Разработка информационного обеспечения и исследование фазовой компоненты электромагнитной волны для контроля и диагностирования свойств объектов

• Автор: Никонов, Василий Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 205 с. : ил.

РЕФЕРАТ

Диссертационная работа 203 с., 31 рис., 17 табл., 113 источников, 2 прил.

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, ФАЗОВАЯ СИСТЕМА,

РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ИНТРОСКОПИЯ, ЗОНДИРОВАНИЕ,

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, СПЕКТР СИГНАЛА,

АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ, РАСПОЗНАВАНИЕ ОБЪЕКТОВ

Объектом исследования являются методы неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, использующие радиочастотное отражение.
Цель работы - создание теоретического обоснования и информационного обеспечения для разработки фазовых систем неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, позволяющих повысить эффективность при дистанционном зондировании объектов.
Разработаны способ и алгоритм сверхширокополосного зондирования, использующие информацию об амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала.
Предложены методика оценки характеристик исследуемого объекта по описательной статистике параметров переотражённого сигнала, способ построения астатичной по фазе системы автоподстройки частоты, вариант построения системы распознавания на основе нейросети.
Сформулирован подход к построению системы автоматической подстройки частоты, используемой в составе системы контроля для установки временных (фазовых) соотношений, и которая управляет регулятором по ускорению изменения сигнала.
Получены данные сравнительной оценки методов аналитического неразрушающего контроля, предложен и исследован способ использования фазового сдвига отражённого сигнала в качестве информативного параметра, сделаны выводы о возможности его применения как для распознавания объектов, так и определения их геометрических параметров.
Результаты работы позволили развить научно-технические положения в области методов неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, использующих радиочастотное отражение, и позволяющие повысить достоверность идентификации объектов и оценки их параметров.
СОДЕРЖАНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность тематики
Цель работы. Задачи исследований
Методы исследований. Научная новизна
Практическая ценность результатов работы
Основные результаты, выносимые на защиту
Реализация результатов работы
Апробация работы. Публикации. Структура и объём диссертации
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
1.1 Оценка методов неразрушающего контроля с применением радиолокационного зондирования
1.1.1 Методы контроля слоистых диэлектрических структур по данным измерений характеристик отражения
1.1.1.1 Применение в дефектоскопии методик оценок электрофизических и геометрических параметров типов земной поверхности по радиоизображениям
1.1.2 Методы контроля по фазочастотной зависимости коэффициента отражения
1.2 Методы прямого импульсного зондирования
1.2.1 Импульсное сверхширокополосное зондирование
1.2.1.1 Подповерхностное зондирование
1.2.2 Метод голограмм
1.3 Реализованные возможности использования статистических характеристик сигналов
1.4 Распознавание обнаруженных объектов при неразрушающем контроле с применением радиолокационного зондирования
1.4.1 Анализ информативности алгоритмов обработки отражённых локационных сигналов
1.5 Обзор и оценка методов распознавания объектов
1.5.1 Классификация систем распознавания
1.5.2 Параметрическая идентификация труднодоступных
объектов
1.5.3 Оценка применимости принципов нейронных сетей и агентного моделирования в области распознавания (классификации) объектов и определения их параметров
Выводы
2 ОБРАБОТКА ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРИБОРАХ И СРЕДСТВАХ КОНТРОЛЯ ПРИ МОНОИМПУЛЬСНОМ ЗОНДИРОВАНИИ
2.1 Оценка отражённого электромагнитного поля в точке
наблюдения
2.2 Влияние свойств объекта на фазу отражённого сигнала
2.3 Связь между индуктивностью объекта и поверхностным током
2.3.1 Связь индуктивности с формой объекта
2.3.2 Связь индуктивности с длиной и площадью контура
2.4 Способ относительного диагностирования свойств недоступного объекта по фазовым параметрам рассеянного поля
2.5 Обоснование нейросетевого способа распознавания и
определения параметров объектов зондирования
Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА
3.1 Оценка возможности определения формы и материала объекта
по значению его индуктивности
3.1.1 Оценка возможности определения материала объекта
3.2 Процесс установления переходных процессов на объекте с учётом их инерционности
3.3 Обеспечение когерентности сигналов, используемых при
реализации алгоритма СШП зондирования
3.4 Методика определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды и оценка влияния свойств объекта на амплитудный и фазовый спектр переизлучённого сигнала
фа. В качестве координат рассматривают искомый параметр X (наклон поверхности, диэлектрическая проницаемость и др.), в свою очередь зависящий от положения точки в декартовой системе координат.
Указанные методики в качестве исходных данных рассматривают сигналы, регистрируемые на выходах линейных трактов приёмников радиометров [35]. Регистрируемый сигнал рассматривается как линейная сумма (суперпозиция) независимых процессов: колебаний, обусловленных собственным радиотепловым излучением поверхности; фоновым излучением с учётом поляризации принимаемого излучения; помехами типа белого шума. Такая методология является упрощённой, и вследствие пассивного метода зондирования отбрасывает и не учитывает процессы, происходящие на объекте при активном зондировании и формирующие при этом рассеянную объектом волну.
В то же время, в дефектоскопии, влияние формы дефекта на точность определения параметров дефекта, подобно влиянию погрешности измерений, определяет достоверность результата, полученного при решении обратной задачи дефектоскопии [43]. Форма дефекта, как качественный параметр, связана с количественными параметрами - геометрическими размерами дефекта.
Для получения изображения могут использовать радиолокационные отражённые сигналы, полученные для нескольких плоскостей поляризации (например, в [15] две ортогональные поляризации). При этом также проводится компенсация мешающих отражений и адаптивная пороговая обработка для устранения ложных отметок и улучшения наблюдаемости объектов.
1.1.2 Методы контроля по фазочастотной зависимости коэффициента отражения
Эти методы используются при интроскопии слоистых структур для восстановления импульсной характеристики по фазочастотной характеристике (ФЧХ) коэффициента отражения [53]. Фактически это метод локальной широкополосной Фурье-интроскопии [54]. Этот метод основан на первоначальных измерениях в частотном диапазоне Л/спектральной зависимости коэффициента отражения Яф = Яф исследуемой структуры с использованием алгоритма обратного преобразования Фурье для перехода во временную область:

г(!)= (1.4)