Новые методы синтеза и обработки широкополосных сигналов миллиметрового и ИК диапазонов длин волн

• Автор: Турчин, Илья Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1Л. Синтез и обработка широкополосных сигналов в радиолокации

1.2. Синтез и обработка сигнала в оптической когерентной

томографии (ОКТ)

ГЛАВА 2. Оценка параметров рассеяния биологических тканей

по ОКТ-изображениям в приближении плоскослоистой среды

2.1. Введение

2.2. Теоретическая модель ОКТ-сигнала для плоскослоистой среды

2.3. Алгоритм оценки параметров рассеяния биоткани

2.4. Тестирование алгоритма на модельных средах

2.5. Оценка дисперсии восстанавливаемых параметров для однослойной модели

2.6. Оценка параметров рассеяния некоторых биотканей по ОКТ-изображениям, полученным in vivo
2.7. Заключение
ГЛАВА 3. Обработка ОКТ-изображения для определения профиля толщины
однородно рассеивающего объекта
3.1. Введение
3.2. Экспериментальная установка для мониторинга процесса абляции роговицы глаза
3.3. Метод расчета профиля толщины удаленного слоя роговицы
и максимальной глубины абляции
3.4. Методы повышения точности определения глубины абляции
3.4.1. Оптимизация оптической системы
3.4.2. Предварительная фильтрация ОКТ-изображений для уменьшения спекл-шума
3.4.3. Определение максимальной глубины абляции как интегральной характеристики профиля толщины удаленного слоя
3.5. Результаты ехмічо и ш у/уо экспериментов
3.6. Заключение
ГЛАВА 4. Синтез широкополосных сигналов для радиолокации и дальней связи
на основе квазиоптических мультиплексоров
4.1. Введение
4.2. Объединение и разделение сигналов в мультиплексере, образованном цепочкой квазиоптических резонаторов
4.2.1. Кольцевой зеркальный резонатор - элемент мультиплексора
4.2.2. Экспериментальное исследование элемента мультиплексера в виде открытого четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными зеркалами
Ф 4.2.3. Частотные характеристики цепочки кольцевых резонаторов
4.2.4. Особенности работы мультиплексера в различных приложениях
4.3. Метод адаптивной обработки сигнала в радаре с синтезированной полосой частот
4.4. Заключение
Приложение 1. Оценка ковариации и доверительной области восстанавливаемых параметров рассеяния
ф Приложение 2. О частотных характеристиках резонаторов, связанных с
волноводами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы. Данная работа посвящена методам формирования и обработки широкополосных сигналов, обеспечивающим высокое пространственное разрешение при зондировании различных сред. Высокое поперечное разрешение достигается, как правило, сканированием достаточно узкого зондирующего луча, а чтобы обеспечить высокое разрешение по дальности используют либо 1) короткие иемодулированные зондирующие импульсы, либо 2) длинные (вплоть до непрерывного режима) импульсы с широкополосной модуляцией. Для обоих указанных методов минимальный размер продольного разрешения определяется единой формулой Аг»с/25, где 5 есть спектральная ширина сигнала. Этот минимальный размер может быть реализован лишь при адекватной обработке сигнала, отраженного от цели: когда импульс, отраженный от элементарного рефлектора, либо сжимается в приемном устройстве аналоговым способом, либо обрабатывается численно с использованием корреляционной обработки, эквивалентной процедуре сжатия. Эта универсальная техника применима и к звуколокации, и к радиолокации, и к светолокации.
В частности, увеличение мощности у источников электромагнитного излучения нередко сопровождается сужением полосы рабочих частот. Очевидно, что широкополосный сигнал можно синтезировать из нескольких узкополосных разночастотных сигналов. Однако для этого требуются 1) разработка мультиплексора - устройства, позволяющего объединять и разделять разночастотные сигналы, и 2) создание соответствующих методов обработки эхо-сигнала. В настоящей работе решаются обе задачи применительно к диапазону миллиметровых волн. Здесь элементами мультиплексера, объединяющими разночастотные сигналы, могут служить резонаторы квазиоптического типа, в частности, резонаторы с гофрированными зеркалами. Они обладают высокой электропрочностью, что делает их пригодными для работы на высоких уровнях мощности с малыми потерями. Однако излученный широкополосный сигнал, синтезированный из нескольких разночастотных, обладает большой неоднородностью спектральной интенсивности, что сопровождается появлением в
рассеяния Ми (рис. 2.1а). Кривая спадания ОКТ-сигнала с глубиной имеет экспоненциальный закон с наложенной на него функцией фокусировки пучка подсветки. Этот участок позволяет с хорошей точностью оценить показатели полного /4 и обратного /м,рь рассеяния: таблица на рис. 2.5 показывает хорошее соответствие этих параметров с расчетными. Переход на диффузионный режим спада ОКТ-сигнала на данной экспериментальной кривой не наблюдается, т.к. он находится гораздо глубже, и динамический диапазон ОКТ-установки не позволяет его наблюдать. Этот факт не позволяет корректно оценить дисперсию малоугловой части индикатрисы рассеяния (см. следующий раздел). Отметим, что погрешности, приведенные в таблице на рисунке 2.5 являются минимально возможными и не учитывают такие факторы, как неидеальность модели ОКТ-сигнала, отклонение формы пучка подсветки от гауссовой, непостоянность скорости сканирования системы по глубине, приводящая к вариациям ОКТ-сигала, погрешность при калибровке абсолютного значения ОКТ-сигнала и т.д.
1 ' I 1 г
О 400 800 1200
Глубина зондирования г,
Параметры рассеяния /4» 1/см Рь <^>
Оцененные 68±3 0.015±0.003 0.03Ю
Рассчитанные по формуле Ми 70 0.017 0
Рисунок 2.6. Апробация метода на модельной среде, представляющей собой суспензию полистироловых шариков в глицерине. Концентрация рассеивателей: С1 = 1.1*105 мм'3 (4.75 мкм шарики) и С2 = 1.1 * 1010 мм'3 (0.14 мкм шарики). Экспериментальный ОКТ-сигнал (тонкая сплошная кривая) получен путем усреднения в окне, обозначенном на томограмме белой пунктирной линией. Теоретический ОКТ-сигнал (жирная пунктирная линия) построен для оцененных параметров рассеяния.