Введение к работе
Актуальность темы.
При ультразвуковом зондировании материалов и объектов со сложной неоднородной структурой, таких, как полимерные композиционные материалы, бетоны, некоторые виды чугуна, серьезной помехой при выделении сигнала и измерении его характеристик является так называемый структурный шум, возникающий при отражении зондирующего сигнала от неоднородно-стей объекта
Сложность выделения полезного, то есть отраженного от Дефекта или задней границы объекта, сигнала на фоне структурного шума обусловлена следующими обстоятельствами
Каждая составляющая структурного шума - это результат отражения зондирующего сигнала от локальной неоднородности, которая практически повторяет по форме зондирующий сигнал Поэтому структурный шум оказывается сильно коррелированным с зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от дефекта, его спектр почти совпадает со спектром «полезного» сигнала Поэтому применение частотных фильтров для выделения сигнала из структурного шума оказывается неэффективным, эта задача может быть решена только с помощью пространственно-временной обработки сигналов
В отличие от шума приемной усилительной аппаратуры, который условно можно считать белым, структурный шум не ослабляется ни при согласованной фильтрации, ни при многократном зондировании объекта из одного и того же положения Поэтому в процессе обработки сигнала при зондировании материалов обычно «белый» шум аппаратуры удается значительно ослабить, и структурный шум становиться преобладающим
Теория и методы пространственно-временной обработки сигналов в настоящее время достаточно хорошо разработаны, для ее реализации нужно знать корреляционную матрицу помех Однако статистические характеристики структурного шума практически не исследованы, практически ничего
не известно о корреляционных характеристиках структурного шума и особенно о взаимно корреляционных функциях структурного шума на соседних приемных элементах
Цель работы
Основной целью работы является разработка эффективных алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов для задач ультразвуковой дефектоскопии материалов и объектов со сложной неоднородной структурой, позволяющих выделить сигнал из структурного шума Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи'
-
Определение корреляционной матрицы структурного шума путем построения теоретической модели и экспериментальной проверки
-
Разработка эффективного алгоритма пространственно-временной обработки сигналов, учитывающего корреляционные характеристики структурного шума
-
Математическое моделирование алгоритма пространственно-временной обработки сигналов и его экспериментальная проверка
Решению этих задач и посвящена данная работа
Методы исследования.
При выполнении работы использовались методы теории вероятностей, матричного анализа Для проверки достоверности теоретических результатов использовались методы математического моделирования и эксперименты, проводимые на рештьных образцах мелкозернистого материала
Научная новизна.
1 Изучены статистические характеристики структурного шума, возникающего при ультразвуковой дефектоскопии изделий с неоднородной структурой Обнаружено и экспериментально подтверждено существование
отрицательной взаимной корреляции реализации структурного шума на соседних приемных элементах
-
Разработан метод математического моделирования структурного шума с заданными статистическими характеристиками, в том числе с заданной взаимно корреляционной функцией соседних реализаций структурного шума
-
Разработана методика построения оптимального алгоритма пространственно-временной обработки сигнала в присутствии структурного шума
-
Осуществлено математическое моделирование оптимального алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с учетом корреляционных характеристик структурного шума
-
Разработан эффективный квазиоптимальный алгоритм обработки сигналов, учитывающий характер взаимной корреляции реализаций структурного шума
Основные практические результаты.
1. Разработана компьютерная программа моделирования структурного шума с заданными статистическими характеристиками
-
Разработан и реализован оптимальный алгоритм пространственно-временной обработки сигналов в присутствии структурного шума с заданными корреляционными свойствами
-
Разработан и реализован эффективный квазиоптимальный алгоритм пространственно-временной обработки сигналов в присутствии структурного шума
-
Разработаны практические рекомендации по выбору расстояния между приемными антенными элементами, их диаграммы направленности, обеспечивающие наиболее эффективное выделение сигнала из структурного шума
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Статистические характеристики структурного шума, возникающего при ультразвуковом зондировании материалов и объектов с неоднородной структурой Характер взаимно корреляционных функций реализаций структурного шума на соседних приемных элементах Наличие отрицательной взаимной корреляции реализаций структурного шума
-
Алгоритмы оптимальной и квазиоптимальной пространственно-временной обработки сигналов, учитывающие характер взаимно корреляционных свойств структурного шума
-
Метод математического моделирования структурною шума с заданными статистическими характеристиками, з том числе с заданными взаимно корреляционными свойствами
-
Рекомендации по практической реализации пространственно-временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии материалов с неоднородной структурой
Публикация результатов.
По теме работы было опубликовано 6 печатных работ 3 статьи в научных журналах( 2 - в журналах из перечня ВАК), 3 - в сборниках тезисов докладов на международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (МЭИ, 2004, 2005,2007г
Использование результатов работы.
Результаты работы были использованы в учебном процессе и при выполнении НИР на кафедре электронных приборов МЭИ
Объём и структура работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка читерату-ры и 2 приложений Объем работы 117 листов, включая 75 рисунков
