонационной волны в образце диэлектрического ВВ показали способность прибора получать качественные и количественные данные о динамике формы объектов в газодинамических экспериментах (рис. 19).

Рис. 19. Движение фронта детонации

В разделе 6.2 определены перспективные направления расширения функциональных возможностей многоканального радиоинтерферометра-радиометра при зондировании сложных газодинамических объектов. Во-первых, это оценка статистических характеристик случайно-неоднородных поверхностей границ раздела сред, находящихся под ударным воздействием. Во-вторых, это повышение точности оценок комплексной диэлектрической проницаемости (показателя преломления и проводимости) вещества, участвующего в газодинамическом процессе. В-третьих, это оценка термодинамических параметров реагирующего вещества: его температуры и давления.

Основные результаты, полученные в этой главе диссертации, опубликованы в работах соискателя [10, 15, 30, 31, 41].

В Заключении к диссертации сформулированы основные выводы и результаты, полученные в работе. Делается вывод о том, что описанные в работе методы микроволнового зондирования позволяют компенсировать ошибки измерений, связанные с постоянно изменяющимися условиями зондирования. Полученные в работе результаты являются экспериментальным подтверждением этого утверждения, и, таким образом, можно констатировать, что поставленная в работе цель достигнута.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

  1. Предложен и экспериментально реализован способ непрерывной калибровки метеорологического радиолокатора сантиметрового диапазона длин волн при вариациях коэффициента усиления его антенны с учетом поглощения и отражения излучения от поверхности радиопрозрачного укрытия, находящегося под воздействием дождя. Этот метод позволяет контролировать величину коэффициента усиления антенны метеорадиолока-тора при воздействии дождя с точностью, определяемой относительной погрешностью радиолокационного измерительного приемника.
  2. Разработан и экспериментально реализован метод непрерывной калибровки контактного радиометра миллиметрового диапазона длин волн, обеспечивающий измерение термодинамической температуры нагретого диэлектрического тела с произвольно изменяющимся коэффициентом отражения от области контакта. Метод обеспечивает точность измерений, близкую к флуктуационной чувствительности радиометра. Результаты измерений не зависят от поглощательной способности объекта зондирования.
  3. Предложен способ и разработана аппаратура синхронного активно-пассивного зондирования лабораторной плазмы, обеспечивающие непрерывные совместные измерения параметров собственного и рассеянного излучения. Тем самым устраняется влияние неконтролируемых вариаций условий воспроизведения объекта зондирования и нестабильности измерительной аппаратуры. Способ позволяет измерять динамику геометрических и электрофизических параметров объекта и компенсировать возникающие при этом ошибки измерения температуры объекта.
  4. Синтезирована структура и получены оценки характеристик обнаружения оптимального обнаружителя импульсных широкополосных шумовых сигналов с известной формой огибающей и обнаружителя, адаптивного к форме огибающей. Характеристики обнаружителей определяются величиной базы импульсного шумового сигнала и зависят от формы его огибающей. Алгоритм адаптивного обнаружения устойчив к вариациям параметров источника сигнала и канала распространения излучения, приводящим к изменению формы огибающей импульсов.
  5. Предложен алгоритм оценки значений и погрешностей временных и частотных сдвигов импульсных широкополосных сигналов фазовым методом – по среднему значению апостериорного распределения вероятностей сдвига, рассчитанному по одной реализации сигнала. Характеристики измерителя инвариантны к начальной фазе несущего колебания полезного сигнала. Получаемые оценки состоятельные, безусловно несмещенные, асимптотически нормальные и асимптотически эффективные. Смещение оценок из-за рассеяния в канале передачи при большом отношении сигнал-шум соответствует смещению оценки максимального правдоподобия для полностью известного сигнала и существенно лучше такой оценки при неизвестной начальной фазе.
  6. Решена задача локализации границ области пространства, содержащей распределенный источник нестационарного широкополосного шума, и ее динамики пассивной разностно-дальномерной системой зондирования малого радиуса действия фазовым методом. Показано, что присущее фазовому методу отсутствие разрешающей способности по временным задержкам не является препятствием для локализации области пространства, содержащей распределенный источник широкополосного шума. Кроме того, показана возможность классификации и раздельной локализации источников широкополосного шума, соответствующих распределенным низкоэнергетическим процессам и локализованным в пространстве и времени высокоэнергетическим событиям в исследуемом объекте.
  7. Дано определение и исследованы основные свойства трехмерной взаимно-корреляционной функции сигналов многопозиционной СМЗ. Показано, что трехмерная взаимно-корреляционная функция не имеет побочных максимумов высокого уровня в областях локализации ложных целей, появление которых присуще любым многопозиционным системам при зондировании сложных и распределенных объектов. На основе этого свойства трехмерной взаимно-корреляционной функции разрешена проблема неоднозначности интерпретации результатов измерения временных задержек многопозиционными системами без привлечения дополнительной измерительной или априорной информации. Разработан метод локализации нескольких источников широкополосного шума путем вычисления трехмерных взаимно-корреляционных функций сигналов разностно-дальномерной пассивной СМЗ с когерентной обработкой сигналов, исключающий неоднозначность в определении координат источников.
  8. Разработаны алгоритмы обработки сигналов одноканального интерферометра миллиметрового диапазона длин волн, позволяющие компенсировать связанные с динамикой исследуемого объекта ошибки в оценках характеристик его движения. При этом удается скомпенсировать влияние радикального изменения расстояния между антенной и объектом зондирования, изменяющихся в процессе измерений условий согласования антенны с опытным образцом, многократных отражений зондирующего излучения от объекта и антенны. Точность получаемых при этом оценок скорости объекта приближается к потенциально достижимой.
  9. Разработаны алгоритмы обработки сигналов одноканального интерферометра миллиметрового диапазона длин волн с многомодовым механизмом распространения излучения в исследуемом объекте, позволяющие компенсировать детерминированные искажения интерферограмм, связанные с регулярной конкуренцией нескольких пространственных мод (лучей). Разработанные алгоритмы позволяют получать совместные оценки нескольких параметров газодинамических процессов и их погрешностей: массовой скорости, скорости ударных и детонационных волн, диэлектрической проницаемости вещества и коэффициента взаимной корреляции этих параметров.
  10. Разработан и реализован метод измерения параметров поступательно-вращательного движения слабодеформирующихся отражающих поверхностей, в том числе фронтов газодинамических процессов, с помощью многоканального микроволнового интерферометра. Экспериментальная проверка работоспособности макета многоканального интерферометра и реализованного в нем метода измерений в тестовых газодинамических экспериментах показала способность прибора получать качественные и количественные данные о динамике формы объектов.
  11. Определены перспективные направления и методы реализации расширения функциональных возможностей многоканального радиоинтерферометра-радиометра при зондировании сложных газодинамических объектов. Во-первых, это оценка статистических характеристик случайно-неоднородных поверхностей границ раздела сред, находящихся под ударным воздействием. Во-вторых, это повышение точности оценок комплексной диэлектрической проницаемости (показателя преломления и проводимости) вещества, участвующего в газодинамическом процессе. В-третьих, это оценка термодинамических параметров реагирующего вещества: его температуры и давления.

ПУБЛИКАЦИИ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из списка ВАК

1. Канаков В.А., Кисляков А.Г. Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Рассеяние радиоволн мм диапазона на стимулированных лазерным импульсом разрядах в запыленой атмосфере // Изв. Вузов. Радиофизика. 1992. Т.35.№1. С. 3-8. (4 авт. стр.)

2. Канаков В.А., Кисляков А.Г. Измерения температуры тела человека контактным радиометром со встроенными эталонами // Изв. Вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42. № 2. С. 168-175. (6 авт. стр.)

3. Канаков В.А., Клюев В.Ф., Кривошеев В.И., Односевцев В.А. Нормирование уровней импульсных побочных акустических излучений по критериям информационной безопасности // Вестник ННГУ. Сер. Радиофизика. 2004. Вып. 1(2). С. 220-226. (3 авт. стр.)

4. Канаков В.А., Клюев В.Ф., Кривошеев В.И., Односевцев В.А. Расчет допустимых отношений сигнал/шум на основе анализа оптимального алгоритма приема сигналов побочных акустических излучений информационных систем // Вестник ННГУ. Сер. Радиофизика. 2004. Вып. 1(2). С. 227-237. (8 авт. стр.)

5. Канаков В.А., Орехов Ю.И., Пелюшенко С.А., Ракуть И.В, Курбаков А.В. Антенны КВЧ–диапазона для систем радиовидения // Антенны. 2006. Вып. 5(108). С. 13-16. (3 авт. стр.)

6. Канаков В.А. Фазовый метод измерения временной задержки и частотного сдвига импульсных сигналов // Вестник ННГУ. Сер. Радиофизика. 2006. Вып. 1(4). С. 75-85.

7. Канаков В.А. Разностно-дальномерная локация области источников широкополосного шума фазовым методом // Вестник ННГУ. Сер. Радиофизика. 2006. Вып. 1(4). С. 86-96.

8. Канаков В.А., Лупов С.Ю., Орехов Ю.И., Родионов А.В. Методы извлечения информации о перемещении границ раздела в газодинамических экспериментах с использованием радиоинтерферометров миллиметрового диапазона // Изв. Вузов. Радиофизика. 2008. Т.51. №3. С. 234-246. (10 авт. стр.)

9. Канаков В.А., Пархачёв В.В., Родионов А.В. Обработка данных миллиметровой многомодовой радиоинтерферометрии детонации плоского слоя // Вестник ННГУ. 2008, №4. С. 49-52. (3 авт. стр.)

10. Орехов Ю.И., Взятышев В.Ф., Хворостин В.Н., Родионов А.В., Канаков В.А., Тихонов А.Б. О дифракционном взаимодействии волновых образований в радиоинтерферометрии быстропротекающих процессов: экспериментальные результаты и программа исследований // Изв. Вузов. Физика. 2008. Т.51, №9/2. С 133-137. (2 авт. стр.)

11. Канаков В.А., Пархачёв В.В. Лучевой подход к обработке данных миллиметровой радиоинтерферометрии газодинамических процессов в шашке // Вестник ННГУ. 2009. №2. С 71-75. (3 авт. стр.)

12. Канаков В.А., Пархачёв В.В. Анализ данных КВЧ зондирования динамических процессов в сверхразмерных образцах // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2009. №2. С. 116-120. (2 авт. стр.)

13. Канаков В.А., Горда В.В. Ускорение процесса поиска максимумов многомерной корреляционной функции по её сечениям // Вестник ННГУ. 2009. №3. С. 76-79. (2 авт. стр.)

14. Канаков В.А., Горда В.В. Модификация корреляционного метода позиционирования источников сигналов с большой базой системой пассивных датчиков // Датчики и системы. 2009. №11. С. 28-31. (2 авт. стр.)

15. Канаков В.А., Пархачёв В.В. Анализ возможностей измерения параметров сложного движения отражающих поверхностей многоканальным интерферометром с независимыми и взаимно откалиброванными каналами // Вестник ННГУ. 2011. №3. С. 67-73. (4 авт. стр.)

16. Канаков В.А., Горда В.В. Многомерная корреляционная обработка широкополосных шумовых сигналов в пассивной многопозиционной системе // Вестник ННГУ. 2011. №3. С.  62-66. (3 авт. стр.)

Авторские свидетельства и патенты

17. А. с. 1374151 СССР, МКИ4 G 01 R 29/10. Способ измерения коэффициента усиления антенны радиолокационной станции / В.А. Канаков (СССР). - № 3995695/24-09; Заявлено 17.12.85; Опубл. 15.02.88, Бюл. № 6. – 4 с.

18. А. с. 1555654 СССР, МКИ5 G 01 N 22/00. Способ определения параметров нестационарных объектов / В.А. Канаков, А.Г. Кисляков, Ю.М. Сорокин, С.Е. Финкельштейн (СССР). - № 4387641/24-09; Заявлено 03.03.88; Опубл. 07.04.90, Бюл. № 13. – 2 с. (1 авт. стр.)

19. Пат. на полезную модель 89311 RU, МПК H04B 1/10 (2006.01), H04B 1/12 (2006.01). Цифровое радиоприемное устройство / Патентообладатель: ГОУ ВПО «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» (RU). Авторы: В.А. Канаков, П.В. Кузнецов (RU). - № 2009126182/22; Заявлено 08.07.2009; Опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33. – 6 с. (3 авт. стр.)

Статьи в других журналах

20. Канаков В.А. О характерном времени изменения прозрачности антенных укрытий под дождем // Труды ЦАО. 1988. Вып.171. С. 118-122.

21. Канаков В.А. Об угловых вариациях коэффициента усиления антенн метеорадиолокаторов, работающих с радиопрозрачными укрытиями, под дождем // Труды ЦАО. 1988. Вып.171. С. 122-126.

22. Канаков В.А. О пространственных вариациях фонового излучения антенн радиолокаторов при наличии интенсивных отражений от радиопрозрачных укрытий – В кн. «Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС»: Межвузовский сборник. Горький. 1988. С. 35-39.

23. Вакс В.Л., Канаков В.А., Кисляков А.Г., Пелюшенко С.А., Ракуть И.В., Савельев Д.В., Шкелев Е.И. Перспективные разработки радиометров мм диапазона длин волн // Вестник ВВО АТН России. 1997. №3. С. 37-42. (1 авт. стр.)

24. Анашкин А.Н., Галкин В.Б., Канаков В.А., Клюев В.Ф., Односевцев В.А., Пашко И.В. Влияние пространственной структуры поля на измеряемый уровень импульсных побочных электромагнитных излучений – В кн. «Защита цифровой информации от утечки по побочным каналам связи» - Научно-технический сб. / Под ред. А.И. Астайкина, В.Н. Фомченко. Саров, 2005. С. 155-168. (10 авт. стр.)

25. Галкин В.Б. Канаков В.А., Клюев В.Ф., Односевцев В.А., Пашко И.В., Ситник А.В. Оценка погрешностей измерения уровня ПЭМИ – В кн. «Защита цифровой информации от утечки по побочным каналам связи» - Научно-технический сб. / Под ред. А.И. Астайкина, В.Н. Фомченко. Саров, 2005. С. 179-189. (8 ав. стр.)

26. Астайкин А.И., Канаков В.А., Клюев В.Ф., Ситник А.В., Рылкин А.И. Алгоритм оптимального приема сигналов побочных акустических излучений и расчет предельно допустимых отношений сигнал/шум – В кн. «Защита цифровой информации от утечки по побочным каналам связи» - Научно-технический сб. / Под ред. А.И. Астайкина, В.Н. Фомченко. Саров, 2005. С. 214-228. (11 авт. стр.)

27. Канаков В.А., Клюев В.Ф., А.И. Астайкин А.И., Пашко И.В., Вертей С.В. Пространственная структура поля импульсных побочных излучений // Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2005. Вып. 8. С. 326-333. (6 авт. стр.)

Труды конференций

28. Канаков В.А. Особенности измерений контактным радиометром КВЧ диапазона // Труды вуз. научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 1998. С. 55.

29. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Савельев Д.В., Шкелев Е.И., Вакс В.Л., Приползин С.И., Вдовин В.Ф., Лапкин И.В., Пелюшенко С.А. Миллиметровая радиометрия и спектроскопия: новые методы и результаты // Труды 3 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 1999. С. 23-26. (1 авт. стр.)

30. Бобков Е.Ю., Канаков В.А. Применение методов интерферометрии для исследования объектов в зоне геометрической оптики измерительной антенны // Труды 3 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 1999. С. 160-161. (1 авт. стр.)

31. Бобков Е.Ю., Канаков В.А. Численное моделирование интерференционного метода исследования объектов в ближней зоне измерительной антенны // Труды 4 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 2000. С. 143-144. (1 авт. стр.)

32. Канаков В.А. Калибровка радиометра с короткозамыкающим модулятором // Всерос. научн. конф. «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами». Сб. докладов. / Муром. - 2001. С. 568-572.

33. Panfilov S., Kanakov V. The optimal detector for a wideband noise impulse // XII. European signal processing Conf. EUSIPCO-2004. Proceedings V.1. Sept. 6-10, 2004. / Vienna, Austria. P. 237-240. (3 авт. стр.)

34. Михайлов А.Л., Костюков В.Е., Орехов Ю.И., Бельский В.М., Канаков В.А., Орлов И.Я., Родионов А.В., Хворостин В.Н. Некоторые результаты применения в ИФВ РФЯЦ-ВНИИЭФ радиоинтерферометров мм диапазона длин волн для изучения газодинамических процессов // Труды Междунар. конф. «7 Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». / Саров. – 2005. С. 649-654. (3 авт. стр.)

35. Родионов А.В., Канаков В.А., Лупов С.Ю. Методы обработки результатов радиоинтерферометрических измерений параметров газодинамических процессов / Труды Междунар. конф. «7 Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». / Саров. – 2005. С. 680-685. (3 авт. стр.)

36. Канаков В.А. Электродинамические модели экспериментальных установок для измерений параметров газодинамических процессов радиоинтерферометрическим методом // Труды 9 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 2005. С. 98-100. (2 авт. стр.)

37. Канаков В.А., Лупов С.Ю., Родионов А.В. Анализ систематических погрешностей измерений параметров газодинамических процессов радиоинтерферометрическим методом и способы их компенсации // Труды 9 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 2005. С. 100-102. (2 авт. стр.)

38. Канаков В.А., Лупов С.Ю., Родионов А.В. Особенности извлечения информации о параметрах газодинамических процессов методом аппроксимации интерферограмм многопараметрической электродинамической моделью // Труды 9 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 2005. С. 102-104. (2 авт. стр.)

39. Канаков В.А., Пархачев В.В., Родионов А.В. Оценка параметров ВВ путем зондирования детонирующего диэлектрического волновода // Труды 9 научной конф. по радиофизике. / ННГУ. – 2005. С. 105-106. (1 авт. стр.)

40. Канаков В.А., Лупов С.Ю., Пархачев В.В., Родионов А.В. Многомодовая радиоинтерферометрия как средство увеличения числа определяемых параметров ВВ // Труды Междунар. конф. «9 Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». / Саров. – 2007. С. 665-670. (3 авт. стр.)

41. Катин С.В., Дмитриев Н.И., Орехов Ю.И., Михайлов А.Л., Взятышев В.Ф., Канаков В.А., Родионов А.В., Хворостин В.Н. Многоканальная радиоинтерферометрия – метод диагностики изменения фронтов ударно-волновых и детонационных процессов. Концепция и экспериментальное подтверждение // Труды Междунар. конф. «11 Харитоновские тематические научные чтения. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». / Саров. – 2009. С. 617-621. (2 авт. стр.)

Тезисы докладов

42. Канаков В.А. Результаты экспериментальной проверки аппаратуры оперативной калибровки коэффициента усиления антенн МРЛ // 7 Всес. совещ. по радиометеорологии Тезисы докл. / Москва - Суздаль. - 1986. С. 79.

43. Канаков В.А. О повышении точности измерений коэффициента усиления антенн радиолокаторов на реальной позиции // 4 Всес. конф. “Метрологическое обеспечение антенных измерений” Тезисы докл. / Ереван. - 1987. С. 159-161.

44. Королев И.Я., Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. СВЧ-диагностика поздних стадий аэрозольного оптического пробоя // Всес.сов. “Высокочастотный разряд в волновых полях”Аннотация докл. / Горький. – 1987. С. 38. (0.5 авт. стр.)

45. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Микроволновая диагностика слабоионизированного ореола коллективного оптического разряда // 4 Всес. совещ. по распространению лазерного излучения в дисперсной среде. Тезисы докл. Т.2. / Обнинск - Барнаул. – 1988. С. 45. (0.5 авт. стр.)

46. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Динамика релаксации плазмы коллективного оптического разряда по данным СВЧ диагностики // III Всес. совещ. по физике низкотемп. плазмы с конденсир. дисперсной фазой. / Одесса. – 1988. С. 50. (0.5 авт. стр.)

47. Канаков В.А., Финкельштейн С.Е. Диагностика низкотемпературного плазменного ореола коллективного оптического разряда в миллиметровом диапазоне волн // I Всес. научн.-техн. конф. «Методы дмагностики двухфазных и реагирующих потоков». Тезисы докл. / Алушта. – 1988. С. 212-213. (1 авт. стр.)

48. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Двухдлинноволновая активно-пассивная диагностика области коллективного оптического разряда в аэрозольной среде // 3 Всес. школа по распространению ММ и СубММ волн в атмосфере. Тезисы докл. / Харьков. – 1989. С. 148-149. (1 авт. стр.)

49. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Динамические характеристики коллективного оптического разряда в ММ диапазоне волн // 3 Всес. школа по распространению ММ и СубММ волн в атмосфере. Тезисы докл. / Харьков. – 1989. С. 150-151. (1 авт. стр.)

50. Кисляков А.Г., Канаков В.А., Сорокин Ю.М. Финкельштейн С.Е. Оптическое инициирование и комплексная микроволновая диагностика плазменной области в плотной аэровзвеси // 16 Всес. конф. по распространению радиоволн. Тезисы докл. Ч.1. / Харьков. – 1990. С. 45. (0.5 авт. стр.)

51. Канаков В.А., Кисляков А.Г. Ослабление радиоволн мм диапазона на наклонных трассах с пассивными ретрансляторами // 4 Всес. школа по распростр. ММ и СубММ волн в атмосфере. Тезисы докл. / Н.Новгород. – 1991. С. 39-40. (1 авт. стр.)

52. Канаков В.А., Кисляков А.Г. Комплекс аппаратуры мм диапазона для зондирования короткоживущей лабораторной плазмы // 1 Укр. симпозиум “Физика и техника ММ и СубММ радиоволн”Тезисы докл. Ч.2. / Харьков. – 1991. С. 123-125. (2 авт. стр.)

53. Канаков В.А., Ракуть И.В., Пелюшенко С.А. Сканирующий радиометр - рефлектометр 8 мм диапазона для медицинской диагностики // В кн. “Тепловизионная мед. аппаратура и практика ее применения - ТеМП-94”Тезисы докл. / СПб. – 1994. С. 70-72. (1 авт. стр.)

54. Канаков В.А., Кисляков А.Г., Пелюшенко С.А. Контактный радиометр мм диапазона длин волн // Междунар. конф. “ТеМП-96”.Тезисы докл. / СПб. – 1996. С. 26. (0.5 авт. стр.)

55. Канаков В.А., Орехов Ю.И. Квазиоптическая антенно-фидерная система мм диапазона // 3 Междунар. научно-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Тезисы докл. и сообщ. / Волгоград. – 2004. С. 319-320. (1 авт. стр.)

56. Канаков В.А., Пархачёв В.В. Обработка данных активного КВЧ зондирования динамических процессов в диэлектрических цилиндрах / XII Междунар. конф. по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам «MEGAGAUSS XII». Тезисы докл. / Новосибирск – 2008. С. 129. (0.5 авт. стр.)

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

стр.

ВВЕДЕНИЕ         8

1. НЕПРЕРЫВНАЯ КАЛИБРОВКА СИСТЕМ МИКРОВОЛНОВОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ ВНЕШНЕМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА АНТЕННУ         35

1.1. Непрерывная калибровка эффективного коэффициента усиления антенны метеорадиолокатора сантиметрового диапазона длин волн         38

1.2. Непрерывная калибровка контактного радиометра миллиметрового
диапазона длин волн         59

2. СИСТЕМА АКТИВНО-ПАССИВНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ ПЛАЗМЫ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
ДЛИН ВОЛН         73

2.1. Свойства низкопорогового коллективного оптического разряда как
динамического объекта лабораторного микроволнового зондирования  75

2.2. Способ реализации синхронного активно-пассивного
зондирования динамических объектов         89

2.3. Результаты экспериментальных исследований         95

3. ШИРОКОПОЛОСНАЯ СИСТЕМА МИКРОВОЛНОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЦИИ
ИСТОЧНИКОВ ИМПУЛЬСНЫХ ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ         105

3.1. Структура и характеристики сигналов и адаптивного обнаружителя  110

3.2. Алгоритм оценки временных и частотных сдвигов сигналов
фазовым методом, точность и разрешающая способность системы         130

4. МНОГОПОЗИЦИОННАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПАССИВНАЯ
СИСТЕМА ЛОКАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО ШУМА         146

4.1. Разностно-дальномерная локация области источников
широкополосного шума фазовым методом         153

4.2. Метод определения координат и траекторий нескольких источников шума с помощью вычисления трехмерной взаимно-корреляционной функции сигналов         167

5. ОДНОКАНАЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН         182

5.1. Структурные схемы одноканальных микроволновых
интерферометров и алгоритмы обработки интерферограмм         203

5.2. Экспериментальные исследования газодинамических процессов
с помощью интерферометров мм диапазона длин волн
при одномодовом режиме зондирования         223

5.3. Многомодовый режим зондирования: способы разделения мод
и повышение информативности системы         243

6. МНОГОКАНАЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН         276

6.1. Измерение параметров сложного движения динамических
объектов с помощью многоканального радиоинтерферометра         284

6.2. Перспективы расширения функциональных возможностей многоканального радиоинтерферометра при зондировании сложных
газодинамических объектов         348

ЗАКЛЮЧЕНИЕ         365

ЛИТЕРАТУРА         374

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ  415

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты об использовании результатов диссертационной работы         424

Подписано в печать . .2011. Формат 60×84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ № .

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии
Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского

Лиц. ПД № 18-0099 от 14.05.2001 г.
603000, Н.Новгород, ул. Б. Покровская, 37

 



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.