Введение к работе
Актуальность проблемы.
В последние годы значительно вырос интерес к дистанционным методам исследования природной среды и в том числе к такому перспективному, как подповерхностная радиолокация.
Подповерхностная локация предполагает оперативное и нераз-рушавдее получение информации о структуре среды и посторонних объектах, присутствующих в ней. Необходимость в такой информации возникает в геологии (цели - слои и структуры грунта, горизонты воды, залегание полезных ископаемых), архелогии (орудия труда, окаменелости, пустоты), строительстве (слои вечной мерзлоты, контроль проморожения грунта, полости, топография подземных коммуникация, дефектоскопия конструкций), военном деле (зарытая техника, мины) и других областях. Наиболее часто применяются акустическая и радиолокация, однако по ряду причин с развитием техники СБЧ большее развитие получила последняя: меньшая по сравнению с акустическими методами зависимость от контакта "антенна-грунт", лучшая помехозащищенность, возможность работы в движении и с отрывом антенн, меньшая зависимость от уплотненности грунта.
Задача подземной локации относится к числу обратных некорректно поставленных по Адамару задач. При идеальной аппаратуре и сигналах можно обеспечить существование и единственность решения, однако его непрерывная зависимость от малых изменений условий.лоцирования, вообще говоря, имеет место не всегда. Реально полезные сигналы маскируются большим количеством помех, так что выделение их без обработки на ЭВМ бывает невозможно.
Свойства лоцируемых материальных сред создают серьезные неустранимые сложности, так что для каждого локатора нужно находить оптимальное' соотношение дальности обнаружения объектов и разрешающей способности. Поэтому улучшение характеристик подповерхностных локаторов и разработка новых алгоритмов обработки их сигналов для повышения достоверности обнаружения и разрешающей способности являются актуальной проблемой.
Целью диссертационной работы является:
-выбор оптимальных методов решения электродинамической задачи
об антенной системе георздиолокатора на поверхности раздела
сред;
-исследование величины и времени запаздывания сигнала начальной развязки между антеннами и факторов, на юн влияющих; -исследование чэстотных характеристикик щелевых антенн георадиолокатора и выбор параметров, обеспечивающих наиоольшую щирокополосность;
-разработка быстрого прямого метода обработки сигналов локатора для обнаружения объектов.
Научная новизна.
Предложена модель расчете щелевых антенн с неизвестными электрическими токами не фланце и граничным условием На » О, в рамках этой модели исследована зависимость входного сопротивления от размеров фланца в Е- и Н-плоскостях, а также устойчивость решений, получаемых данным методом.
Проведено исследование зависимости широкополосных свойств щелевых антенн от формы и отношения линейных размеров щели, наличия, номинала и расположения резистивных элементов в антеннах. Исследовано применение антенн разного размера на приеме и на передаче, получено оптимальное дающее наименьшую суммарную добротность соотношение их размеров и соответствие результата принципу взаимности. В частотной области рассчитано прохождение импульса начальной развязки и зондирующего импульса через систему из двух щелевых антенн при возбуждении передающей коротким видеоимпульсом.
Разработаны алгоритмы обработки сигналов георадиолокатора, состоящие в преобразовании спектра принятого сигнала для выделения полезных отражений в виде полупериода синусоида с шириной по основанию, дающей оптимальное разрешение по времени в соответствии с длительностью зондирующего импульса; а также определение положения объектов синтезированием апертуры по слоям от поверхности в глубину. Предложен эффективный способ определения положения и амплитуды сигнала прямого прохождения на осциллограммах, а также тестовый вычислительный эксперимент для определения характеристик зондируемой среды.
Практическая значимость работы.
Исследование методов решения электродинамической задачи об антенной система на поверхности раздела сред может оказаться полезным при расчете характеристик антенн, применяемых для
подповерхностной радиолокации.
Результати исследования сигнала начальной развязки между приемной и передающей антеннами, а также полосы пропускания антенн могут успешно применяться для разработки антенных систем с оптимальными параметрами.
Метод обработки сигналов видеоимпульсного геолокатора, основашшй на покомпонентном делеіши составляющих спектров исходных осциллограмм на составляющие спектра импульсной характеристики сквозного тракта локатора с последующим синтезированием апертуры по слоям от поверхности в глубину, применялся для обработки реальных сигналов георадиолокаторов и дал хорошие результаты.
На защиту выносятся:
-
Расчет и экспериментальное исследование величины и задержки сигнала начальной развязки между щелевыми антеннами георадио-локаторэ.
-
Результаты исследования влияния различных факторов на частотные характеристики щелевых антенн: изменение формы щелей, вытягивание щелей в Е- и Н-плоскостях, шунтирование фланца и точек- питания, применение разных антенн для достижения наибольшей широкополосное антенной системы.
-
Метод обработки сигналов видеоимпульсного геолокатора, состоящий из двух последовательно применяемых алгоритмов: выделения полезных отражений и синтезирования апертуры для фокусирования сигналов от локальных объектов.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались на научной конференции МФТИ в 1990 г., научно-технических семинарах РИТОРЭС им.А.С.Попова "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Смоленск, 1992) и "Перспективы развития антекно-фидерной техники и ее элементной базы" (Суздаль, 1992), на международном симпозиуме по распространению волн (ISAP'92, Sapporo, Japan), на генеральной ассамблее URSI (1993, Kyoto, Japan), на IV научно-технической конференции РНТОРЭС им.А.С.Попова "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Вологда, 1994).
Публикации.
Основное содержание диссертации представлено в 11 научных
работах. Список приведен в конце реферата.
ООъем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа, изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 31 страницу рисунков.. Список цитированной литературы содержит 72 наименования.
