Введение к работе
Актуальность темы. Метод зондирования электромагнитными им-іульсами принадлежит к числу важнейших методов исследования природной ;реды. Посредством подповерхностного зондирования обнаруживают скрытые в глубине объекты, измеряют толщины подповерхностных слоев, получают структурные и электрические характеристики сред. Локация этим методом может применяться для определения толщины дорожных покрытий и насыпей, местоположения газо- и водопроводных труб, энергетических кабе-ней, нахождения пустот, туннелей, грунтовых вод, использоваться в разведочной геофизике, в дефектоскопии материалов и изделий.
Эффективность работы подповерхностных радаров во многом опреде
ляется алгоритмами и методами обработки информации, заложенными в их
программном обеспечении. Разработка этих алгоритмов и методов, их прак
тическая реализация, исследование и доработка являются актуальными зада
чами. !
Потери и искажения сигналов в днэлеюрических слоях не позволяют існользовать традиционные радиолокационные системы и методы обработки информации для задач подповерхностного зондирования.
Многие известные методы обработки информации при подповерхностном зондировании не позволяют достаточно эффективно решать задачи обнаружения, локализации и идентификации подповерхностных объектов, по-лсольку не учитывают многослойность и диэлектрические свойства слоев :ред. Поэтому методы, нашедшие широкое применение в ряде промышленно выпускаемых подповерхностных радаров и использующиеся для анализа принятой информации, требуют существенной доработки, исследования и развития.
В связи с этим, актуальны задачи разработки методов обработки информации при подповерхностном зондировании, позволяющих эффективно решать задачи обнаружения, локализации и идентификации подповерхностных объектов; ачгоригмизащга и практической реализации этих методов.
Цель работы заключается в разработке и исследовании методов, моделей и алгоритмов обработки информации при подповерхностном зоидиро-аанни, в программной реализации этих моделей и методов.
1 Іаучная новизна работы состоит в следующем:
-
Применительно к задачам подповерхностного зондирования разработана новая математическая модель прохождения и отражения электромагнитных сигналов в слоистых средах с потерями.
-
Разработаны алгоритмы формирования отраженных сигналов от эбъешов в слоистых средах с потерями.
-
Разработано ггрограммное обеспечение, позволяющее моделировать этклик объектов, находящихся в слоистой среде с потерями, на электромагнитные зондирующие сигналы.
-
Разработаны метод и алгоритм синтеза апертуры, учитывающие па раметры слоистой подповерхностной среды и повышающие разрешающун способность подповерхностного радара по продольным координатам.
-
Разработаны метод и алгоритм инверсной фильтрации с ка либровкой аппаратной функции подповерхностного радара по проводящеі сфере, повышающие разрешающую способность по глубине.
-
Разработаны метод л алгоритм нелинейного динамического юзанто вашш сигнала цвеювой гаммой, увеличивающие эффективность отображени информации при подповерхностном зондировании и позволяющие выделят контура подповерхностных слоев и объектов.
-
Разработан программный пакет обработки информации под поверхностного радара, позволяющий локализовывать подповерхностньїі объекты в слоистых средах с потерями, выделять контура подповерхностны: объектов и границ раздела слоев среды.
Практическая ценность работы состоит в том, что на основе разработанных и исследованных в диссертации методов моделей и алгоритмов обработки данных при подповерхностном зондировании, разработан программный пакет обработки геофизических данных "Geo-Data for Windows", используемый для обработки информации, получаемой подповерхностными радарами. Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом ФЦП "Интеграция" Нижегородского государственного технического университета, НИР, ОКР Нижегородского научно-исследовательского приборостроительного института (ННИПИ) "КВАРЦ", НТП "ТЕНЗОР", Правдинского завода радиорелейной аппаратуры (ПЗРА). Разработанное программное и аппарат-нос обеспечение прошло экспериментальную апробацию к нашло практическое применение в 1-ородах: Н. Новгород, Правдинск, Москва, Саратов, Чита.
Достоверность результатов подтверждается адекватностью полученных математических выражений изучаемым физическим процессам, соответствием результатов моделирования реально измеряемым данным, проведенным! экспериментальными исследованиями с последующей статистической обработкой полученной информации.
На защиту выносится
-
Математическая модель прохождения электромагнитных сигналої ь слоистых средах с потерями.
-
Метод повышения точности определения местоположения обьектої но пг.бине ripif подповерхностном зондировании слоистых сред.
-
Метод и алгоритм синтеза апертуры, учитывающие параметрь слоистой подповерхностной среды.
-
Метод и алгоритм инверсной фильтрации с кшшбровкой ал плратной функции подповерхностного радара но проводящей сфере.
-
Метод и алі оригм нелинейного динамігческого квантования сигнал; цветовой гаммой; выделение контуров подповерхностных слоев и объектов.
6 Результаты моделирования отражений сигналов от слоистой среды. 7. Результаты проведенных экспериментальных измерений. 4
Si. Результаты использования разработанного программного обеспече ния подповерхностного радара для решения практических задач.
Апробация работы. Основные научные положения и технические аспекты диссертации были отражены в докладах на Региональной научло-iехннческой конференции "Методы и средства измерений физических величин" ( г. Н. Новгород, 1996 г. ), 1 4-ой Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика" (г. Москва, 1996 г.), Всероссийской конференции "Высокие технологам в радиоэлектронике" (г. Н. Новгород, 1996 г.), Научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности вооружения, военной техники и подготовки специа-ггистов в интересах войск ПВО" (г. Н. Новгород, 1997 г.). Международном конгрессе CITOGIC'98 " Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности энергетики и связи" ( г. Казань, 1998 г.) и опубликованы в работах [1 - 9].
Разработанный на основе диссері анионной работы программный пакет "Geo-Data for Windows" многократно л успешно использовался при проведении полигонных испытаний и реальных измерений различными комплексами подповерхностных радаров.
Публикации Основные аспекты и результаты диссертации опубликованы в 9 работах, из них 5 статей и 4 опубликованных тезисов докладов на научно - технических конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения; содержит 140 стр. машинописного текста, включая библиографию из 75 наименований, 45 рисунков, 12 таблиц, 1 приложение.
