Импульсная сверхширокополосная томография леса

• Автор: Клоков, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Введение

Глава 1. МЕТОДЫ РАДИОВОЛНОВОЙ ТОМОГРАФИИ И ЗОНДИРОВАНИЕ ЛЕСА

1.1. Общая характеристика томографических методов

1.2. Оптические и радиолокационные изображения

1.3. Методы радиотомографии

1.4. Методы анализа задачи радиотомографии

1.5. Импульсный метод

1.6. Сравнение возможностей импульсного и частотного методов

1.7. Особенности реализации импульсного зондирования

1.8. Состояние проблемы зондирования лесов
Глава 2. МАКЕТ ИМПУЛЬСНОГО СВЕРХ ШИРОКОПОЛОСНОГО РАДАРА
2.1. Структурная схема
2.2. Антенны и приемник
2.3. Блок управления
2.4. Характеристики импульса и временное разрешение радара
2.4.1 Формирователь пикосекундных импульсов
2.4.2 Зондирующий импульс
2.5. Диаграмма направленности импульсного СШП радара
2.5.1 Проблема измерения диаграммы направленности
2.5.2 Аналитический сигнал
2.5.3 Экспериментальные результаты
Глава 3. ЛОКАЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЭТАЛОННОГО ЛЕСНОГО МАССИВА ;
3.1. Основные параметры эталонного лиственничного бора
3.2. Результаты калибровки и тестирования
3.3. Радиолокационный отклик отдельного дерева и уголкового отражателя
3.4. Пространственное разрешение вдоль трассы
3.5. Существующие механизмы ослабления волн в лесу
Глава 4. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ
4.1. Многоракурсное зондирование лесного полога
4.2. Коррекция эффекта ослабления
4.3. Согласованная фильтрация во временной области
4.4. Деконволюция угловых измерений
4.5. Пространственное распределение поля и метод синтезирования апертуры
Заключение
Литература
ПРИЛОЖЕНИЕ А

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СОМ - порт — последовательный порт электронно-вычислительной машины LPT - порт - параллельный порт электронно-вычислительной машины RVoG - модель случайного слоя на земной поверхности SAR - synthetic-apertore radar, радиолокационная станция с синтезированной апертурой АГ - автогенератор
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
ВИ - возбуждающий импульс
ВЧ - высокие частоты
ДН - диаграмма направленности
ЗИ - зондирующий импульс
ИФ - импульс формирователя
КНД - коэффициент направленного действия
НЧ - низкие частоты
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, оперативная память РЛС — радиолокационная станция
РСА - радиолокационная станция с синтезированной апертурой СВЧ - сверхвысокие частоты
СШП (излучение) — сверхширокополосное (излучение)
У О - уголковый отражатель
ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Введение
Актуальность
Бореальные леса Сибири и Канады более чем на столетия связывают и аккумулируют в себе атмосферный углерод. При современном состоянии технического прогресса сохранение этого природного механизма углеродного цикла очень важно для обеспечения жизни на планете [1-6]. По масштабу задачи решение проблемы сбережения лесов и рациональное использование лесных ресурсов связано с применением аэрокосмических информационных технологий. Наиболее перспективны радиотехнические системы космического базирования микроволнового диапазона, они всепогодны, обладают высоким разрешением и высокопроизводительны. Но для адекватной оценки состояния лесных массивов необходимо установить однозначное соответствие между результатами традиционных методов измерений параметров лесных массивов, с одной стороны, и наземными, подспутниковыми радиофизическими измерениями, с другой стороны [7-9].
Леса покрывают одну треть поверхности суши, в них содержится 65 % прироста биомассы и 90 % её общей массы. Сосновые, лиственничные и кедровые боры Сибири зреют около 80 лет, при этом каждое дерево полтора столетия связывает и аккумулирует в себе атмосферный углерод. Таким образом, леса являются основным аккумулятором углерода, представляющего основу жизни на Земле [3].
Лесные массивы полупрозрачны для электромагнитных излучений только в микроволновой области Р, Ь, Б, С, X, /-диапазонах (0,23-И8 ГГц), в этой области спектра объём леса даёт значимый (измеряемый) отклик на
нелинейных и нестационарных объектов, кроме случаев, когда удаётся применить методы линеаризации. В связи с этим значительный интерес представляет временной метод, при котором в качестве зондирующих сигналов используются короткие электромагнитные импульсы.
1.7. Особенности реализации импульсного зондирования
Пикосекуидные (сверхширокополосные) импульсы формируются обычно в направленных линиях. В антеннах-облучателях эти импульсы преобразуются в электромагнитные импульсы, распространяющиеся в свободном пространстве. Облучатели без заметных искажений передающие спектр пикосекундного импульса, как правило, имеют широкую диаграмму направленности. Чтобы улучшить пространственное разрешение зондирующего пучка в поперечном направлении при зондировании на длинных трассах, такие облучатели применяются в сочетании с апертурными (зеркальными) антеннами [58].
Основные свойства апертурных антенн справедливы для длин волн меньших диаметра апертуры, это определяет нижнюю границу спектрального диапазона томографа. Верхняя частота также ограничена принципиально условиями распространения излучения в атмосфере на трассах около 100 метров частотой 18 ГГц.
Объёмная плотность лесного массива очень мала, поэтому в диапазоне от 0.25 до 18 ГГц, в локационном отклике присутствует в основном сигналы, отражённые от таких сосредоточенных неоднородностей, как стволы деревьев и становые ветви. Это позволят локализировать отдельные деревья в локационном сигнале и сделать предварительные оценки о положении