Теоретическое и экспериментальное исследование задачи радиозондирования в поглощающих средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РГб од

') 2 На правах рукописи

УДК 537.8; 621.396

КОРНЕВ ВЛАДИМИР ЕВГЕНЬЕВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАДАЧИ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ

01.04.03 - радиофизика АВТОРЕФЕРЕАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 1995

г

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени физико-техническом институте.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

ЛВДАНСКИИ С.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, ИЛЬИН Ю.А.

кандидат физико математических наук ПОГОДИН Г.К.

Ведущая организация: Московский Энергетический Институт.

Защита состоится " Я" 1995 г. в (О часов на засе-

дании Специализированного совета К 063.91.02 Московского физико-технического института по адресу: 141700, г.Долгопрудный Московской обл., Институтский пер., 9.

Отзывы направлять по адресу: 141700, г.Долгопрудный Московской обл., Институтский пер., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ. Автореферат разослан " 6 " 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

С.М.Коршунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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-рушащее получение информации о структуре среда и посторонних объектах, присутствующих в ней. Необходимость в такой информации возникает в геологии (цели - слои и структуры грунта, горизонты вода, залегание полезных ископаемых), архелогии (орудия труда, окаменелости, пустоты), строительстве (слои вечной мерзлота, 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.локирования, 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 них влияющих: -исследование частотных характеристики« щелевых антенн георадиолокатора и выбор параметров, обеспечивающих наибольшую вирокополосность;

-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 Ьказаться полезным при расчете характеристик антенн, применяемых для

подповерхностной радиолокации.

Результаты 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 делении составлящих 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:

1. Расчет и экспериментальное исследование величины и задержки сигнала начальной развязки между щелевыми антеннами георадиолокатора .

2. Результаты исследования влияния различите факторов на частотные характеристики щелевых антенн: изменение формы щелей, вытягиваете щелей в Е- и Н-плоскостях, шунтирование фланца и точек" питания, применение разных антенн для достижения наибольшей широкополосности антенной системы.

3. 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 антенно-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

б

работах. Список приведен в конце реферата. Объем 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована'актульность работы,, ее цель, новизна и основные положения, выносимые на защиту. Кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе проведен обзор литературы, посвященной вопросам подповерхностной радиолокации, обсуждаются ее основные особенности и проблемы, основные схемы современных локаторов, состав аппаратуры, виды применяемых антенн, методы и приемы получения и обработки сигналов, рассмотрены их достоинства и недостатки.

Во второй главе рассматриваются математические методы решения электродинамической задачи об антенной системе георадиолокатора на плоской поверхности раздела сред. Приведена постановка задачи расчета щелевых и вибраторных антенн в методе векторного потенциала и сведение к системе линейных алгебраических уравнений при решении проекционно-сеточными методами для двух случаев: с неизвестными магнитными токами и граничным условием

Ег = 0 и неизвестными электрическими токами и граничным условием Нт = 0. Второй случай требует для решения больших вычислительных затрат, однако он более физичен, так как при определении полей внутри среды с большим е сама поверхность раздела сред в первом приближении будет мзгнитопроводящей, и, видимо, вследствие этого он быстрее сходится.

Проанализированы наиболее часто используемые базисные функции. Показано, что расчет щелевой антенны с фланцем с граничным условием Нх = О кусочно-постоянными базисными функциями дает ошибочные результаты: при уменьшении частоты мнимая часть импеданса уходит в бесконечность, что характерно для вибраторных антенн. Это происходит, очевидно оттого, что решение ищется в заведомо разрывном виде, так что нет замыкания электрических токов на фланце антенны.

Лучше описывают физику Оазисные "функции-крышки" представ-лявдие собой кусочно-линейную функцию Куранта в направлении течения тока, например магнитного, и кусочно-постоянную функцию в перпендикулярном направлении, так как ток должен быть непрерывен в направлении своего течения, а в перпендикулярном может иметь разрывы. Для такой Оазисной функции г! + .1:

1 - О < х < ¿а; у < ^ (1}

0 остальные х, у.

Магнитное поле, наводимое таким элементом тока в точке М

с координатами (хм, ум), находящейся в плоскости течения тока, ¿ь

J™(X,y)

lueA!

m А 1 1 г fe

lier

; fV- - ^V f ТГ- W <2>

-daJ

"x Щ 4 ic aa

db

~г *

имеет особенность: составляющая H* вблизи отрезков (0;(-|^))и (da;(векторный потенциал в члене IweA™ в (2) выражается сходящимся несобственным интегралом) стремится к бесконечности пропорционально минус первой степени расстояния по х до этих отрезков. Эта особенность может быть устранена при решении выбором пробной функции

f 1 - р < х' з ЙЗ; у' - О Ф <= . (3)

3 I О остальные х', у'

состоящей в интегрировании наведенного базисной функцией поля по отрезку, соединяющему центры элементарных сеточных площадок, относящихся к данному дискретному элементу с номером J.

Приводятся расчетные резонансные кривые щелевых антенн с прямоугольными щелями в зависимости от длины волны при различных размерах фланца в Б- и Н-плоскостях, проведено сравнения решений, полученных различными методами.

В третьей главе исследованы начальная развязка и полоса пропускания системы из двух щелевых антенн георадиолокатора.

Изучение начальной развязки актуально по следующим причинам: в стробоскопическом времени задержки полезных сигналов возможно отсчитывать только по отношению к сигналу прямого прохождения между аптеннама; сам этот сигнал кэ является полезным сигналом, выделение других отражений на его фоне затруднительно, поэтому его конечная длительность определяет

"слепую зону" локатора; при уменьшении его амплитуды, динамический диапазон осциллограммы сожмется, и можно, увеличив усиление, принимать отражения с больших глубин.

Рассмотрены системы из двух щелей размером 28.5 х 5.7 см, ориентированных в Н-плоскости по отношению друг к другу и находящихся на границе раздела сред с диэлектрическими проницае-мостями е, » 4 и £g = 1 для двух случаев: щели прорезаны в бесконечном электропроводящем экране или имеют фланцы размером 0.4 х 0.4 м. Связь между щелями исследовалась на 256 частотах в диапазоне от 0 до 770 МГц. Расчет велся с базисными функциями (1 ) и пробными функциями (3). Приводятся кривые связи. Для щелей без фланцев связь сильная только влизи первого резонанса 280 МГц, на остальных частотах взаимодействие небольшое. Добротность системы из двух щелей в этом случае составляет Q = 3.5. При решении задачи о щелях с фланцами вокруг каждой антенны обводились окна кольцевой формы, на которых потребовано выполнение условия непрерывности Е^, вся остальная граница раздела сред полагалась идеально магнитопроводящей. Исследована сходимость решения в зависимости от размера окон и мелкости дискретного разбиения. Максимум связи обусловлен по-прежнему первым резонансом щелей и достигается на той же частоте 280 МГц. По абсолютной величине антенны взаимодействуют сильнее, чем щели,, добротность системы из двух антенн с фланцами упала до Q = 1.96. Резонанс фланца проявляется в виде локального максимума связи на частоте около 150 МГц. Рассчитано прохождение импульса через такие системы. Задержка наведенного импульса по отношению к питающему для плоских антенн определяется по формуле хд - (Уё + 1), где dant - расстояние между центрами антенн.

Экспериментально исследовалась задержка импульса развязки между битреугольными щелевыми антеннами с резонаторами в виде короткозамкнутого отрезка прямоугольного волновода для уменьшения излучения в верхнее полупространство. Опытным путем выяснено, что первый всплеск сигнала прямого прохождения для таких антенн обусловлен волной, идущей через воздух и принятой наружной боковой стенкой резонатора, и его задержку следует вычислять по формуле

%в « з (dant - df + ^ dl) , (4)

где dl - размер фланца антенны, то есть но фланцам антенн сиг-

нал распространяется как поверхностная волна, а между антеннами имеется предвестник, дошедший по воздуху.

Исследовалась зависимость входного сопротивления антенны от формы щели, а также от отношения линейных размеров раскрыва в Е- и Н-плоскосгях с целью лучшего согласования с грунтом. Антенна моделировалась щелью в бесконечно протяженном идеально электропроводящем экране с односторонним излучением в среду с диэлектрической проницаемостью е « 4. Форма дели - треугольная, в виде двух симметричных парабол с общей вершиной в точка питания и различной ориентацией параболических прорезей по отношению к питающему электрическому полю. Линейные размеры антенн изменялись в диапазоне от b = 0.3 м в плоскости вектора Е и а = О.б м в плоскости вектора Н до b ■ 0.45 м и а «« 0.3 м соответственно. Сходимость исследовалась при разбиениях щели 8x8, 12x12, 16x16 и 18x18 для нескольких длин волн. Изменение отношения линейных размеров щелей достигалось изменением размеров дискретов при неизменном разбиении. Допустимое вытягивание дискрета при этом составляет 1.5 - 2.0.

Приведены расчетные резонансные кривые и частотные характеристики щелевых антенн для различных форм и размеров щели. АЧХ щелевых антенн имеют острый добротный максимум, обусловленный первым резонансом щелей. Очевидно, что при возбуждении коротким видеоимпульсом, антенны на этой частоте будут "звенеть", что усложнит обработку сигналов и снизит разрешающую способность локатора. Изменением относительных линейных размеров раскрыва щелевой антенны, а также форлы щели удается существенно влиять на входной импеданс антенны и ее резонансную частоту, но подавить острый максимум АЧХ не удается, следовательно, необходимо вводить в антешш резистивные элементы, что приводит к снижению КПД, но "звон" удается устранить.

Введение активного сопротивления в точку питания передающей антешш не изменяет форму частотной характеристики системы из двух антенн и бывает нужно для гашения "звона" генератора, если он располагается непосредственно на передающей антенне.

При шунтирования антенн по краям фланца удается найти номинал сопротивлений, при котором импеданс щелевой антенны постоянен на частотах ниже первого резонанса, а острый максимум АЧХ подавлен, однако лучший результат дает включение активного сопротивления на выход приемной антенны. Приведены частотные

характеристики антенн с различными нагрузками и показано, что входное сопротивление усилителя и номинал шунта нужно выбирать так, чтобы.в конечном итоге выход приемной антенны оказался нагружен на активное сопротивление 300 - 500 Ом - при этом частотная характеристика антенн оказывается наилучшей.

Методом собственных волн как короткозамкнутый отрезок квадратного волновода рассчитывался резонатор антенны. Показано, что наличие такого резонатора при ненагруженной приемной антенне не устраняет выброс на частотной характеристике.

Для выправления спада частотной характеристики одной из антенн за счет подъема у другой благодаря линейности входа приемника геолокаторе исследовано применение на передаче и на приеме разных антенн. Приводятся расчетные частотные характе- • ристики, и оказалось, что лучшие результаты дает применение щелевых антенн с отношением размеров приемной и передающей 1.4 - 1.6. Показано, что это не противоречит принципу взаимности. Ширина полосы пропускания двух антенн размером 9x9 см на передаче и 13x13 см на приеме по уровню 0.5 по полю составляет 1 ГГц при нижней грашгшой частоте 230 МГц.

В частотной области решена задача о прохождении импульса через антенную систему. Показано, что для пары идентичных де-левых антенн с нагрузкой приемной 50 Ом импульс имеет четыре характерных полуколебания, с нагрузкой 300 - 500 Ом - три, а для пары разных с отношением размеров 1.6 и нагрузкой 500 Ом -два и третье незначительное.

Приведено сравнение расчетных данных с экспериментальными результатами.

В четвертой главе предложен новый прямой алгоритм обработки сигналов видеоимпульсного георадиолокатора, состоящий из двух частей: на первом этапе производится выделение на осциллограммах полезных сигналов, отраженных от объектов, покомпонентным делением составляющих спектра исходного сигнала на составляющие спектра импульсной характеристики сквозного тракта локатора и слоя лоцируемого грунта, а на втором - синтез апертуры по слоям в глубину и определение местоположения обнаруженных объектов по выделенным отраженным сигналам.

Сигнал прямого прохождения между приемной и передающей антеннами не является полезным сигналом и для дальнейшей обра-

Оотки после определения его задержки и амплитуда должен быть устранен с осциллограммы. Предлагается определять его задержку и амплитуду как дающие минимум функционалу

1а 2

<И -тЛ (3<t) " V^-V) • <5)

io

где s(t) - наперед заданная (полученная например суммированием всех осциллограмм серии или как наиболее характерная) форма сигнала прямого прохождения; x(t) - исследуемый рабочий сигнал, tg -задержка, а as - амплитуда сигнала прямого прохождения на•осциллограмме, 10 и Is - пределы наиболее характерных осцилляций s(t). t находится, например, методом деления отрезка пополам, точность определения л может быть не выше 0.01 дискрета стробоскопического времени, а при известном tg амплитуда ад, дающая минимум квадратичного функционала

Ф1, определяется из уравнения = 0. При вычисленных таким

в

образом а3 и ig норма невязки после вычитания сигнала прямого прохождения из осциллограммы окажется минимальной.

Далее обработка исходного сигнала ведется в частотной области. Быстрым преобразованием Фурье сигнал раскладывается в спектр, и для каждой дискретной частоты производится деление составляющих спектра исследуемого сигнала на спектр импульсной характеристики и умножение на составляющие спектра ö-функции. Обратным БПФ сигнал возвращается во временную область, и в тех местах осциллограммы, где был полезный сигнал от лоцируемых объектов, повторяющий форму импульсной характеристики, окажутся с-всплески с амплитудой, которую имел полезный сигнал. Если отраженный от объекта сигнал отличается по форме от импульсной характеристики, то после описанного преобразования спектра на осциллограмме окажется импульсный отклик этого объекта на б-функцию, состоящий, из одной или нескольких дополнительных осцилляций существенно меньшей амплитуды.

В качестве 5-функции использовалась функция вида

ö(i) = süK^ tj), (6)

где loh - задаваемый параметр, равный характерному полупериоду колебания импульсной характеристики. Такая функция имеет скорость спадания спектра в области высоких частот, близкую к скорости спадания спектра импульсной характеристики, таким образом, при преобразовании спектра исследуемого сигнала описан-

ным выше способом не произойдет деление на ноль, и высочастот-ные шумы будут подавлены.

Разрешающая способность по глубине определяется в конечном счете длиной импульсной характеристики локатора, а точнее -шириной полупериода ее характерного колебания, поэтому б-функция вида (6) является оптимальной еще и с точки зрения разрешающей способности по глубине. Алгоритм является прямым, амплитуды и задержки отраженных сигналов после преобразования спектра получаются автоматически в виде (б) в соответствии с амплитудами и задержками исходных сигналов на осциллограмме. Время обработки одной осциллограммы определяется временем одного прямого и одного обратного быстрого преобразования Фурье.

Описанная в диссертационной работе попытка решения задачи обнаружения объектов по сигналам, записанным с поверхности, методами вычислительной математики сталкивается с серьезными трудностями, поэтому предложен простой, но эффективный метод обнаружения объектов по выделенным полезным сигналам вида (6). основанный на определении координат локальных неоднородностей по отраженному сигналу в случае, когда антенны находились непосредственно над объектом, давшим отражение, и вычитании расчетного сигнала от обнаруженного таким образом объекта из остальных осциллограмм для поиска следующей неоднородности.

Исследуемая среда разбивается в глубину на слои толщиной, соответствующей ширине по основанию полезного сигнала (loh дискретов). Для текущего слоя находится максимум интегральной (усредненной на длине loh) амплитуды и трактуется как сигнал над объектом. Затем анализируется возможное смещение объекта в глубину в сторону следующего слоя, а также в сторону одной из соседних осциллограмм, так как объект может располагаться в грунте не точно на условной границе слоя по глубине и не точно под местом записи осциллограммы. Для каждой из соседних осциллограмм вычисляются расчетные наводки вида (6) от выделенного, объекта с учетом диаграммы направленности антенн, сферической расходимости, затухания в грунте и амплитуды отражения, а затем, если объект был локальным и от него на соседних осциллограммах навелись сигналы, расположенные по гиперболе, вычитаются из соседних осциллограмм с соответствующей задержкой, обеспечивая устранение атого "гипербольного следа" для поиска в пределах текущего слоя по глубине следующего объекта. Если

максимальный сигнал наведен не локальным (занимающим не Солее первой зоны Френеля) объектом, а протяженным (слой, разлом и т.п.), или выбросом коррелированного шума значительной амплитуды, "гипербольный след" от объекта на карте отражений отсутствует, вычитания его в этом случае не производится, а поперечной координатой объекта считается положение антенн, в котором была записана данная осциллограмма.

После этого в пределах текущего слоя производится поиск следующего максимума амплитуды. Если этот максимум больше некоторого порога, то описанным выше образом производится определение координат, амплитуды и вида очередного объекта, а если меньше порога - переход на следующий слой, и так до последнего • слоя по глубине до конца развертки осциллограмм. Так как след от локальных объектов вычитается, описанный алгоритм обеспечивает правдивую информацию о целях в зоне локации.

Описанный алгоритм чувствителен к правильному выбору параметров (диэлектрическая проницаемость, расстояние между антеннами и т.д.), ошибки в их задании особенно при наличии локальных объектов могут привести к неправильному определению координат и амплитуды и появлению ложных целей. Чтобы точно определять координаты объекта, а также амплитуду отражения от него и диэлектрическую проницаемость предлагается тестовый вариационной способ определения параметров по семейству сигналов от локального объекта, основанный на минимизации функционала

~ £ ; ^о^-кх^)) - аопб(г-х0(хп))|2<1г. (?)

где п - номера серии осциллограмм с характерным "гилерболышм следом" от локального объекта, а^ - реальные, а аоп - расчетные амплитуды отраженного в п-том положении антенн сигнала, Кх^ и ^(Хд) - реальные и расчетные задержки, а б(г) -функция (6). Функционал (7) минимизируется численно путем приравнивания к нулю первой вариации 6Ф4(с1е' ,(1х0,с1)г0,с1а01с1е"), где х0. Ъ0, а0 - неизвестные горизонтальное положение, глубина и амплитуда отражения от объекта соответственно. Данный метод определения параметров грунта хорош также тем, что дает средние значения е' и е" по глубине от О до 1г0 и по горизонтальной координате с увеличением веса вблизи х0, а также тем, что простым добавлением координаты у переносится на объемные задачи, в экспериментах метод давал правдоподобные

значения 6 для различных сред от влажного песка до пресной вода с погрешностью 3-7%, вполне достаточной для обработки. ; При достаточной взаимной независимости записей сигналов

' разрешающая способность по направлению не хуже расстояния меж-

ду соседними положениями антенн при любой глубине (или понижается шумами) за счет того, что обработка ведется по слоям, и объекты сравниваются между собой только в пределах текущего слоя. Разрешение по глубине при этом не хуже ширины слоя по глубине, определяемой параметром loh, который в свою очередь наюдится в соответствии с частотной характеристикой локатора и слоя грунта. Малое время обработки позволяет без изменений применять описанный алгоритм не только при линейном, перемещении антенн, во я ори объемном сканировании.

В диссертационной работе описаны эксперименты и приведены результаты обработки реальных сигналов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Предложена модель расчета щелевых антенн георадиолокатора на поверхности раздела сред в методе векторного потенциала с | граничным условием: ■ 0 при решении проекционно-сеточными

методами, а также вид получаемой матрицы системы. Вычислены наводки в точке наблюдения от наиболее эффективных базисных функций, аппроксимирующих электрические или магнитные токи. ? Рассмотрено влияние фланца щелевой антенны на ее импеданс,

t приведен пример, в котором использование метода поточечной

I коллокации для подобных задач приводит к ошибкам.

; 2. Исследована начальная развязка в системе "передающая - при-

емная антенны", рассчитано прохождение импульса. Экспериментально показано, что для антенн с резонатором конечной высоты первые осцилляции сигнала развязки приходят в приемную антенну ; по воздуху.

3. Расчетным путем показано, что частотные характеристики щелевых антенн имеют обусловленный первым резонансом щелей острый максимум, который не удается подавить изменением формы или линейных размеров щелей. Наиболее эффективно этот максимум подавляется включением активной нагрузки номиналом 300 - 500 Ом на вход приемной антенны. Исследовано применение щелевых антенн разного размера для расширения суммарной частотной полосы и показано, что наиболее эффективной является пара с отношени-

ем размеров приемной и передающей антенн 1.4 - 1.6. Рассчитано прохождение импульса, который близок по форме и длительности к реальной импульсной характеристике.

4. Предложен и реализован метод обработки сигналов видеоимпульсного геолокатора, основанный на выделении отраженных от объектов сигналов покомпонентным делением спектров исходных осциллограмм на спектр импульсной характеристики локатора и определении координат и относительного контраста диэлектрической проницаемости лоцируемых целей синтезированием апертуры по слоям от поверхности в глубину. Реализован тестовый алгоритм определения параметров лоцируемой среди по серии отражений от единичного локального объекта. Продемонстрирована эффективность метода при обработке реальных сигналов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лещанский Ю., Корнев В., Митинский С., Дручинин С. Программная система выделения сигналов от локальных неодно-родностей. Гос. фонд алгоритмов и программ РФ. Деп. в ВИНИТИ. N 142 - М89.

2. Лещанский Ю., Бородин А., Корнев В. Принципы электродинамики и метод собственных волн. (Текст лекций). М., МФТИ, 1990 Г.

3. Бородин А., Дручинин С., Корнев В., Лещанский Ю., Подшибя-кин Н. Испытания геолокатора при проходке тоннелей метро. Тез. докл. н.-т. семин. "Распространение и дифракция радиоволн в неоднородных средах". РНТОРЭС им.Попова, г.Смоленск. 1992 г.

4. Корнев В., Лещанский Ю., Онищенко Л. Взаимное влияние излучающих устройств. Междувед.сб. "Дифракция и распространение электромагнитных и акустических волн". М., МФТИ. 1992 г.

5. Kornev V., Leshchansky J. The Coupling between Two Horns with Square Apertures on Comnon Metallic Flange. Proceedings of the 1992 International Symposium on Antennas and Propagation. Sapporo, Japan, 7.1, pp.277.

6. Druchlnln S., Kornev V., Leshchansky J., Petrin A., Pod-shibjakln N. A Slot Antenna for the Subsurface Radar. XXIV Generlal Assembly of the URSI, Kyoto, Japan 1993, .

АЬзггаШа, р.258,

7. Корнев В., Лещанский Ю. Связь между щелевыми антеннами на поверхности раздела сред. Влияние формы щелевой антенны на ее параметры// Прикладные задачи аэромеханики и геокосмической физики. Мевдувед.сб.МФТИ. м. 1993, с. 110.

8. Корнев В., Лещанский Ю. Исследование частотных характеристик щелевых антенн. Междувед.сб. "Дифракция и распространение электромагнитных волн". М., МФТИ. 1993 г.

9. Корнев В.. Лещанский Ю. Метода решения задачи об антенне на плоской границе раздела сред, МФТИ, М., 1994. Деп. в ВИНИТИ 20.04.94 N 978-В94.

10. Корнев В,, Лещанский Ю. Разработка внтевн к радиолокатору для исследования сыпучих сред. МФТИ, М., 1994. Деп. в ВИНИТИ 20.04.94 N 979-В94.

11. Корнев В., Лещанский Ю. Исследование антенной системы для подповерхностной радиолокации/ Докл. на междун. н.-т. конф. "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах"/ М. .1994, с.55.

Бумага писчая N1. Печать Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 Ротапринт МФТИ. 141700, г. Институтский пер., 9

офсетная. Усл. печ. л. 1.0. экз. Заказ N У У/7. Бесплатно. Долгопрудный, Московская обл!,