Повышение разрешающей способности волновой диагностики неоднородной плазмы при помощи пространственной обработки поля

• Автор: Книжин, Сергей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 96 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Методы описания полей в неоднородных средах

1.1. Метод геометрической оптики

1.2. Приближение Борна

1.3. Приближение Рытова

1.4. Приближение фазового экрана

1.5. Метод Маслова и метод интерференционного интеграла

1.6. Двойное взвешенное Фурье преобразование

1.7. Выводы
Глава 2. Повышение разрешающей способности при диагностике неоднородной плазмы
2.1. Диагностика неоднородных сред
2.2. Однократное преобразование Френеля
2.3. Инверсия поля на основе ДВФП
2.4. Применение пространственной обработки поля ДВФП в условиях сильных и
слабых вариаций фазы
2.5 Результаты численного моделирования: случай слабых вариаций фазы
2.6.Результаты численного моделирования: случай сильных вариаций фазы
2.7 Результаты численного моделирования при дискретном распределении элементов приемо-передающей системы
2.8. Выводы
Глава 3. Устранение влияния многолучевости при распространении сигнала в плавно неоднородной среде
3.1. Многолучевость в неоднородной среде
3.2. Результаты численного моделирования
3.3. Выводы
Глава 4. Пространственная обработка поля по плоскости приема
4.1. Исследование ионосферы Земли
4.2. Метод ДВФП для удаленной неоднородности
4.3. Результаты численного моделирования в условиях слабых вариаций фазы
4.4. Результаты численного моделирования в условиях сильных вариаций фазы
4.5. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Диагностика неоднородной плазмы радиофизическими методами является одной из важнейших и актуальных проблем современной физики. Особый интерес представляют исследования околоземной (ионосферной) и лабораторной плазмы [1-5]. Изучение процессов, протекающих в данных неоднородных средах, необходимо для решения широкого круга радиофизических задач, таких как глобальное позиционирование при помощи навигационных спутниковых систем, передача радиосигналов на дальние расстояния, геофизический мониторинг, радиолокационные исследования ближнего космоса с Земли, диагностика лабораторной плазмы при помощи радиоволнового излучения и др.
Как известно, электромагнитные волны при распространении через неоднородную плазму подвержены таким явлениям, как многолучевость, дифракция и рефракция [7-8]. Эти факторы способны затруднять поиск решения прямой и обратной задач распространения радиоволн в неоднородных средах [9-11], потому что в качестве методов решения волнового уравнения обычно используют асимптотические методы [12-16], не всегда учитывающие те или иные условия распространения волн в среде.
При диагностике неоднородной плазмы по данным о радиосигнале, определяются ее физические характеристики: электронная концентрация, частота соударений частиц и т.д. [11, 17]. Тип диагностики напрямую зависит от схемы измерений, задаваемой приемо-передающей системой, методов решения обратной задачи, а также математических методов, определяемых асимптотическим решением волнового уравнения. Существует множество технических средств, используемых в исследованиях неоднородной плазмы, например, для диагностики ионосферы применяют искусственные спутники Земли, на борту которых находятся радиоволновые передатчики [11, 17-25]. Наибольший интерес в настоящее время представляют такие спутниковые методы диагностики околоземной плазмы, как

ГЛАВА 2. ПОВЫШЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ НЕОДНОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
2.1. Диагностика неоднородных сред
Часто при решении обратных задач распространения радиоволн в неоднородных средах приходиться использовать томографические подходы [11, 49-57]. Как известно в томографии исследуются внутренние структуры неоднородных объектов посредством их многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях. Наиболее развитыми являются методы вычислительной или компьютерной томографии, применяемые при диагностике неоднородных сред с различными видами зондирующего излучения [11,49-57].
Первые работы по томографии связаны с открытием в 1895 г. рентгеновских лучей [58]. Изображения костных тканей, получаемые по одному из срезов методами рентгенографии, не давали полной информации о состоянии структуры исследуемого объекта, поэтому было предложено использовать специальную математическую обработку проекционных данных, которая позволила бы получать значения плотностей тканей для различных сечений [58-59]. Большой вклад в развитие математического аппарата для методов реконструктивной томографии внес Радон. Предложенное им в 1917 г. преобразование, устанавливало связь между поглощением рентгеновского излучения и плотностью просвечиваемой ткани по одному лучу [58]. Обратное же преобразование Радона позволяло восстанавливать характеристики неоднородных объектов по набору томографических измерений.
Первый серийный томограф появился в 1972 г., его разработал британский инженер Хаунсвилд. Томографы первого поколения имели лишь одну рентгеновскую трубку и один детектор, которые синхронно передвигались вдоль рамы. После полного сканирования объекта в одном сечении, рама поворачивалась на один градус и измерения повторялись. Зачем полученные данные обрабатывались