автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка информационного обеспечения и исследование фазовой компоненты электромагнитной волны для контроля и диагностирования свойств объектов

На правах рукописи

Никонов Василий Александрович

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОЙ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СВОЙСТВ

ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

г 1 ФЕВ 2013 005049845

Омск-2012

005049845

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Никонов Александр Васильевич

доктор технических наук, профессор Майстренко Василий Андреевич, заведующий кафедрой «Средства связи и информационная безопасность» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

кандидат технических наук Короткое Павел Иванович, старший научный сотрудник ОАО «Центральное конструкторское бюро автоматики»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится 29 декабря 2012 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 8-421.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан 27 ноября 2012 г.

Отзыв на реферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.178.01.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.178.01 доктор технических наук, доцент / B.JI. Хазан

Общая характеристика работы

Актуальность тематики диссертационной работы. В ряде направлений хозяйственной, производственной, военной и научной деятельности имеется необходимость обнаружения, наблюдения, контроля и определения геометрических и физических характеристик объектов в различных непрозрачных средах (в том числе, почва, вода, лёд и т. п.), строительных конструкциях, а также в диэлектрическом слое. Этим определено интенсивное развитие области контроля природной среды, веществ, материалов и изделий методами радиолокации.

Радиолокационная интроскопия имеет целью обнаруживать, идентифицировать, определять местоположение и классифицировать объекты, структуры естественного и искусственного происхождения в диэлектрическом слое. Этот метод используется при неразрушающем контроле и диагностике различных сооружений, электрических кабелей, содержимого газо- и нефтепроводов под землёй, дорожных и аэродромных покрытий. В первую очередь, метод позволяет обнаружить диэлектрическую неоднородность различной конфигурации.

В данной области исследований используется объединяющий термин «геометрические параметры объекта», подразумевающий под собой определение формы объекта, определение ориентации объекта и локализацию объекта. С позиции математики, при определении параметров объектов решают обратную задачу математической физики. Определение геометрических параметров производится за счёт рассеивания объектами электромагнитного поля, когерентного с выборками амплитудно-фазового распределения падающего поля. Сверхширокополосная (СШП) радиолокационная интроскопия используется для контроля и диагностики объектов в диэлектрическом слое с ярко выраженными затуханием и дисперсией (как рассеивание).

Зондирование сопряжено с учётом влияния на отражённый от объекта сигнал других волн, отражённых от неоднородностей среды распространения и попавших в раскрыв приёмной антенны. Это приводит к тому, что различные способы радиолокационной интроскопии могут дать геометрические параметры объектов, значительно отличающиеся от значений, имеющихся в действительности.

К настоящему времени разработано много различных методов контроля и диагностики объектов в непрозрачных средах. Большой вклад в развитие этой области внесли отечественные и зарубежные учёные, такие как Г.А. Андреев, A.B. Андрия-нов, Л.Ю. Астанин, A.M. Ахметшин, Ю.Е. Воскобойников, В.Б. Гласко, Г.В. Глебович, А.Ю. Гринёв, И .Б. Гуревич, О.О. Дробахин, Р.В. Загидулин, А.З. Киселев, О.Н. Линников, С.П. Панько, А.И. Потапов, A.B. Сотников, C.L. Bennet, J.D. М.Н. Hayes, Joung, Е.А. Robinson, A. Shlivinski, и другие. Но у существующих методов зондирования существуют проблемы, подлежащие решению. Изображение объекта не отличается точностью и чёткостью, не обеспечиваются требования к погрешности не более 5-10 % (от глубины зондирования) в определении толщины объекта и его электрофизических характеристик. Решение широкого круга задач контроля сдерживается недостаточной достоверностью обнаружения и диагностики объектов, низкой точностью определения их параметров.

Таким образом, рассматриваемая в диссертации задача разработки и исследова-

ния нового информационного обеспечения для решения задачи реконструкции и оценки значений геометрических и электрофизических характеристик сред и объектов по результатам СШП-зондирования, что гарантировало бы высокую достоверность обнаружения и диагностики объектов, высокую точность определения их параметров, является актуальной и важной.

Цель работы - создание информационного обеспечения и исследование фазовой компоненты электромагнитной волны для контроля и диагностирования свойств объектов, а также методического обеспечения обработки информативного сигнала и представления результатов в приборах и средствах контроля, обеспечивающих высокую достоверность обнаружения и диагностики объектов, высокую точность определения их параметров.

Задачи исследований: для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.

1 Провести оценку методов аналитического радиочастотного неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий и определить их возможности по увеличению достоверности и точности по результатам радиочастотного зондирования.

2 Разработать теоретические положения, методику составления и решения уравнения для времени установления переходных процессов на объекте, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и влияющих на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

3 Получить алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, который позволит выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал и получить более высокие технические характеристики относительно известных способов построения аналогичных систем.

4 Выявить и исследовать информативные показатели отражённого сигнала, связанные с индуктивностью объекта и статистическими характеристиками спектра отражённого импульса для оценки параметров зондируемого объекта.

5 Исследовать ключевые модули фазовой системы диагностирования, обеспечивающие достоверное и эффективное распознавание объектов, получить оценки их характеристик, что позволит применять их при проектировании устройств контроля недоступных объектов, а также и в самостоятельных задачах, связанных с идентификацией и оценкой параметров объектов по результатам радиочастотного зондирования.

Объекты исследования: информационное и методическое обеспечение систем неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, использующие радиочастотное отражение.

Методы исследований. В диссертационной работе в сочетании с теоретическими исследованиями использована проверка полученных результатов экспериментально и численным или схемотехническим моделированием. Использовалось интегральное и дифференциальное исчисление, теория линейных и нелинейных систем, ряд Фурье и степенные ряды, положения теории измерений, математической статистики и методы анализа систем автоматического регулирования. Достоверность основных теоретических выводов подтверждена как вычислительным экспериментом, так и итогами схемотехнического моделирования.

Научной новизной обладают следующие основные результаты работы.

1 Способ и алгоритм его реализации, для оценки параметров объекта и последующего его распознавания с высокой чувствительностью по геометрическим координатам, по изменениям формы и по электрофизическим свойствам объекта.

2 Алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, позволяющий выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал.

3 Результаты и оценка приближенных решений уравнения для времени установления переходных процессов на объекте, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и оценка их влияния на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

4 Методика использования показателей описательной статистики характеристик отражённого объектом сигнала, обладающих выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта.

Практическая ценность результатов работы. В ходе работы созданы теоретические и практические положения для проектирования ключевых модулей системы дистанционного зондирования, включающие следующее.

1 Способ и алгоритм сверхширокополосного зондирования, использующий информацию об амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала.

2 Методика восстановления параметров радиоисточников, обладающая меньшей алгоритмической сложностью, трудоёмкостью и затратностью вычислительной мощности.

3 Результаты приближённых решений уравнения для времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и результаты оценки их влияния на информативные показатели отражённого сигнала.

4 Результаты исследования характеристик системы распознавания объектов на основе нейросети, повышающие эффективность при исследовании объекта по значениям амплитуд и фаз гармоник фурье-преобразования импульса-отклика, и рассчитанным по данным, хранящимся в памяти и относящимся к мгновенным значениям сигнала-отклика.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1 Способ и алгоритм его реализации для сверхширокополосного зондирования недоступных объектов, использующие информацию об амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала.

2 Методика составления и решения уравнения, связывающего энергию отражённой объектом волны с падающим воздействием.

3 Методика и алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, позволяющие выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал.

4 Методика оценки характеристик исследуемого объекта по описательной статистике параметров переотражённого сигнала.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационных исследований использованы при выполнении госбюджетной темы 2.07Ф «Методология метрологического обеспечения наноэлектро-

ники» № ГР 01200712208; Инв. № 02201155167. Разработка выполнялись в соответствии с техническим заданием на проведение НИР по заказу Министерства образования и науки РФ.

Результаты исследований использованы в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ) в учебном процессе по специальностям 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии», направления 200100 «Приборостроение», специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» и направления 230100 «Информатика и вычислительная техника».

Апробация работы

Материалы работы докладывались и обсуждались:

- на всероссийских НТК «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2010,2011), «Современные техника и технологии» (Томск, 2011);

- на международных НТК «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2007,2009,2012);

- на региональных НТК «Информационные технологии и автоматизация управления» (Омск, 2009,2010,2011).

Публикации

Результаты диссертации опубликованы в 11 работах: трёх статьях в центральных периодических журналах (статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации); одной статьи в ведомственном издании; трёх статьях в сборниках трудов международных научно-технических конференций; четырёх статьях в сборниках трудов всероссийских НТК.

Личный вклад автора. Основные научные и практические результаты диссертации получены автором лично. В работе [5] автору принадлежит идея использования как амплитудного, так и фазового спектра отражённого сигнала для параметрической идентификации объекта исследований. В работе [6] автору диссертации принадлежит методика построения программной модели нейросети с обучением для системы распознавания, обеспечивающей задание параметров системы распознавания, её обучение с последующим сохранением, и имитацию работы. В работах [2] и [3] автором были проведены численные расчёты, реализованы и экспериментально исследованы данные, полученные при оценке изменений в спектре отражённого импульса, а также моделированием получены характеристики системы АПЧ для построения синтезаторов, формирующих когерентные сигналы.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 100 наименования отечественных и 13 наименований публикаций зарубежных авторов, двух приложений. Работа содержит 203 страницы текста (в том числе основного - 167 страниц), 31 рисунок и 17 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, определены цель и задачи диссертационной работы, а также указаны новые научные результаты, предмет и методы исследований.

В первом разделе на основании аналитического обзора отечественных и зарубежных информационных источников определены основные направления исследований, необходимых для обеспечения высокой достоверности обнаружения и диаг-

ностики объектов, высокой точности определения их параметров. Проведена оценка методов аналитического радиочастотного неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Сделан вывод, что используемые при диагностике детерминисткие или статистические алгоритмы восстановления пространственно-временной информации, основываясь на различных критериях качества восстановления, не позволяют решать широкий круг задач контроля в связи с недостаточной достоверностью и точностью. Поставлена задача на разработку нового информационного обеспечения и исследование фазовой компоненты электромагнитной волны для контроля и диагностирования свойств объектов, а также методического обеспечения обработки информативного сигнала и представления результатов, обеспечивающих высокую достоверность обнаружения и диагностики объектов, высокую точность определения их параметров. Это позволит решить задачу реконструкции и оценки значений геометрических и электрофизических характеристик сред и объектов по результатам СШП-зондирования.

Второй раздел посвящён оценке отражённого электромагнитного поля в точке наблюдения. Формирование отражённого сигнала в точке наблюдения объясняется явлением интерференции электромагнитных волн, отражённых от различных зон Френеля и создающих результирующее поле с напряжённостью Е в точке наблюде-

Радиосцена Урллсц Рисунок 1 - Радиоисточники рассеянного поля в области радиосцены Если зондирование производить периодической последовательностью импульсов с очень большой частотой следования и очень малой длительностью фронта (имеющей очень широкий спектр от единиц килогерц до десятков гигагерц), то размер зоны Френеля стремится к нулю и амплитуда поля в точке наблюдения будет изменяться при изменении параметров объекта. Изменение геометрических размеров отражается на амплитуде и фазе гармоник (особенно высших) отражённого им-

пульсного зондирующего сигнала.

Из сути формирования радиосцены и регистрации рассеянного поля видна неопределённость регистрации радиополя относительно возбуждающих его электрических и магнитных токов, и градиентной составляющей от них, на что указано в литературе. Это утверждение подтверждает формула (1), представляющее электромагнитное поле в точке наблюдения Р, возбуждаемое суперпозицией электрических и магнитных токов:

= О)

где Мэ - элементарный электрический вибратор в элементарном объёме dV; REV - координата точки наблюдения; dzR = dV - элемент объёма V в точке наблюдения; к = со/с (с - скорость света).

Необходимо разработать способ зондирования объекта, который не будет чувствителен к факторам, обуславливающих большую недостоверность оценок при применении положений геометрической оптики. В диссертационной работе использован относительный метод: после фиксации отклика от первого зондирующего воздействия, при втором зондировании вводится калиброванное изменение параметра в зондирующем сигнале. Это дополнительный сдвиг момента второго зондирования, и затем, после приёма отражённого сигнала второго зондирования, оцениваются изменения, привнесённые объектом в калиброванное изменение параметра зондирующего сигнала. В этих изменениях проявятся свойства объекта. Влияние свойств среды и методических погрешностей алгоритма зондирования будут минимизированы вследствие метода относительной оценки.

Любое изменение или конкретное состояние свойств объекта приведёт к аналогичному проявлению в амплитудных и фазовых параметрах отражённого импульсного сигнала. Поэтому необходимо исследовать механизм влияния объекта на падающий импульс и оценить степень влияния характеристик объекта на спектр сигнала-отклика.

В известных работах по моноимпульсной локации, Bennett C.L., DeLorenzo J.D. Short pulse response of radar targets, описывается воздействие падающего поля на ток в точке наблюдения (г, t), где в формулах отдельным слагаемым отражено влияние токов в других точках поверхности на ток в точке наблюдения. Поскольку влияние других токов на ток в точке (г, t) запаздывает на время R/c, это позволяет утверждать о влиянии на фазу отражённого сигнала как формы, так и физико-химических свойств объекта. Степень этого влияния можно определить по оценке изменения приращения угла сдвига фазы в падающем сигнале.

По зависимости изменения плотности тока от расстояния до объекта судят о расстоянии до объекта. Но по задержке между конкретным значением поверхностного тока в точке наблюдения и проявлением этого значения в любой другой точке по-

верхности можно определять координаты текущей точки поверхности объекта относительно точки наблюдения. Так как во время интегрирования пробегаются все точки поверхности объекта, то будет поточечно восстановлена форма объекта.

Другим направлением оценки формы объекта может быть его индуктивность, так как она связана с магнитным потоком, зависящим от поверхностного тока. А поверхностный ток зависит от формы объекта: индуктивность зависит не только от размера, но и от конфигурации объекта. У объектов различной формы значения индуктивности различны и по ним протекают различные токи, что определит магнитный поток при переизлучении. Поэтому необходимо определить возможность сравнительной оценки формы объектов данным способом.

Если рассмотреть круглый (диаметр d, индуктивность LKP) и квадратный (сторона а, индуктивность LKIi) проводники одинакового диаметра и с одинаковыми параметрами, т. е. а = d, то значение индуктивностей LKP и LKB не будут равны. Это значит, что расчёт индуктивностей этих контуров по формулам также не может дать одинаковых результатов. Если:

LKP=an^-\HdS¡ Ф LKB=a„^-¡HdS2, (2)

J¡b S, J2á S¡

то это значит, что

JН dS, Ф \Н dS2 . (3)

■v, S2

Разницу даёт именно значение поверхностного интеграла по поверхности провода, образующего контур. Разница в геометрической форме провода даёт различные значения индуктивности при прочих равных условиях. Если экстраполировать этот результат на объекты больших размеров, то можно предполагать, что это позволит распознавать их форму. У проводящих цилиндра и параллелепипеда на их поверхностях будет протекать разный по значению ток.

Индуктивность объекта является параметром, связывающим форму объекта с характеристиками переотражённого сигнала через поверхностный ток на объекте и магнитный поток, создаваемый при переизлучении, что обуславливает влияние токов различных точек поверхности на ток в точке наблюдения. Поскольку влияние токов различных точек поверхности на ток в точке наблюдения запаздывает на конкретное время, это также позволяет утверждать о влиянии на фазу отражённого сигнала как формы, так и свойств объекта.

Рассматривая тонкий замкнутый контур конечных размеров / с током /, опирающийся на поверхность 5,ик элементу площади которой dS проведена нормаль ñ • и сила тока / постоянна вдоль контура, то получим выражение для индуктивности:

L=m¿LM!ÍíLñ.dS (4)

4л JJ r3 75

где Цо - магнитная проницаемость вакуума; Ц - магнитная проницаемость; di эле-

ментарный вектор длины; г - вектор из точки расположения элемента с током в точку наблюдения.

Выражение (4) показывает, что индуктивность зависит как от формы объекта, так и от его длины, потому что в этом выражении присутствует поверхностный интеграл по поверхности, охватываемой витком, и интеграл по замкнутому контуру, который образует виток. Коэффициент Ь аккумулирует в себе свойства среды (если цфо) и зависит от геометрии объекта и выбора направлений обхода.

Известно, что взаимодействие волны с рассеивающей или поглощающей частицей характеризуется соотношением вероятности взаимодействия на единице пути к концентрации частиц, с которыми происходит взаимодействие. Следовательно, такое взаимодействие, при котором волна и частица из фиксированных начальных состояний переходят в определённые конечные состояния, носит вероятностный характер. Поэтому третьим направлением оценки параметров объекта по изменениям в спектре отражённого сигнала можно искать и в описательной статистике составляющих спектра отражённого сигнала.

Установив зависимость фазы гармоники отражённого сигнала от параметров объекта и его материала, можно оценить значение коэффициента влияния характеристик объекта на параметры гармоник. Поэтому предложен следующий алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды Линтзср-, состоящий из двух этапов. Первый этап:

а) формируется импульсный СШП сигнал с заданными регулируемыми параметрами;

б) амплитуда и фаза п-й гармоники импульсного сигнала с установленными параметрами фиксируется в радаре. Эти параметры сигнала рассчитываются без привлечения средств измерений;

в) среда зондируется импульсом с установленными параметрами;

д) рассеянный зондируемой средой сигнал фиксируется методом стробирова-ния, и запомненные дискретные значения сигнала подвергаются аналого-цифровому преобразованию и запоминаются;

е) по запомненным цифровым отсчётам проводится расчёт амплитуды и фазы /1-й гармоники рассеянного сигнала.

Второй этап: ж) формируется импульсный СШП сигнал с теми же параметрами, сдвинутый во времени относительно импульса в первом этапе на интервал времени Л1. То есть, формируется импульс с тем же спектральным составом, но относительно гармоник зондирующего импульса первого этапа первая гармоника с частотой /получает приращение по фазе А<р = 2л[А1, а /1-я гармоник получила фазовый сдвиг пА<р. Или, здесь может быть сформирован импульс заданной формы: изменение коэффициента формы импульса ведёт к регулированию распределения энергии импульса по частотной оси. Это позволит подробно исследовать объект, так как высшие гармоники наиболее чувствительный к влиянию со стороны объекта;

и) по полученным изменениям амплитуды и фазы п-й гармоники принятого сигнала рассчитывается конкретное значение интегральной импульсной характери-

стики зондируемой среды Ицнтзср- Среда вносит изменения в параметры рассеянного сигнала относительно излучённого, что ведёт к проявлению её импульсной характеристики в указанных изменениях. Это следует из содержательного определения термина «импульсная характеристика».

Такой способ не требует калибровки по эталонной цели, а параметры зондирующего сигнала задаются в формирователе импульсов радара. Меняя временной сдвиг, можно подробно исследовать обнаруженный объект: для этого необходимо задавать значение А<р на стороне излучателя в диапазоне десятых-сотых долей градуса. Поэтому необходимо рассмотреть потенциальные возможности задания фазового сдвига по данным, имеющимся в опубликованных источниках.

Анализ результатов теоретических исследований и практических разработок в области задания фазового сдвига подтверждают возможность решения поставленных задач путём применения систем фазовой автоподстройки частоты: так при тактовых частотах 1 кГц и 1 ГГц практически задаётся фазовый сдвиг с погрешностью не более 0,001° и 0,1° соответственно, то есть временной сдвиг задаётся с погрешностью не более 2,8 не и 280 фс.

В третьем разделе приводятся результаты теоретического анализа, связанные с разработкой информационного и методического обеспечения формирования и обработки информативного сигнала, отражённого от объекта, а также определения возможностей для оценки параметров объекта. С этой целью получена методика определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды и проведена оценка влияния свойств объекта на амплитудный и фазовый спектр переизлучённого сигнала. Зная импульсную характеристику, можно определить реакцию тракта прохождения сигнала на любой сигнал (с помощью интеграла свёртки).

Степень влияния объекта на отражённый сигнал определяется по изменению приращения угла сдвига фазы отражённого сигнала относительно падающего сигнала. Изменение или конкретное физико-химическое состояние объекта также приведёт к аналогичному проявлению в амплитудных и фазовых параметрах отражённого импульсного сигнала.

В известных работах Гринёва А.Ю., Гиголо А.И., Марчука В.Н., Секистова

B.Н., Воронина E.H., Чебакова И.А., Старовойтова A.B., Владова М.Л., Лукьянов

C.П., Семенчук В.Е. отмечается, что одним из наиболее распространённых видов интерпретации картины, создаваемой рассеянной объектом электромагнитной волны, является реконструкция радиолокационного изображения зондируемой среды. Показано, что такая задача является задачей вычислительной диагностики, постановка которой определяется операторным уравнением Az = и, (5) где z - искомые количественные характеристики зондируемой среды; и - косвенная информация об этих характеристиках, полученная посредством инструментальных измерений, которые описываются оператором А.

Отмечено, что одной из основных задач реконструкции подповерхностного зондирования является разработка методик измерений, которые в совокупности дают наилучшее по требуемому критерию решение указанной обратной задачи. Решение задачи реконструкции радиолокационного изображения зондируемой среды включает в себя первым этапом определение инструментального оператора А. Оператор-

ное уравнение (5) полагает, что реконструкция радиолокационного изображения зондируемой среды использует информацию и как косвенную. В то же время, она получена посредством инструментального оператора/!, определяющего способ воздействия на зондируемую среду г и способ использования конкретного параметра электромагнитной волны в аппаратуре зондирования. Поэтому оператор/! не может быть определён корректно как свёртка импульсных характеристик приёмопередающего тракта и канала частичного распространения.

Исходя из этого, в диссертационной работе доопределён термин «оператор инструментальных измерений», выделена (по мнению соискателя) наиболее информативная компонента отражённого сигнала для определения характеристик зондируемой среды и найден способ её эффективного использования. Измерение характеристик зондируемой среды подвержено влиянию импульсных характеристик приёмопередающего тракта Ъпптр радара и канала частичного распространения Икчгас сигнала. Поэтому уравнение радиолокационного подповерхностного зондирования записано в виде, учитывающем интегральную по площади 5 и по объёму V импульсную характеристику зондируемой среды для падающей плоской волны:

u(t) = hnnTP(t) * hK4PAC(О *

(

\\h3CP(t) sy

иs (О, (6)

- интегральная импульсная характеристика зондируемой среды

где JJ h3CP(t)

(обозначено Иинтзср)í us(0 ~ функция, описывающая зондирующий импульс; символ «*» - операция свёртки. Интегральная импульсная характеристика зондируемой среды как процесс, в общем случае, не является статистически стационарной и эр-годической. Сигнал, воздействующий на зондируемую среду и$зонд(1)> определится выражением:

«5 зонд (*) = u5 (О * knm? (0 * hm рас(0 * hmr зср> (7)

в котором присутствует случайная величина hИнт ЗСР> характеристики которой определить сложно. Поэтому предложен способ определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды Иинт зср> алгоритм которого следующий:

а) формируется импульсный СШП сигнал с регулируемыми параметрами. Спектральные составляющие сигнала, при представлении импульса в виде us(í) = = üm(l - 12(t - toù/ф где Ums- амплитуда, t0¡ - середина импульса, TS - длительность и а - коэффициент формы импульса при периоде следования импульсов Ts и скважности Q = определяются выражением при значениях а> 0:

Q n n=]n {„a,)

(a-l\rs/2) 2 sin(no}jTs /2)-(iiú},Xts /2) 1 cos{no),zs /2) ' ;

(a-l){a-2) + l

где И - номер гармоники и СО] - частота первой гармоники.

б) Амплитуда и фаза И-й гармоники импульсного сигнала с заданными параметрами фиксируется в радаре. Параметры сформированного сигнала рассчитаны без привлечения средств измерений.

в) Среда зондируется импульсом с установленными параметрами.

д) Рассеянный зондируемой средой сигнал фиксируется методом стробирования, и запомненные дискретные значения сигнала подвергаются аналого-цифровому преобразованию и запоминаются.

е) По запомненным отсчётам проводится расчёт амплитуды и фазы и-й гармоники рассеянного сигнала.

ж) По изменениям амплитуды и фазы и-й гармоники излучённого и принятого сигнала рассчитывается конкретное значение интегральной импульсной характеристики зондируемой среды hинтзср- Зондируемая среда вносит изменения в параметры (форму) рассеянного сигнала относительно излучённого, что ведёт к проявлению её импульсной характеристики в указанных изменениях.

Из известных работ с экспериментальными данными, отражающими форму отражённого от объекта импульса в зависимости от формы самого объекта, видно, что добавка штыря в торцевой части цилиндра (длиной 70 см) изменило длительность нарастающего фронта импульса примерно на 300-400 %. И крутизна преобразования «геометрическая длина — длительность фронта» примерно равна 3,6 пс/см. Сделан вывод, что изменение формы объекта ведёт к значительному изменению параметров спектральных составляющих сигнала-отклика.

Также, для указанных выше данных сделана оценка, к чему приводит изменение длительности фронта импульса-отклика в амплитудном и фазовом спектре и определена крутизна преобразования длительности фронта импульса в амплитуду и фазу гармоник. Были взяты начальные параметры импульса-отклика: амплитуда минус 1 В, длительность спада 100 пс, длительность вершины импульса 500 пс, длительность фронта 100 пс, частота следования 1 МГц (параметры соответствуют опубликованным экспериментальным данным). Зафиксировано значительное отличие амплитуд и фаз двух соседних отсчётов в спектре отражённого импульса: амплитуда тысячной гармоники изменилась на 159,9 мВ (от 595,6 мВ до 435,7 мВ; на 26,8 %) и фаза тысячной гармоники изменилась 17,8° (от 53,98° до 36,2°; на 33 %). Амплитуда и фаза двухтысячной гармоники изменились на 30 мВ (на 17 %) и 48 0 (на 44 %) соответственно.

Нужно учитывать, что параметры гармоник импульса-отклика рассчитываются с помощью быстрого преобразования Фурье, а не измеряются, что значительно упрощает реализацию предложенного способа. Получена крутизна преобразования длительности фронта импульса-отклика: для тысячной гармоники в амплитуду гармо-

ники - 0,6 мВ на 1 пс и в фазу гармоники - 0,07 0 на 1 пс; для двухтысячной гармоники 0,12 мВ/пс и 0,2 °/пс.

Полученные результаты показывают эффективность исследования параметров недоступного объекта, используя для этого данные об изменении амплитуд и фаз гармоник фурье-преобразования импульса-отклика, рассчитанных по данным, хранящимся в памяти и относящимся к мгновенным значениям сигнала-отклика. Современная функциональная база устройств выборки-хранения позволяет фиксировать отсчёт сигнала длительностью единицы и десятки пикосекунд. Дальнейшее аналого-цифровое преобразование проводится «медленными» устройствами.

Полученные таким образом данные целесообразно обработать нейронной сетью с многослойной структурой с целью решения задачи классификации и распознавания любых объектов, представленных вектором параметров. Послойная коррекция с вычислением корректировочных слагаемых, где для вычисления коэффициентов используется значение погрешности отдельного нейрона предыдущего слоя, обеспечит наискорейшее нахождение минимального значения погрешности (отражено в четвёртом разделе).

Предложенный выше способ определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды Ьцнтзсг также обладает информативностью, заключающейся и в данных описательной статистики при оценке влияния изменения длительности фронта отражённого сигнала на значения статистических характеристик составляющих спектра. Это является следствием того, что свойства объекта и среды распространения электромагнитной волны, изменяясь случайным образом, обуславливают случайный характер данных, получаемых при обработке.

Также, значения геометрических и физических параметров неизвестного объекта зондирования относительно наблюдателя являются случайными. То есть, изменение амплитуд и фаз гармоник отражённого сигнала в частотном диапазоне при изменении параметров объекта можно рассматривать как случайный процесс, который может быть охарактеризован данными описательной статистики.

Приращения угла сдвига фазы переизлучённого объектом сигнала относительно падающего сигнала определяется процессом установления переходных процессов на объекте (их инерционности). Практический интерес представляют данные о времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии, и об оценке влияния времени установления переходных процессов на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

В работе рассмотрено поведение скорости изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала йфг$Ш. Каждое мгновение времени процессы на объекте вносят свой вклад в значение переизлучаемой энергии. Поэтому рассмотрение поведения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала позволит отразить во времени ход переходных процессов и на объекте.

Для анализа предложена методика, состоящая из четырёх пунктов.

1 Зависимость йф^/М во времени представлена функцией, аппроксимирующей процесс установления йфгфМк

где Л(и) - нелинейная зависимость процесса установления фазы гармоники (йд>гЦ)М() в зависимости от воздействия со стороны объекта 1/о(1); а- коэффициент экспоненты, характеризующий скорость установления с1<рг(0Ш в конкретном исследовании. В (9) разделены факторы воздействия со стороны объекта на переизлучаемую энергию на две составляющие: здесь представляется процесс (скорость) установления переходных процессов на объекте как на линейной электрической цепи

(интегрирующей) - множитель ], а вклад объекта в формирование переиз-

лучаемой энергии представляется нелинейным процессом - множителем Л(1/).

2 Коэффициент а зависит от постоянной времени объекта (инерционности механизма воздействия со стороны объекта на скорость изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала). Для определения коэффициента а нужно использовать либо результаты эксперимента, либо данные о времени установления переходных процессов на объекте, полученные моделированием на ЭВМ.

3 Для частного случая, когда воздействие со стороны объекта на скорость изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала является линейным, то есть (1фг($/(Н — 30и0 (Бо - крутизна изменения д>г(0 под влиянием со стороны объекта), составляется в операторной форме дифференциальное уравнение для процесса установления фазы гармоники с переменным коэффициентом при операторе р[/УфгСОА^ учитывающем и инерционность установления переходных процессов на объекте. Методику составления этого уравнения поясняет рисунок 1.

Уравнение (10) по физической сути говорит, что сумма мгновенной фазы переизлучаемого сигнала в данный момент времени (первое слагаемое) и добавки к ней со стороны объекта (второе слагаемое) даёт значение мгновенной фазы переизлучаемого сигнала (¡<рг(()/(М (сумма равна правой части уравнения). При окончании установления переходных процессов на объекте значение мгновенной фазы переизлучаемого сигнала в момент падения зондирующей волны в сумме с добавкой влияния со стороны объекта на момент окончания переходных процессов приведут к установившемуся значению мгновенной фазы переизлучаемого сигнала йфг(1)/(Н.

РРг(1 - е") + К(р)Р(<рг) = с1срп,тН, (10)

где К(р) - операторный коэффициент, отражающий характеристику и степень влияния объекта на скорость изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала.

4 Определяется максимально возможное изменение фазы переизлучаемого сигнала г/^г^/с// под воздействием со стороны объекта как произведение:

^О^ошх - Лсрг махШ. (11)

Величина 1/о мах отражает максимально возможную степень воздействия на фазу гармоники переизлучённого сигнала со стороны объекта.

Для решения получаемого нелинейного дифференциального уравнения (12), в общем случае высокого порядка, с переменными во времени коэффициентами используем метод функций Грина. На основании этой методики получено решение

дифференциального уравнения для процесса установления фазы гармоники переизлучённого сигнала, но с учётом процесса установления скорости переходных процессов на объекте:

р<рг(1 - е") + <1срГМАХ/(11 Г(<рг) = йфгнЬуМ. (12)

Отклик, согласно предложенного во втором разделе способа, на приращение фазы первой гармоники зондирующего импульса Афг(0)8$- и) определится:

Дфг(е) =

г

= | д?г(0) • 6(х - Г0) • д(х,х)йх =

• +Ж1 - ^'М1 -е~а{°)}]} <13>

Ауг(О)

(1 _ е-а«0) '

Рисунок 1 - Методика составления уравнения для переходных процессов на объекте Сравнивая рассчитанные значения А<рг(0дт различных а (при а -> <х> имеем безынерционную модель объекта), оценивается изменение времени переходного процесса, обусловленное переходными процессами на объекте.

Как пример, в таблице 1 приведены результаты расчёта отклика объекта, представляемого моделью первого порядка, на приращение фазы гармоники зондирую-

щего сигнала А<рг(0) при а = 10, /о= = 1/(йфгмах /Л). В целом, в зависимости от инерционности объекта, и соответствующим ему уменьшению а, время установления переходного процесса ¡пп на объекте, как реакция на приращение фазы зондирующего сигнала Афг(0) до уровня 0,1 рад растёт. В безинерционной системе (а оо) это время имеет значение ¡пп — — 6 /Афгмлх■ При а = 100(й<ргмах/Ж) получаем, что 1Пп = 6,2 /Афгшх. А при а = 10((1фг ШХЩ, ¡пп = 7/Афгмлх. Дальнейшее увеличение а ведёт к нелинейному росту значения 1^77-

Влияние инерционности более существенно в начальный момент времени, когда максимальна крутизна воздействий, ведущих к установлению фазы гармоники от-

клика, т. е. (1 — е а) < 1: скорость процессов не успевает за воздействием. Таблица 1 - Отклик объекта, представленного моделью первого порядка

Безразмерное нормированное время (d<prMAx/dt)-t Отклик для безынерционной модели Отклик при а = ЩйфгмлхЩ

0,2 1,8097 3,1640

0,4 1,6375 2,7746

0,6 1,4816 2,4870

0,8 1,3406 2,2430

1,0 1,2131 2,0272

1,2 1,0976 1,8335

1,4 0,9932 1,6587

1,6 0,8987 1,5008

1,8 0,8131 1,3579

2,0 0,7358 1,2287

3,0 0,4463 0.7452

4,0 0,2707 0,4520

5,0 0,1814 0,3030

6,0 0,1100 0,1838

7,0 0,2738 0,1232

8,0 0,0447 0,747

9,0 0,271 0,0453

10,0 0,0165 0,0275

В работе также предложена методика обеспечения когерентности сигналов, используемых при реализации алгоритма СШП зондирования. Так как оценка импульсной характеристики среды проводится по изменениям параметров высших гармоник, то необходимо задавать значение приращения фазы Аф в диапазоне десятых-сотых долей градуса (на частотах единицы килогерц — сотни мегагерц). Поэтому необходимо рассмотреть потенциальные возможности задания фазового сдвига. Меняя фазовый сдвиг, можно подробно исследовать обнаруженный объект. Анализ публикаций по результатам теоретических исследований и практических разработок в области задания фазового сдвига подтверждают возможность решения поставленных задач путём применения в устройствах задания приращения фазы систем фазовой автоподстройки частоты: так при тактовой частоте 1 ГГц практически задаётся фазовый сдвиг с погрешностью не более 0,1°, то есть временной сдвиг задаётся с погрешностью не более 280 фс.

С позиции практического создания когерентных сигналов, что выполняется фа-зозадающими устройствами на основе систем ФАПЧ, также исследована система АПЧ, использующая для установки частоты не фазу сигнала (скорость изменения сигнала), а ускорение изменения сигнала. Моделирование показало, что при различных значениях фазы опорного сигнала в момент переключения, время вхождения в синхронизм составляет от 1,5 мкс до 5 мкс, что по сравнению с периодом опорного сигнала (500 мкс) составляет 0,03-0,01 часть. А для АПЧ с системами ФАПЧ это время составляет десятки - сотни периодов опорного сигнала.

В работе также проведено исследование возможности определения формы и материала объекта по значению его индуктивности. Сделаны выводы, что, зная значение индуктивности объекта, нельзя однозначно сказать, какой формы у объекта сечение. Однако, исходя из информативности полученных в работе данных, можно говорить о возможности селекции формы объекта по индуктивности путём сравнения. Если форма сечения одного из объектов известна, можно определить форму сечения второго объекта: значение индуктивности первого объекта (а также форма его сечения) принимается за эталонное, и отношение значений зависимостей в полученных в работе данных (графиках) рассматривается уже относительно эталонного. Это даст один вариант формы сечения второго объекта и примерное значение длины его периметра.

Таким образом, предложенный алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды позволяет выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал. Влияние наиболее существенно проявляется в параметрах высших гармоник амплитудного и фазового спектра и используется при построении систем оценки параметров недоступных объектов.

Поведение мгновенной фазы переизлучаемого сигнала позволяет отразить во времени ход переходных процессов и на объекте, то есть отразить формирование переизлучаемого сигнала. Падающая волна рассматривается как источник возбуждающей энергии.

В четвёртом разделе изложен материал, связанный с оценкой возможности применения результатов диссертационного исследования в фазовых системах нераз-рушающего контроля. При рассмотрении амплитудного и фазового спектра отражённого от объекта импульсного сигнала использован пакет моделирования Мюго-САР. В качестве исходных данных для моделирования были взяты опубликованные в литературе параметры импульса, отражённого от различных объектов - от цилиндра и от цилиндра со штырём длиной 70 см.

Также проведена численная обработка экспериментальных данных, отражающих частотные характеристики диэлектрической проницаемости битума на различных этапах полимеризации, опубликованные в литературных источниках.

Кроме этого, в разделе проведён выбор и обоснование формальной модели системы распознавания и обоснована постановка задачи классификации объектов, предложен алгоритм классификации, кратко описана программная реализация системы распознавания на основе обучаемой нейросети. Получены результаты численного эксперимента (таблицы 2, 3 ниже), по его итогам сделаны выводы.

Оценка влияния свойств объекта на значения статистических характеристик переизлучённого сигнала получена с помощью имитации влияния объекта на отра-

жённый зондирующий импульс, когда в ходе моделирования пошагово изменялась длительность фронта отражённого импульса на 100 пс. Полученные в ходе моделирования данные относительно амплитуд и фаз гармоник отражённого сигнала подвергались статистической обработке, по итогам которой получена описательная статистика и сделаны выводы о возможности применения отдельных статистических характеристик (путём оценки крутизны преобразования длительности фронта импульса-отклика через амплитуды и фазы гармоник в статистический параметр) для определения параметров исследуемого объекта.

Наиболее значимые значения для практического использования (по крутизне преобразования длительности фронта в статистический параметр) дали характеристики: среднеквадратичное отклонение амплитуд гармоник 93 мкВ/пс и дисперсия фаз гармоник 6,8 (град)2/пс.

Влияния объекта на значения статистических характеристик спектра переизлучённого сигнала подтверждается проверкой по экспериментальным данным о спектре диэлектрической проницаемости полимера на основе эпоксидных смол в процессе их полимеризации. В периоды расплава, полимеризации и отвердевания в спектре диэлектрической проницаемости происходят значительные изменения. Эти изменения носят случайный характер в ходе реакции полимеризации.

Эти экспериментальные данные подтверждают изменение параметров составляющих амплитудного и фазового спектра отражённого объектом сигнала. В зависимости от состояния и прочих характеристик объекта, на одной и той же частоте зондирующего сигнала диэлектрическая проницаемость объекта различна, что ведёт к конкретной уникальной (присущей данному объекту при текущих значениях его характеристик) форме отражённого импульса. Это, в свою очередь, проявляется в параметрах составляющих амплитудного и фазового спектра отражённого объектом сигнала.

Статистическая обработка првоедена с помощью автономных функций пакетов Excel MS Office и OpenOffice.org Cale (получены одинаковые результаты). Сделаны следующие выводы:

а) для оценки параметра зондируемого объекта может быть выбран один из показателей описательной статистики, если он обладает выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта;

б) также, можно программным способом оценить все показатели описательной статистики, и исходя из весового коэффициента отдельного показателя, определяемого степенью его информативности, определить интегральное значение по данным описательной статистики, дающее оценку параметра зондируемого объекта.

Исследование показало, что для гармоник с номерами от 103 до 50-103 оценку влияния изменения длительности фронта отражённого сигнала целесообразно производить по значениям изменений, привнесённым в дисперсию и размах гармоник в фазовом спектре. А в амплитудном спектре - в изменениях асимметрии, СКО, дисперсии и размаха гармоник. Приведённый материал также подтверждает возможность практического применения изложенных теоретических положений.

Формальная модель системы распознавания и задача классификации объектов по геометрическим размерам использует итерационный алгоритм. Для применения

нейросети был выбран в качестве входных данных вектор параметров единственного объекта. Результатом работы сети служит код класса, к которому принадлежит предъявленный на входе объект. Сеть имеет выходы по числу классов, и чем большее значение принимает некоторый выход номер т0, больше «уверенность» сети в

том, что входной объект принадлежит классу тоВ реализации нейросети применена известная активационная функция SOFTMAX, и суммирование производится по всем нейронам конкретного слоя сети. Это позволяет трактовать выходные сигналы слоев как вероятности событий, совокупность которых (все выходы слоя) образует полную группу. Это свойство позволяет применить SOFTMAX-функцию в задачах классификации, проверки гипотез, распознавания образов и во всех других, где требуются выходы-вероятности. При этом каждый выход можно трактовать как вероятность того, что объект принадлежит к данному классу. Все выходы образуют полную группу, т. к. сумма выходов равна единице, и объект заведомо относится к одному из классов. Составленная сеть нейронов, использующая эвклидову меру близости для классификации объектов, представляет собой сетью Кохонена (сеть встречного распространения).

Модель системы распознавания реализована с помощью программного продукта фирмы Borland - Delphi. Выбор данной среды позволил использовать интерфейс операционной системы Windows со стороны модели и обеспечить высокую надёжность. Сама модель обеспечивает задание параметров системы распознавания, её обучение с последующим сохранением и имитацию непосредственно работы. Алгоритм обучения представляет собой «обучение с учителем», где роль «учителя» играют входные обучающие вектора с соответствующими им классами. При подаче на вход любого входного вектора, сеть формирует выходной вектор, элементы которого - вероятности того, что входной вектор относиться к тому или иному классу.

Далее процедура корректировки методом обратного распространения погрешности настраивает параметры каждого нейрона сети (веса и пороги) таким образом, чтобы минимизировать суммарную погрешность по всему выходному вектору. Далее всё начинается с начала, и так до тех пор, пока погрешность не достигнет приемлемого значения, или количество итераций не превысит максимального значения.

В качестве тестового материала были использованы результаты локации четырёх объектов: цилиндра, цилиндра со штырём переменной длины (три экземпляра). Данные, предоставленные системе распознавания, являются значениями амплитуд и фаз тысячных гармоник, полученных в результате преобразования Фурье - преобразования сигнала-отклика от объекта, облучённого импульсным сигналом.

Таким образом, система распознавания имеет входной вектор из двадцати элементов (десять значений амплитуд и десять фаз). Результатом является выходной вектор из четырёх элементов, представляющих собой вероятности принадлежности предъявленного образа к тому или иному классу. В таблице 2 приведены результаты работы системы распознавания после проведения обучения по параметру «различная длительность фронта импульса сигнала-отклика». Оценка дана по вероятности

распознавания образа Ррлс-

Для отражения достоверности работы системы распознавания можно предложить параметр «вероятность нераспознавания» (или «вероятность ошибки распознавания»):

РНЕРАС =1~РРАС- (14)

В таблице 3 отражены вероятность нераспознавания системы при различном числе обучающих итераций, приведено матожидание (среднее значение) вероятности нераспознавания, вычисленное для различны образов по различной длительности фронта сигнала-отклика.

Таблица 2 - Результаты работы системы распознавания после проведения обучения

Количество обучающих итераций Вероятность распознавший образа, % Средняя вероятность распознавания, %

первого второго третьего четвёртого

2 ООО 52,1 49,5 - - 50,8

4 000 94,1 93,8 - - 93,95

6 ООО 95,9 95,7 - - 95,8

8 000 96,7 96,5 - - 96,6

10 000 97,1 96,9 - - 97,0

2 000 47,7 92 50,5 - 63,4

4 000 49,7 95,4 49,0 - 64,7

6 000 78,8 95,8 53,1 - 75,9

8 000 99,9 96 78,5 - 91,5

10 000 99,9 96,9 88,6 - 95,1

2 000 53,2 48,1 48,3 48,3 49,5

4 000 49,2 58,2 59,1 58,4 56,2

6 000 68,3 78 78,3 78,1 75,7

8 000 88,7 84,5 89,1 90,1 88,1

10 000 90,3 94,1 98,4 97,9 95,2

Таблица 3 - Характеристики системы распознавания после проведения обучения

Количество обучающих итераций Вероятность нераспознавания образа, % Средняя вероятность нераспознавания, %

первого второго третьего четвёртого

2 000 47,9 50,5 - - 49,2

4 000 5,9 6,2 - - 6,1

6 000 4,1 4,3 - - 4,2

8 000 3,3 3,5 - - 3,4

10 000 2,9 3,1 - - 3,0

2 000 52,3 8,0 49,5 - 36,6

4 000 50,3 4,6 51,0 - 35,3

6 000 21,2 4,2 46,9 - 24,1

8 000 0,1 4,0 21,5 - 8,5

10 000 0,1 3,1 11,4 - 4,9

2 000 46,8 51,9 51,7 51,7 50,5

4 000 50.8 41,8 40,9 41,6 43,8

6 000 31,7 22,0 21,7 21,9 24,3

8 000 11,3 15,5 10,9 9,9 11,9

10 000 9,7 5,9 1,6 2,1 4,8

Таким образом, система распознавания объектов на основе нейросети (с интерпретатором в виде слоя нейронов Гроссберга, эвклидовой мерой близости для классификации объектов - сетью Кохонена) позволяет получить приемлемую вероятность нераспознавания (при различном числе обучающих итераций), вычисленную для различных образов по различной длительности фронта сигнала-отклика, уже при входном векторе из двадцати элементов. Средняя вероятность нераспознавания составляет 3-5 %.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по работе.

В приложениях отражены информативные возможности частных методик определения формы и материала объекта по значению его индуктивности (числовые оценки) и подробные числовые данные по амплитудному и фазовому спектру импульса-отклика при отражении от объекта «цилиндр со штырём».

Основные результаты, полученные в диссертации

1 Получены данные оценки методов аналитического радиочастотного неразру-шающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. В целях увеличения достоверности и точности по результатам радиочастотного зондирования сделаны выводы о возможности использования изменений в амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала в качестве информативного параметра, с помощью которого можно проводить как распознавание объекта, так и определение его геометрических и физических параметров.

2 Предложены и исследованы методика составления уравнения, связывающего энергию отражённой волны с падающим воздействием и отражающим вид переходных процессов на объекте. Предложена методика получения приближенных решений для времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса, а также определения их влияния на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

3 Предложен способ определения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, который позволяет выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал. Это влияние наиболее существенно проявляется в параметрах высших гармоник амплитудного и фазового спектра и может быть использовано при построении систем оценки параметров недоступных объектов.

4 Предложена и исследована методика оценки параметра зондируемого объекта по описательной статистике спектра отражённого объектом импульсного сигнала. Программным способом оцениваются все показатели описательной статистики, и исходя из весового коэффициента отдельного показателя, определяемого степенью его информативности, определяется интегральное значение по данным описательной статистики, дающее оценку параметра зондируемого объекта.

5 По экспериментальным данным проведены численные исследования, связанные с применением нейросетевой системы для распознавания объектов, показавшие эффективность исследования формы объекта по оценке амплитуд и фаз гармоник Фурье-преобразования импульса-отклика, рассчитанным по данным, хранящимся в памяти и относящимся к мгновенным значениям сигнала-отклика. Получены данные по вероятности нераспознавания, вычисленные для различных образов по различной длительности фронта сигнала-отклика.

Основные публикации по теме диссертации

Журналы, рекомендованные ВАК для представления основных научных результатов диссертации.

1 Никонов В.А. Информативность инструментальных измерений при подповерхностном зондировании // Омский научный вестник. - Сер. Приборы, машины и технологии. - № 3 (83). - 2009. - С. 252-256.

2 Никонов В.А., Никонов A.B. Информативность фазовой компоненты электромагнитной волны при контроле и диагностировании свойств объектов // Системы управления и информационные технологии. - № 2 (40). - 2010. - С. 86-91.

3 Никонов В.А., Никонов A.B. Когерентность сигналов в фазовых системах контроля и диагностики недоступных объектов // Омский научный вестник. - Сер. Приборы, машины и технологии. — № 3 (103). -2011. - С. 246-248.

Ведомственные издания.

4 Никонов В.А. Определение формы недоступных объектов с использованием нейроструктур // Труды Российского НТО РЭС им. A.C. Попова. Сер. «Цифровая обработка сигналов и её применение». - Вып. Х-2. — М.: ООО «Инсвязьиздат», 2008. -С. 683-686.

Сборники трудов международных научно-технических конференций.

5 Никонов В.А., Никонов A.B. Распознавание линейных цифровых сигналов с использованием нейроструктур / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 6-й Междунар. науч.-техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - Кн. 1. - С. 294-298.

6 Никонов В.А., Вешкурцев Н.Д. Параметрическая идентификация при подповерхностном зондировании замкнутых проводящих поверхностей / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 7-й Междунар. науч.-техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009.-Kh.I.-C. 365-369.

7 Никонов В.А., Бояршинов К.Н. Оценка возможности определения формы объекта по значению его индуктивности / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 8-й Междунар. науч.-техн. конф.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012.-Кн.1.-С. 315-319.

Сборники трудов всероссийских научно-технических конференций.

8 Никонов В.А. Модуль коммутации для измерительных приборов по последовательному протоколу RS-232 / Молодёжь и современные информационные технологии: Сборник трудов 11-ой Всероссийской научно-практической конференции студентов. - Томск, 2004. - С. 200-201.

9 Никонова В.А. Описание модели процесса обработки информативного сигнала и представление результатов в средствах контроля недоступных объектов / Россия молодая: передовые технологии — в промышленность. - Матер. 3-й Всерос. молодёжи. НТК.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-Кн. 1.-С. 191-195.

10 Никонов В.А. Относительный фазовый способ дефектоскопии / Современные техника и технологии. — Матер. 17-й науч.-практ. конф. студ., аспирантов и молодых учёных. Т. 1. - ТПУ. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. - С. 227-228.

И Никонов В.А. Оценка влияния свойств объекта на значения статистических характеристик переизлучённого сигнала / Россия молодая: передовые технологии -в промышленность. - Матер. 4-й Всерос. молодёжи. НТК с междунар. участием. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011.-Кн. 1.-С. 193-196.

Подписано в печать 23.11.2012. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.п-л. 1,5. Уч.-изд.л. 1,3. Тираж 100 экз. Тип.зак. 75 Заказное

Отпечатано на дупликаторе в полиграфической лаборатории кафедры «Дизайн и технологии медиаиндустрии» Омского государственного технического университета 644050, 0мск-50, пр. Мира, 11

ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

Актуальность тематики.17

Цель работы. Задачи исследований.18

Методы исследований. Научная новизна.19

Практическая ценность результатов работы.21

Основные результаты, выносимые на защиту.21

Реализация результатов работы.22

Апробация работы. Публикации. Структура и объём диссертации . 22 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И

ИЗДЕЛИЙ.27

1.1 Оценка методов неразрушающего контроля с применением радиолокационного зондирования.30

1.1.1 Методы контроля слоистых диэлектрических структур по данным измерений характеристик отражения.32

1.1.1.1 Применение в дефектоскопии методик оценок электрофизических и геометрических параметров типов земной поверхности по радиоизображениям.34

1.1.2 Методы контроля по фазочастотной зависимости коэффициента отражения.35

1.2 Методы прямого импульсного зондирования.38

1.2.1 Импульсное сверхширокополосное зондирование .38

1.2.1.1 Подповерхностное зондирование.40

1.2.2 Метод голограмм.47

1.3 Реализованные возможности использования статистических характеристик сигналов.47

1.4 Распознавание обнаруженных объектов при неразрушающем контроле с применением радиолокационного зондирования.49

1.4.1 Анализ информативности алгоритмов обработки отражённых локационных сигналов.51

1.5 Обзор и оценка методов распознавания объектов.57

1.5.1 Классификация систем распознавания.63

1.5.2 Параметрическая идентификация труднодоступных объектов.64

1.5.3 Оценка применимости принципов нейронных сетей и агентного моделирования в области распознавания (классификации) объектов и определения их параметров. 68

Выводы. 71

2 ОБРАБОТКА ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРИБОРАХ И СРЕДСТВАХ КОНТРОЛЯ ПРИ МОНОИМПУЛЬСНОМ ЗОНДИРОВАНИИ. 73

2.1 Оценка отражённого электромагнитного поля в точке наблюдения. 73

2.2 Влияние свойств объекта на фазу отражённого сигнала. 79

2.3 Связь между индуктивностью объекта и поверхностным током . 86

2.3.1 Связь индуктивности с формой объекта.86

2.3.2 Связь индуктивности с длиной и площадью контура.88

2.4 Способ относительного диагностирования свойств недоступного объекта по фазовым параметрам рассеянного поля.89

2.5 Обоснование нейросетевого способа распознавания и определения параметров объектов зондирования. 96

Выводы. 99

3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА . 101

3.1 Оценка возможности определения формы и материала объекта по значению его индуктивности.101

3.1.1 Оценка возможности определения материала объекта.109

3.2 Процесс установления переходных процессов на объекте с учётом их инерционности.111

3.3 Обеспечение когерентности сигналов, используемых при реализации алгоритма СШП зондирования. 124

3.4 Методика определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды и оценка влияния свойств объекта на амплитудный и фазовый спектр переизлучённого сигнала. 130

Выводы.139

4 ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ФАЗОВЫХ СИСТЕМАХ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО

КОНТРОЛЯ.141

4.1 Оценка влияния свойств объекта на значения статистических характеристик переизлучённого сигнала.141

4.2 Формальная модель системы распознавания и задачи классификации.154

4.2.1 Алгоритм классификации.155

4.3 Программная реализация системы распознавания.160

4.4 Результаты исследования модели системы распознавания.167

Выводы.170

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.171

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.174

Приложение А. Информативные возможности частных методик определения формы и материала объекта по значению его индуктивности 183

Приложение Б. Амплитудный и фазовый спектры импульса-отклика при отражении от объекта «цилиндр со штырём».193

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

GPR (Ground Penetrating Radar ) - радиолокаторы подповерхностного зондирования или георадары - это устройства, предназначенные для электромагнитного зондирования конденсированных сред (в том числе почвы, осадочных и скальных пород, воды, льда и т. д.).

SOFTMAX-^упкцяя: одна из основных функций активации, получивших enet распространение в искусственных нейронных сетях [64]: OUT = -—jj^f7.

Lie 1

Здесь суммирование производится по всем нейронам данного слоя сети. Такой выбор функции обеспечивает сумму выходов слоя, равную единице при любых значениях сигналов NET¡ данного слоя. Это позволяет трактовать OUT¡ как вероятности событий, совокупность которых (все выходы слоя) образует полную группу.

Такое полезное свойство позволяет применить SOFTMAX-функцию в задачах классификации, проверки гипотез, распознавания образов и во всех других, где требуются выходы вероятности.

Ошибка выборки - это разность между значением показателя, который был получен по выборке, и генеральным значением этого показателя.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АПЧ - автоподстройка частоты;

Асс - асимметричность;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

ВАРУ - временная автоматическая регулировка усиления;

Д Д - динамический диапазон;

ДНЗ - диод с накоплением заряда;

ИВ Д - исправленная выборочная дисперсия;

ИВ СКО - исправленное выборочное СКО;

Инт - интервал;

МО - математическое ожидание; Ме - медиана; Мо - мода;

ОМО - оценка математического ожидания;

ПВ - пространственно-временная (структура);

ПВР - пространственно-временное распределение;

ПИФ - пропорционально-интегрирующий фильтр;

СКО - среднеквадратичное отклонение;

СЛАУ - система линейных алгебраических уравнений;

Сумма - сумма выборочных значений;

Счёт - объём выборки;

СШП - сверхширокополосный (сигнал, тракт);

УВХ - устройство выборки-хранения;

УГ - управляемый генератор;

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты;

ФД - фазовый детектор;

ФНЧ - фильтр нижних частот;

ФЧХ - фазочастотная характеристика;

ЧФАПЧ — частотно-фазовая автоподстройка частоты (с частотно-фазовым детектором);

Экс - эксцесс;

А - оператор прямой задачи, который ставит в соответствие параметрам р структуры (числу слоев, их толщинам и значениям диэлектрической проницаемости) значения измеряемой характеристики г (например, характеристики отражения);

Ап - амплитуда /1-й гармоники; д ~ магнитное сопротивление сердечника; ьк а(0 - огибающая импульсной характеристики; Я/ - амплитуда /-го импульса;

Л —»

I п - единичный вектор нормали к поверхности в точке V ; аг - единичный вектор от объекта к точке наблюдения;

Ст} - классы объектов; ст} — ядра классов в пространстве классов С; с — скорость света в вакууме; са - скорость распространения радиоволн в среде; с1 у., ст - начальные значения ядер классов объектов количеством М\ с? - компоненты ядер классов объектов; а) И - размер объекта; б) /) - суммарная мера близости для всего множества {х^} входных объектов; рт,р выходная Сумма формального нейрона; 11 - толщина слоя;

13Ррадсц - элемент объёма радиосцены;

I3 И = (IV — элемент объёма V в точке наблюдения;

- мера близости объекта к ядру; х^1 ) - вспомогательные меры близости объекта к ядру, определённые для двух объектов;

- вспомогательные меры близости для двух ядер классов; (И\ (IV\ . - элементарные нити тока (в произвольном контуре); (Ц - элементарный вектор длины;

Е — амплитуда прямоугольных импульсов;

Е]т - напряжённость электрического поля прямой волны; р) - электромагнитное поле в точке наблюдения Р, возбуждаемое суперпозицией электрических и магнитных токов;

- отсчёт принятого сигнала в 1-й позиции регистратора;

- сумма максимальной и минимальной частот в спектре сигнала;

V - площадь сечения сердечника, перпендикулярная линиям индукции в данной точке;

Л Л 2 ^ - прямое и обратное преобразование Фурье;

Р(<р) - нормированная характеристика фазового детектора; рг) — характеристика, отражающая поведение разности мгновенных значений фаз между сигналами падающим и излучаемым; р0) -нормированная характеристика фазового детектора в точке устойчивого равновесия щ\

Р(<рго) — точка устойчивого состояния зависимости, показывающей поведение разности между мгновенными значениями фаз падающего сигнала и переизлучаемого сигнала; ((рго) — производная функции, показывающей поведение разности между мгновенными значениями фаз падающего сигнала и переизлучаемого сигнала в точке устойчивого состояния; с - несущая частота; уг ~ частота управляемого генератора;

О) - дополнительное воздействие со стороны объекта зондирования при изменении его свойств;

С - функция Грина приёмной антенны;

С^% б) — функция Грина для исходного уравнения; х) — функция Грина, являющаяся передаточной функцией системы и описывающей отклик системы с переменными параметрами на входной импульс;

Н- напряженность магнитного поля;

Нд; Я, — напряженность магнитного поля падающей волны;

Н1 - падающее магнитное поле; рассеянное поле в дальней зоне; - высота подъёма точки излучения над поверхностью; кзср - импульсная характеристика зондируемой среды;

Ьинтзср - интегральная импульсная характеристика зондируемой среды;

Нкчрас ~ импульсная характеристика канала частичного распространения сигнала;

Ьпптр — импульсная характеристика приёмопередающего тракта;

I - электрический ток в источнике рассеянного поля, возбуждающий отражённое электромагнитное поле;

1пов - индуцированный поверхностный ток;

1Э - электрические составляющие тока (токи проводимости или поляризации в металлических и диэлектрических элементах);

Iм - магнитные составляющие тока (токи магнитной поляризации в магнетиках либо эквивалентные магнитные токи в объекте);

У,у- плотность поверхностного тока;

Упов ~ поверхностная плотность индуцированного поверхностного тока; пов ~ поверхностная плотность дополнительного тока, обусловленного искривлением поверхности; ум - векторы плотности электрических и магнитных токов, возбуждающих отражённое поле у источников;

К(р) - операторный коэффициент, отражающий характеристику и степень влияния объекта на скорость изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала;

КР - коэффициент усиления по петле ФАПЧ в разомкнутом состоянии;

КфнчФ)> Куг(Р) ~ передаточные функции субстрактора, фильтра нижних частот и управляемого генератора соответственно; к = со/с = 2т$/с — постоянная распространения; кр- статическая характеристика управляемого генератора [В/Гц];

Ь - индуктивность;

Ь0 - индуктивность катушки без сердечника;

Ькр- индуктивность кольца с сечением провода круглой формы;

Ькд- индуктивность кольца с сечением провода квадратной формы;

Ьк - индуктивность, обусловленная линиями индукции в сердечнике;

Lm - индуктивность катушки с сердечником;

Ls - индуктивность, обусловленная линиями индукции вне сердечника; - длина; l\ I" - длины нитей произвольного контураконтура;

М - взаимная индуктивность;

М12 = ^21 = ту / di' / Mdi" - взаимная индуктивность двух контуров;

Мэ = —ШЦ01Э + (ШЕц}'19rad divi3 — rotlM - описывает в элементарном объёме dV элементарный электрический вибратор; т(р) - функция, определяющая номер класса по индексу р множества объектов (разбивающая объекты на классы);

NETji - взвешенная сумма формального нейрона;

Nx(p) — передаточная функция по остаточной разности напряжений на входах субстрактора системы АПЧ;

Pj— интенсивность излучения; р - радиус-вектор исследуемой точки; рт - наименьший из радиусов кривизны кривой;

Q = Ts/Ts - скважность импульсной последовательности; а) R - коэффициент отражения; б) R - отклонение радиус-вектора точки наблюдения от радиус-вектора текущей точки интегрирования; в) R-, Rff((о) - коэффициент отражения;

Rm(P> О)) ~ значения коэффициента отражения из модели для набора параметров /?;

Roi, Ri2~ коэффициенты отражения Френеля на соответствующих границах раздела;

Ri, Qi - радиус-векторы /-й позиции приёмной и передающей антенн;

R - координата (элемента приёмной антенны);

R Е V — координата точки наблюдения;

Г/ — элементарный импульс, соответствующий 1-й границе отражения (переотражения) в структуре с временем задержки г — расстояние от объекта до точки наблюдения; г(п) - отсчёты импульсной характеристики; ги — полученные при исследовании значения измеряемой характеристики, сопровождаемые погрешностью измерения; г(0 - импульсная характеристика; а) V - радиус-вектор точки наблюдения; б) г - вектор, проведённый из точки расположения элемента с током в точку наблюдения; г

V — радиус-вектор текущей точки интегрирования в центре элементарной площадки; а) £ - поверхность объекта; б) S - исправленное среднеквадратичное отклонение случайной величины^, вычисленное по выборке: 5 = Х)^ ;

So- крутизна изменения фазы гармоники фг(() под влиянием со стороны объекта; г - площадь элементарной площадки, на которые разбивается поверхность объекта.

- проекция освещенной части поверхности, заключенной между плоскостями ъ — 0 и ъ на плоскость, перпендикулярную оси sign(•) - знаковая функция;

Т— период;

Т$ - период следования зондирующих импульсов; у - квантиль уровня (7 — У). Определяется из таблицы квантилей распределения Стьюдента в зависимости от доверительной вероятности /и числа степеней свободы (п — 7);

7/7 - время установления переходного процесса;

Uo(t) ~ оператор, интегрально отражающий все возможные факторы воздействия со стороны объекта на падающую электромагнитную волну; uо мах ~ оператор, отражающий максимально возможную степень воздействия на фазу гармоники переизлучённого сигнала со стороны объекта; Ums- амплитуда зондирующего импульса; Uш - сигнал опорного генератора; Uоит - выходной сигнал; UTr- напряжение на выходе триггера Шмита;

Uy(t) - воздействие физических и химических характеристик объекта на падающую электромагнитную волну при переизлучении; Us(t) - излучённый сигнал; Uc(t) - напряжение сигнала;

Msзонд(0 - сигнал, воздействующий на зондируемую среду; ll(R) - комплексная амплитуда напряжения на выходе элемента приёмной антенны с координатой R\

Vq, Уц/ — источники рассеяния (отражённого поля); Урадсц - объём радиосцены; V— скорость электромагнитной волны в среде; Wiji - весовые коэффициенты формального нейтрона;

Хжв(Р) — эквивалентная интенсивность излучения радиосцены; Хцу Xi2, Хм - наблюдаемые значения объясняющих переменных (в обозначении Ху первый индекс i определяет номер измерения, а второй j - номер переменной);

Xq — выборочное среднее (оценка математического ожидания); X ; Xj - радиоисточник; векторный радиоисточник; Xj- радиоисточник рассеянного поля (отражённого поля); ЛТэкв (-Р) — суперпозиция излучения всех радиоисточников X; {хр} , xf - объекты;

Сxljl) ~ входные сигналы формального нейтрона; Y - зависимая переменная;

У (т) - наблюдаемый процесс; у о — пространственно-локализованный сигнал, принадлежащий конкретной точке пространства, изображаемой в индексе цифрой (буквой); у1 - 1-е наблюдение зависимой переменной; а) а — коэффициент, характеризующий скорость установления фазы ^ сигнала на объекте зондирования; б) се- коэффициент формы импульса; Рк — коэффициенты регрессионной модели;

АР - ширина спектра (разность максимальной и минимальной частот в спектре) сверхширокополосного сигнала;

Л( - интервал времени; временная задержка;

Аф - приращение фазы;

Д<рг - добавка к установленной в системе фазе при облучении объекта, появившаяся из-за влияния его характеристик;

А<рг(0) — приращение фазы гармоники зондирующего сигнала; 6(0 - дельта-функция Дирака; а) £— диэлектрическая проницаемость материала; б) £ — случайное слагаемое (возмущение); в) £/ - погрешности /-го измерения;

Ба- абсолютная диэлектрическая проницаемость; ео - диэлектрическая проницаемость вакуума (диэлектрическая постоянная); а) Ф — магнитный поток; б) Ф — фаза отражённой волны; в) Ф — функция, отражающая поведение скорости изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала во времени в зависимости от интегрального воздействия объекта на переизлучаемую энергию;

Ф(р) - коэффициент передачи кольца автоподстройки частоты; а) <РМ - фаза гармоники сигнала; б) <Рг(1) ~ фаза гармоники переизлучённого сигнала;

14 фур - точка устойчивого равновесия;

Г(., С] - регистрирующий оператор; а) у— нелинейность амплитудной характеристики; б) у— доверительная вероятность;

17 - кратчайшее расстояние между нитями с током;

- угол; ф - фаза поля в точке наблюдения;

Щ -отсчёты ФЧХ на N эквидистантных частотах 0)^; d(prft(t)/dt - начальная разность между значением скорости изменения мгновенной фазы падающего и переизлучаемого сигнала dq>r(t)/dt в данный момент времени, - без учёта воздействия на скорость изменения мгновенной фазы переизлучаемого сигнала со стороны объекта с имеющейся на объекте ситуацией по значениям различных переходных процессов при их установлении во времени; d(pr MAx/dt - максимально возможное изменение фазы переизлучаемого сигнала;

U) - нелинейная зависимость процесса установления фазы гармоники (<d<pr(t)/dt) в зависимости от воздействия со стороны объекта;

Л - длительность сигнала в пространстве;

Л - длина волны;

U - магнитная проницаемость;

Ла - абсолютная магнитная проницаемость;

Цо - магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоянная);

JA, - относительная магнитная проницаемость: flr = JLl/fio', нелинейная составляющая приближения в аппроксимации нелинейной зависимости F(g>r) (характеристики, отражающей поведение разности мгновенных значений фаз между сигналами падающим и излучаемым);

0 - угол падения волны на поверхность (относительно нормали);

01(Í) - фазо-временная характеристика; ря(Ар, Гц) - расстояние между Ар и г и в метрическом пространстве Я возможных значений г\

Рк - расстояние (при изменениир носит название целевой функции); а) Т- длительность сигнала; б) т- постоянная времени;

Ts — длительность зондирующего импульса;

Тр— постоянная времени управляемого генератора;

Г2Н и Оу- начальная растройка и полоса удержания в системе;

60 — круговая (угловая) частота;

4*1 - поток самоиндукции контура; - символ скалярных произведений вектор-функций;

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность тематики диссертационной работы. В ряде направлений хозяйственной, производственной, военной и научной деятельности имеется необходимость обнаружения, наблюдения, контроля и определения геометрических и физических параметров объектов в различных непрозрачных средах (почва, вода, лёд и т. п.), строительных конструкциях (кирпичных, бетонных и деревянных), а также в диэлектрическом слое. Этим определено интенсивное развитие области контроля природной среды, веществ, материалов и изделий методами радиолокации.

Радиолокационная интроскопия имеет целью обнаруживать, идентифицировать, определять местоположение и классифицировать объекты, структуры естественного и искусственного происхождения в диэлектрическом слое. Метод используется при неразрушающем контроле и диагностике различных сооружений, электрических кабелей, содержимого газо- и нефтепроводов под землёй, дорожных и аэродромных покрытий. Радиолокационную интроскопию использует инженерная геология (изыскания без вскрытия земли), в строительстве оценивается качество стен и покрытий, а также при поиске боеприпасов, захоронений, в археологии, т. п. В первую очередь, метод позволяет обнаружить диэлектрическую неоднородность различной конфигурации [56].

В данной области исследований используется объединяющий термин «геометрические параметры объекта», подразумевающий под собой определение формы объекта, определение ориентации объекта и локализацию объекта. С позиции математики, при определении параметров объектов решают обратную задачу математической физики [46]. Определение геометрических параметров производится за счёт рассеивания объектами электромагнитного поля, когерентного с выборками амплитудно-фазового распределения падающего поля. Сверхширокополосная радиолокационная интроскопия используется для контроля и диагностики объектов в диэлектрическом слое [16] с ярко выраженными затуханием и дисперсией (как рассеивание).

Зондирование сопряжено с учётом влияния на отражённый от объекта сигнал других волн, отражённых от неоднородностей среды распространения и попавших в раскрыв приёмной антенны. Это приводит к тому, что различные способы радиолокационной интроскопии могут дать геометрические параметры объектов, значительно отличающиеся от значений, имеющихся в действительности.

К настоящему времени разработано большое количество различных методов контроля и диагностики объектов в непрозрачных средах. Большой вклад в развитие этой области внесли отечественные и зарубежные учёные, такие как Г.А. Андреев, A.B. Андриянов, Л.Ю. Астанин, A.M. Ахметшин, Ю.Е. Воско-бойников, В.Б. Гласко, Г.В. Глебович, А.Ю. Гринёв, И.Б. Гуревич, О.О. Дроба-хин, Р.В. Загидулин, А.З. Киселев, О.Н. Линников, С.П. Панько, А.И. Потапов, A.B. Сотников, C.L. Bennet, J.D. М.Н. Hayes, Joung, Е.А. Robinson, A. Shlivinski, и другие. Однако у существующих методов зондирования, применяемых в нашей стране и за рубежом, существуют проблемы, подлежащие решению. Изображение объекта не отличается точностью и чёткостью, не обеспечиваются требования к погрешности не более 5-10 % (от глубины зондирования) в определении толщины объекта и его электрофизических характеристик. Решение широкого круга задач контроля сдерживается недостаточной достоверностью обнаружения и диагностики объектов, низкой точностью определения их параметров.

Таким образом, рассматриваемая в диссертации задача разработки нового способа, алгоритма и программного обеспечения для решения задачи реконструкции и оценки значений геометрических и электрофизических характеристик сред и объектов по результатам СШП-зондирования, что гарантировало бы высокую достоверность обнаружения и диагностики объектов, высокую точность определения их параметров, является актуальной и важной.

Цель работы: создание научных основ способа аналитического неразру-шающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, а также алгоритмического и программно-технического обеспечения для процесса обработки информативного сигнала и представления результатов в приборах и средствах контроля.

Предмет исследования: научное обоснование усовершенствования существующих способов моноимпульсного зондирования при аналитическом и не-разрушающем контроле природной среды, веществ, материалов и изделий. Методическое и информационное обеспечение для локальных, региональных и глобальных систем экологического мониторинга природных и техногенных объектов.

Задачи исследований: для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.

1 Провести сравнительный анализ методов аналитического неразрушаю-щего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, и оценить их возможности по увеличению достоверности и точности по результатам радиочастотного зондирования.

2 Разработать теоретические положения, отражающие связь энергии отражённой волны с падающим воздействием. Разработать методику составления и решения уравнений для времени установления переходных процессов на объекте, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и влияющих на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

3 Получить алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, который позволит выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал. Предложить концепцию построения системы для дистанционного зондирования, предполагающую более высокие технические характеристики относительно известных способов построения аналогичных систем.

4 Выявить и исследовать иные информативные показатели отражённого сигнала для оценки параметров зондируемого объекта, и обладающие выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта.

5 Исследовать ключевые модули предлагаемой системы диагностирования, обеспечивающие достоверное и эффективное распознавание объектов, получить оценки их характеристик, что позволит применять их при проектировании систем контроля недоступных объектов, а также и в самостоятельных задачах, связанных с идентификацией и оценкой параметров объектов по результатам радиочастотного зондирования.

Объекты исследования: методы неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, использующие радиочастотное отражение.

Методы исследований. В диссертационной работе в сочетании с теоретическими исследованиями использована проверка полученных результатов экспериментально и численным или схемотехническим моделированием. Из теоретических методов использовались интегральное и дифференциальное исчисление, теория линейных и нелинейных систем, ряд Фурье и степенные ряды, положения теории измерений, математической статистики и методы анализа

19 систем автоматического регулирования, методы аппроксимации. Достоверность основных теоретических выводов подтверждена как программным экспериментом, так и итогами численного и схемотехнического моделирования.

Научной новизной обладают следующие основные результаты работы.

1 Способ, и алгоритм его реализации, для оценки параметров объекта и последующего его распознавания с высокой чувствительностью по геометрическим координатам, по изменениям формы и по физическим и химическим свойствам объекта.

Способ, в связи с неопределённостью регистрации рассеянного объектом поля относительно возбуждающих его электрических и магнитных токов, и градиентной составляющей от них, обладает меньшей алгоритмической сложностью, трудоёмкостью и затратностью вычислительной мощности.

2 Алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, позволяющий выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал.

Это влияние наиболее существенно проявляется в параметрах высших гармоник амплитудного и фазового спектра, и может быть использовано при построении систем оценки параметров недоступных объектов.

3 Результаты и оценка приближенных решений для времени установления переходных процессов на объекте, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и оценка их влияния на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта.

4 Методика использования показателей описательной статистики статистических характеристик отражённого объектом сигнала, обладающих выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта.

Оценив программным способом все показатели описательной статистики, и исходя из весового коэффициента отдельного показателя, определяемого степенью его информативности, определяется его интегральное значение по данным описательной статистики, дающее оценку параметра зондируемого объекта.

5 Результаты исследования характеристик системы распознавания объектов на основе нейросети, а также системы АПЧ, работающей по ускорению изменения информативного сигнала.

Полученные результаты подтверждают основные теоретические положе

20 ния и выводы данной работы и говорят о возможности их применения при проектировании систем контроля недоступных объектов, а также и в самостоятельных задачах, связанных с идентификацией и оценкой параметров объектов по результатам радиочастотного зондирования.

Практическая ценность результатов работы.

В ходе работы созданы теоретические и практические положения и методики для проектирования ключевых модулей системы дистанционного зондирования, включающие следующее.

1 Способ и алгоритм сверхширокополосного зондирования, использующий информацию об амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала.

Использование предложенного способа для решения широкого круга задач контроля повышает достоверность обнаружения и диагностики объектов, повышает точность определения их параметров.

2 Методика восстановления параметров радиоисточников, обладающая меньшей алгоритмической сложностью, трудоёмкостью и затратностью вычислительной мощности.

3 Результаты приближённых решений для времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии и результаты оценки их влияния на информативные показатели отражённого сигнала.

Полученные данные позволяют получить оценку параметров объекта, в то время, как в известных литературных источниках этой инерционностью пренебрегают.

4 Результаты исследования характеристик системы АПЧ, использующей для установки и удержания частоты, ускорение изменения сигнала, и позволяющие обеспечить высокую степень когерентности сигналов в системах контроля и диагностики недоступных объектов.

5 Результаты исследования характеристик системы распознавания объектов на основе нейросети, повышающие эффективность при исследовании объекта по значениям амплитуд и фаз гармоник Фурье-преобразования импульса-отклика, и рассчитанным по данным, хранящимся в памяти и относящимся к мгновенным значениям сигнала-отклика.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1 Способ, алгоритм и методика его реализации, для сверхширокополосного зондирования недоступных объектов, использующие информацию об ампли

21 у тудном и фазовом спектре отражённого сигнала.

2 Методика оценки характеристик исследуемого объекта по описательной статистике параметров переотражённого сигнала.

3 Методика составления уравнения, связывающего энергию отражённой объектом волны с падающим воздействием.

Методика получения приближенных решений для времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии, а также определения их влияния на информативные показатели отражённого сигнала, и позволяющие получить оценку параметров объекта.

4 Методика и алгоритм определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, которые позволяет выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал.

Это влияние наиболее существенно проявляется в параметрах высших гармоник амплитудного и фазового спектра и может быть использовано при построении систем оценки параметров недоступных объектов.

5 Данные сравнительного анализа методов аналитического неразрушаю-щего контроля, данные по использованию способа использования фазового сдвига отражённого сигнала в качестве информативного параметра, данные оценки параметра зондируемого объекта по показателям описательной статистики, а также по использованию системы распознавания объектов на основе нейросети.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационных исследований использованы при выполнении госбюджетной темы 2.07Ф «Методология метрологического обеспечения нано-электроники» № ГР 01200712208; Инв. № 02201155167. Разработка выполнялись в соответствии с техническим заданием на проведение НИР по заказу Министерства образования и науки РФ.

Результаты исследований использованы в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ) в учебном процессе по специальностям 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии», направления 200100 «Приборостроение», специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» и направления 230100 «Информатика и вычислительная техника».

Апробация работы.

Материалы работы докладывались и обсуждались:

22

- на всероссийских НТК «Россия молодая: передовые технологии — в промышленность» (Омск, 2010, 2011), «Современные техника и технологии» (Томск, 2011);

- на международных НТК «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2007, 2009);

- на региональных НТК «Информационные технологии и автоматизация управления» (Омск, 2009,2010, 2011).

Публикации.

Результаты диссертации опубликованы в 11 работах: трёх статьях в центральных периодических журналах (статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации); одной статьи в ведомственном издании; двух статьях в сборниках трудов международных научно-технических конференций; пяти статьях в сборниках трудов всероссийских НТК.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 100 наименований отечественных и 13 наименований публикаций зарубежных авторов, двух приложений. Работа содержит 203 страницы текста (в том числе основного - 167 страниц), 31 рисунок и 17 таблиц.

Выводы

1 Для оценки параметра зондируемого объекта может быть выбран один из показателей описательной статистики, если он обладает выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта.

Также, можно программным способом оценить все показатели описательной статистики, и исходя из весового коэффициента отдельного показателя, определяемого степенью его информативности, определить интегральное значение по данным описательной статистики, дающее оценку параметра зондируемого объекта.

2 Система распознавания объектов на основе нейросети (с интерпретатором в виде слоя нейронов Гроссберга, эвклидовой мерой близости для классификации объектов — сетью Кохонена) позволяет получить приемлемую вероятность нераспознавания (при различном числе обучающих итераций), вычисленную для различных образов по различной длительности фронта сигнала-отклика, уже при входном векторе из двадцати элементов (десять значений амплитуд и десять фаз). Средняя вероятность нераспознавания составляет 3-5 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследований в данной работе получены следующие основные результаты.

1 Данные по итогам сравнительного анализа методов аналитического неразру-шающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. В целях увеличения достоверности и точности по результатам радиочастотного зондирования сделаны выводы о возможности использования изменений в амплитудном и фазовом спектре отражённого сигнала в качестве информативного параметра, с помощью которого можно проводить как распознавание объекта, так и определение его геометрических и физических параметров.

Сделан вывод о применимости нейросетей прямого распространения для решения задач классификации в связи с их способностью генерировать большое количество регрессионных моделей, которые используются в решении задач классификации.

2 Предложена и исследована методика составления уравнения, связывающего энергию отражённой волны с падающим воздействием. Уравнение отражает вид переходных процессов на объекте. Методика использует инерционную эквивалентную схему объекта, а также учитывает скорость переходного процесса на объекте при изменении падающего воздействия. Предложена методика получения приближенных решений для времени установления переходных процессов, ведущих к изменению формы падающего импульса энергии, а также определения их влияния на информативные показатели отражённого сигнала, позволяющие получить оценку параметров объекта. Во всех известных литературных источниках этой инерционностью пренебрегают.

Получены и приведены результаты анализа и классификация методов идентификации объектов, позволяющие с принципиальных позиций дать оценку возможности и потенциальной пригодности различных способов, направленных на решение поставленной задачи.

3 Предложен способ определения значения интегральной импульсной характеристики зондируемой среды, который позволяет выявить влияние зондируемого объекта на отражённый импульсный сигнал. Это влияние наиболее существенно проявляется в параметрах высших гармоник амплитудного и фазового спектра и может быть использовано при построении систем оценки параметров недоступных объектов.

Исследовано поведение мгновенной фазы переизлучаемого сигнала, которое позволяет отразить во времени ход переходных процессов на объекте, то есть при формировании переизлучаемого сигнала. Падающую волну необходимо рассматривать как источник возбуждающей энергии.

4 Показано, что для оценки параметра зондируемого объекта может быть выбран один из показателей описательной статистики, если он обладает выраженной информативностью или высокой крутизной изменения значения показателя в зависимости от параметра объекта. Программным способом возможно оценить все показатели описательной статистики, и исходя из весового коэффициента отдельного показателя, определяемого степенью его информативности, определить интегральное значение по данным описательной статистики, дающее оценку параметра зондируемого объекта.

5 Возможность эффективного использования системы распознавания объектов на основе нейросети и системы АПЧ, работающей по ускорению изменения информативного сигнала, подтверждена результатами исследования их характеристик, что позволяет говорить о возможности их применения при проектировании систем контроля недоступных объектов, а также и в самостоятельных задачах, связанных с идентификацией и оценкой параметров объектов по результатам радиочастотного зондирования.

Нейросетевая система распознавания показала эффективность исследования формы объекта по оценке амплитуд и фаз гармоник Фурье-преобразования импульса-отклика, рассчитанным по данным, хранящимся в памяти и относящимся к мгновенным значениям сигнала-отклика. Применением стробоскопических устройств выборки-хранения снимаются требования по быстродействию для дальнейшего аналого-цифрового преобразования «медленными» устройствами, а коды полученных отсчётов хранятся в памяти.

Система распознавания объектов на основе нейросети (с интерпретатором в виде слоя нейронов Гроссберга, эвклидовой мерой близости для классификации объектов - сетью Кохонена) позволяет получить приемлемую вероятность нераспознавания (при различном числе обучающих итераций), вычисленную для различных образов по различной длительности фронта сигнала-отклика, уже при входном векторе из двадцати элементов (десять значений амплитуд и десять фаз). Средняя вероятность нераспознавания составляет 3-5 %.

6 Показана возможность обеспечения когерентности сигналов в фазовых системах контроля и диагностики недоступных объектов путём использования существующих фазозадающих устройств на основе систем ФАПЧ. Более высокие характеристики может дать предложенный способ построения АПЧ, использующий для установки частоты не фазу сигнала (первую производную; скорость изменения сигнала) как в ФАПЧ, а ускорение изменения сигнала.

Результаты моделирования подтверждают достоверность обоснованной в работе модели системы АПЧ, позволяющую реализовать методически астатичную по фазе систему автоподстройку. Такая АПЧ, имея субстрактор в качестве наблюдателя-регулятора, приспособлена для построения устройств задания частотных, временных и фазовых сдвигов, оперируя параметром «напряжение».

1. Горелик A.JL, Гуревич И.Б., Скрипкин В.А. Современное состояние системы распознавания. Некоторые аспекты. -М.: Радио и связь, 1985. 160 с.

2. Касаткин A.B. Возможности, области применения и современный уровень развития наноимпульсной подповерхностной радиолокации // «Экономика и производство»: Прилож. «Технологии, оборудование, материалы». № 4. - 1999. - С. ??

3. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации / Пер. с польского И.Д. Рудинского. — М.: Финансы и статистика, 2002. 344 с.

4. Применение нейронных сетей для задач классификации и кластеризации Электронный ресурс. / А. Стариков. Режим доступа: http://www.basegroup.ru/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

5. Практическое применение нейронных сетей для задач классификации и идентификации Электронный ресурс. / О.П. Солдатова, С.С. Байков. Режим доступа: http://www.zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/135.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

6. ООО «ЭЛ НЕТ». Технологии Электронный ресурс. http://www.elnet.net.ua/dir/index.php? option=content&task=view&id=25&Itemid=:48 , свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

7. Воскобойников Ю. Е. Устойчивые методы и алгоритмы параметрической идентификации : монография / Ю. Е. Воскобойников ; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2006. - 180 с.

8. Дейч А. М. Методы идентификации динамических систем / А. М. Дейч. -М.: Энергия, 1979.-240 с.

9. Мамай В.И., Сотников A.B., Щербань О.Г. Субоптимальная параметрическая идентификация нелинейных стохастических систем // Известия ВУЗов. Сер. Радиоэлектроника, 2005. № 3. - С. 15-23

10. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в динамической калометрии // Приборостроение, 2004. № 1. - С. 59-63.

11. Линников О.Н., Сосулин Ю.Г., Толмазов Б.Т., Трусов В.Н., Юфряков Б.А. Обработка сигналов и изображений в импульсном радиолокаторе подповерхностного зондирования // Радиотехника и электроника, 2004 (Т. 49). № 7. - С. 824-839.

12. Цивлин И.П., Форштер A.A., Кадышев С.В. Автономное распознавание радиолокационных изображений в бортовой РЛС // Радиотехника, 2005. № 12. - С. 23-28.

13. Пилипенко Н.В., Зеленская М.Г. Параметрическая идентификация нестационарных тепловых потоков с помощью тепломеров «тонкого диска» // Измерительная техника, 2006. № 7. - С. 46-49.

14. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теплометрии. Часть 1 // Изв. вузов. Приборостроение, 2003 (Т. 46). № 8. -С. 50-54.

15. Линников О.Н., Сосулин Ю.Г., Андрюхин А.Н., Трусов В.Н., Суриков Б.С., Толмазов Б.Б. Радиолокатор подповерхностного зондирования «Дефектоскоп» // Радиотехника, 2002. № 7. - С. 45-50.

16. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. - 376 с.

17. Потапов А.И., Кацан И.Ф., Соколов O.JI. Опыт разработки сверхширокополосных радиолокационных систем подповерхностного зондирования // УрО РАН. -Дефектоскопия, 2005. № 4. - С. 58-62.

18. Патент № 2069892 (RU) G06F17/00. Устройство для моделирования импульсного радиодальномера с автоматическим сопряжением расстояния до диэлектрического слоя / СЗПИ: А.И. Потапов, И.Ф. Кацан, О.Л. Соколов. № 5063246/09. -Бюл. изобр. № 33, 1996.

19. Патент № 2040003 (RU). Стенд для моделирования зон Френеля при отражении радиоволн / СЗПИ: А.И. Потапов, И.Ф. Кацан, О.Л. Соколов. № 92007645/09 C1 (RU). МКИ G 01 R 29/10. Заявл. 17.11.1992; Опубл. 20.07.1995. - Бюл. изобр. № 20,1995.

20. Электромагнетизм и оптика: Лекции по физике / Ю.Н. Колмаков, Ю.А. Пе-кар, Л.С. Лежнева. г. Тула: Изд-во Тул. гос. ун-та, 1999. - 129 с.

21. A.c. 481855(СССР). МКИ G 01 R 25/00. Способ формирования напряжений с калиброванным фазовым сдвигом / И.А. Андреев, С.И. Пячин. № 1976113/18-10; Заявл. 11.12.73; Опубл. 15.08.75, Бюл. № 30.

22. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Г.В. Глебович, A.B. Андриянов, Ю.В. Введенский и др.; Под ред. Г. В. Глебовича. М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.

23. Панько С.П., Баранцев В.И. Радиолокационное определение характеристик подповерхностных структур // Радиотехника и электроника. 1990, № 9. - С. 18161821.

24. Боровков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. — М.: Связь, 1978.- 189 с.

25. Joung J.D. Target imaging multiple frequency radar returns. IEEE Trans., 1976, v. AP-24, №3, p.p. 276-278.

26. Bennett C.L., DeLorenzo J.D. Short pulse response of radar targets. Antennas and Propagation Society International Symposium. - Dec., 1969. - Vol. 7, p.p. 124-130.

27. Киселев А.З. Теория радиолокационного обнаружения на основе использования векторов рассеяния целей. М.: Радио и связь, 2002. - 272 с.

28. Никонов A.B., Никонова Г.В. Преобразователь частоты с управляемыми характеристиками // Измерительная техника. № 1. - 2008. - С. 47-51.

29. Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная монография / Под ред А.Ю. Гринёва. М.: Радиотехника, 2005. - 416 с.

30. Никонов В.А. Информативность инструментальных измерений при подповерхностном зондировании // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - № 3 (83). - 2009. - С. 252-256.

31. Андреев Г.А., Гладышев Г.А., Журавлёв A.B. Моделирование голограммы и восстановление изображения при подповерхностном зондировании // Радиотехника. -№ 7.-2007.-С. 3-8.

32. Shlivinski A., Heyman Е., Langenberg К. Migration based imaging using the UWB bam summation algoritm. Pore. XXXIIth General Assembly of International Union Radio Science (URSI), October 23-29, 2005, New Delhi, India.

33. Гаврин A.B., Мальцев Д.Б. Подповерхностное широкополосное зондирование // Радиотехника. № 6. - 1995. - С. 74-77.

34. Рабинер Д., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. -М.: Мир, 1978. с.

35. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М.: Радио и связь, 1986. - с.

36. Астанин Л.Ю., Костылёв A.A. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. М.: Радио и связь, 1989. - с.

37. Лейт Э. Квазиголографические методы в диапазоне СВЧ // ТИИЭР. 1971, т. 59,№9.-С. 23—42.

38. Методы и устройства радио- и акустической голографии / Под ред. Л.Д. Бахраха, А.П. Курочкина. Л.: Наука, 1980. - с.

39. Воронин E.H., Шашенков В.Ф. Микроволновая селективная голография. -М.: Радио и связь, 2003. 535 с.

40. Загидулин Р.В. Об оценке формы при распознавании дефектов сплошности // Дефектоскопия. 1995. -№ 12. - С. 10-16.

41. Загидулин Р.В., Щербинин В.Е. Определение геометрических параметров дефектов сплошности методами теории распознавания. Детерминированные признаки классификации // Дефектоскопия. 1994. - № 12. - С. 70-81.

42. Андреев М.В., Борулько В.Ф., Дробахин О.О. Применение концепции квазиразрешения для определения параметров слоистых диэлектрических структур по данным измерений характеристик отражения на многих частотах // Дефектоскопия. 1995. -№ 12.-С. 41-50.

43. Гласко В.Б. Обратные задачи математической физики. МГУ, 1984. - 112 с.

44. Робинсон Э.А. Спектральный подход к решению обратной задачи в геофизике на преобразовании Лоренца, Фурье и Радона. ТИИЭР. - М.: Мир, 1982. — Т. 70, №9. -С. 153-171.

45. Батраков Д.О., Будко Н.В., Жук Н.П. Интерпретация данных зондирования слоистых структур на основе решения обратной задачи рассеяния электромагнитных волн. ЖТФ, 1994. - Т. 64, № 1. - С. 152-161.

46. Дробахин О.О. Определение зависимости амплитуды отражённого импульса в методе синтезирования огибающей радиоимпульса. Дефектоскопия, 1994, № 8, С. 48-55.

47. Колодий Б.И., Лящук О.Б., Федорчак Б.И. Радиоволновая толщинометрия плоскослоистых диэлектрических материалов на основе метода глобальной минимизации // Дефектоскопия, 1990. № 9. - С. 67-71.

48. Бреховских JIM. Волны в слоистых средах. -М.: Наука, 1973. 343 с.

49. Дробахин О.О., Ахметшин A.M. Оценивание параметров слоистых диэлектрических материалов методом Фурье-преобразования комплексного коэффициента отражения // Дефектоскопия, 1984. № 9. - С. 19-28.

50. Ахметшин A.M., Любошенко И.В. Интроскопия слоистых структур по фазо-частотной зависимости коэффициента отражения // Дефектоскопия, 1995. № 12. -С. 64-69.

51. Ахметшин A.M. Информационные возможности методов широкополосного радиоволнового контроля параметров слоистых диэлектрических структур // Дефектоскопия, 1989. № 1. - С. 83-89.

52. Hayes М.Н., Lim J.S.,Oppenheim A.V. Signal Reconstruction from Phase or Magnitude // IEEE Trans, Acoustics, Speech a Signal Processing, 1980, ASSP-28, № 6, P. 672-680.

53. Кацан И.Ф., Потапов А.И., Соколов O.JI. Радиолокационный интроскоп для автоматизированного обнаружения и идентификации малоразмерных объектов // Дефектоскопия, 1995. № 12. - С. 70-79.

54. Уфимцев П. Я. Введение в метод краевых волн в физической теории дифракции Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.masters.donntu.edu.ua/2008/kita/kirichenko/library/articlel2.htm, свободный. Загл. с экрана. - Яз. рус.

55. Менцер Дж. Р. Дифракция и рассеяние радиоволн / Под ред. JL А. Вайншгейна. Пер. с англ. - М.: Советское радио, 1958. - с.

56. Вайнпггейн JI. А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. -440 с.

57. Кеннауч Е. М., Моффетт Д. JI. Аппроксимация переходных и импульсных переходных характеристик. ТИИЭР, 1965, Т. 53. - № 18. - С. 1024-1026.

58. Патент № 2054657 (RU) G01N22/00. Стенд для исследования отражения и преломления электромагнитных волн на границах раздела слоев / СЗПИ: А.И. Потапов, И.Ф. Кацан, O.JI. Соколов. № 5049772/09. - Бюл. изобр. № , 1996.

59. A.c. № 951055431/09 (RU). Рельефометрический радиолокатор-интроскоп / СЗПИ: А.И. Потапов, И.Ф. Кацан, О.Л. Соколов. Бюл. изобр. № , 1995.

60. A.c. № 96111217/09 (RU). Радиолокационный интроскоп / СЗПИ: А.И. Потапов, И.Ф. Кацан, O.JI. Соколов. Бюл. изобр. № , 1996.64 (27) Заенцев И.В. Нейронные сети: основные модели. Воронеж: ВГУ, 1999. -76 с.

61. В.К. Иванов. Курс общей физики. Оптика Электронный ресурс. 3.8 Мб http://www.vargin.mephi.ru/Lekc/Lekcobph/

62. Кузьменко И.Н. Курс физики. Электронный учебник Электронный ресурс. / Белгородский государственный университет. — Режим доступа: http://phys.bsu.edu.ru/projects/physics/optica/wolnopt.htm,, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

63. Никонов A.B., Никонов В.А. Информативность фазовой компоненты электромагнитной волны при контроле и диагностировании свойств объектов // Системы управления и информационные технологии. № 2 (40). - 2010. - С. 86-91.

64. Митрофанов И.Г. Взаимодействие излучения с веществом / Электронный ресурс. http://www.astronet.rU/db/msg/l 190793. Загл. с экрана. - Яз. рус.

65. Никонова Г.В. Устройства формирования, регулирования и оценки параметров сигналов с применением стробоскопического преобразования частоты: Дис.канд. техн. наук. Омск, 2009. - 186 с.

66. Жилин Н.С. Принципы фазовой синхронизации в измерительной технике. -Томск: Радио и связь, 1989. 384 с.

67. Жилин Н.С., Никонов A.B., Никонова Г.В., Сайфутдинов K.P. Генераторный канал АИС на основе фазовых методов с пикосекундным разрешением // Межвузовский сборник «Цифровые радиотехн. сист. и приборы» / Красноярский ГТУ. 1996. -С. 151-156.

68. Шахгильдян В.В., Ляховкин A.A. Системы ФАПЧ. М., Связь. - 1972. -447 с.

69. Глинченко A.C. Методы синтеза и измерения параметров гармонических сигналов в режиме когерентной выборки // Труды МНТК «Спутниковые системы связи и навигации». Красноярск, 1997. - Т. 3. - С. 304-310.

70. Горбань А.Н., Дунин-Барковский В.Л., Кирдин А.Н. и др. Нейроинформати-ка. Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. - 296 с.

71. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука 1968. - 720 с.

72. Зайцев Г.Ф., Стеклов B.K. Радиотехнические системы автоматического управления высокой точности. Киев: Тэхника, 1988. - 208 с.

73. Лукьянов С.П., Семенчук В.Е., Карауш A.C., Потемин Р.В. Реконструктивная интерпретация данных подповерхностного зондирования // «Радиолокация, навигация, связь»: Сб. трудов 4-й МНТК. Воронеж, 1998. - С. 52-64.

74. Кенно Е.М., Моффат Д.Л. Аппроксимации переходных и импульсных переходных характеристик // ТИИЭР. 1965. - Т. 53. - № 8. - С. 1025-1034.

75. Письменный Д.Т. Конспект лекций по теории вероятностей, математической статистике и случайным процессам. -М.:Айрис-пресс, 2006. 288 с.

76. Янковский К.П. Подповерхностное радиолокационное зондирование с наземных и авиационных платформ. М.: Ротапринт ИКИ РАН, 2002. - 104 с.

77. Акжигитова А.Н., Циндин Н.С., Разуваева Н.Ф. Анализ статистической совокупности в программе MS Exel. Пенза: Информационно-издательский центр ПТУ, 2007. - 52 с.

78. Минько A.A. Статистический анализ в MS Excel. Профессиональная работа. М.: «Диалектика», 2004. - 448 с.

79. Никонов В.А. Информационные связи при контроле, диагностике и оценке свойств объектов в диэлектрическом слое // Информационные технологии и автоматизация управления. Матер. 2-й межвуз. науч.-практ. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - С. 184-187.

80. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика / Пер. с англ. Ю.А. Зуев, В.А. Точенов. М.: Наука, 1992. - 184 с.

81. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: 3-е изд. М.: Высш. шк., 1989.-232 с.

82. Ю.А. Урманцев. Общая теория систем: состояние, приложения и перспективы развития // Сб. статей «Система, симметрия, гармония». М.: Мысль, 1988. -С. 38-124.

83. Никонов В.А. Оценка информативности радиосцены // Информационные технологии и автоматизация управления. Матер. 3-й науч.-практ. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - С. 262-264.

84. Беннет C.JI., Росс Д.Ф. Время-импульсные электромагнитные процессы и их применения. ТИИЭР, 1978, т. 66, № 3, С. 35-36.

85. Панько С.П. Сверхширокополосная радиолокация // Зарубежная радиоэлектроника, 1991, № 1. С. 106-114.

86. Панько С.П. Аппаратура дистанционного зондирования // В кн. Геофизическая аппаратура, 1992, Вып. 96. С. 76-79.

87. A.c. 1613987 (СССР) Приёмное устройство для высокочастотной геоэлектроразведки / Панько С.П., Колпаков Ю.В. Опубл. в БИ № 46, 1990.

88. Никонов A.B., Никонов В.А. Когерентность сигналов в фазовых системах контроля и диагностики недоступных объектов // Омский научный вестник, 2011, вып. З.-С. 246-248.

89. Система динамического контроля функционирования сверскоростных ПС / Н.С. Жилин, В.А. Майстренко, A.B. Никонов, K.P. Сайфутдинов // Приборы и системы управления. 1991. - № 3. - С. 22-23.

90. Жилин Н.С., Майстренко В.А. Метрологические аспекты преобразования частоты. Томск: Изд-во Томского ун-та. - 1986. - 184 с.

91. Никонов A.B. Принцип измерения значения информативного параметра сигнала в многосвязных системах / «Актуальные проблемы электронного приборостроения «АПЭП-2004»: Труды 7-ой Международной науч.-техн. конф. Новосибирск, 2004. - Т. 3. - С. 44-47.

92. Никонов A.B., Никонов В.А. Распознавание линейных цифровых сигналов с использованием нейроструктур / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - Кн.1. - С. 294-298.

93. Вешкурцев Н.Д., Никонов В.А. Параметрическая идентификация при подповерхностном зондировании замкнутых проводящих поверхностей / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 7-й Междунар. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. - Кн.1. - С. 365-369.

94. Распространение радиоволн. Электронный ресурс. / Электрон, дан. Вологодская область: Культура Вологодской области, 1999. - Режим доступа: http://www.cultinfo.ru, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

95. Радиолокация и радиометрия. Электронный ресурс. / Электрон, дан. М.: Научный сайт, 1999. - Режим доступа: http://radio-location.org, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

96. Основы электромагнетизма Электронный ресурс. / МГТУ им. Баумана. Квазистационарные магнитные явления. Режим доступа: http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbookytom3 /ch5/texthtml/ch5 1 text.htm, свободный. -Загл. с экрана.

97. Добротворский И.Н. Теория электрических цепей. М.: Радио и связь, 1989.-472 с.

98. Калантаров П.Л. Расчет индуктивностей: справочная книга. Л.: Энерго-атомиздат, 1986. - 488 с.

99. Цейтлин Л.А. Индуктивности проводов и контуров. Л.: Госэнергоиздат, 1950.-227 с.

100. Сайфутдинов K.P. Конструкторский расчёт элементов и узлов средств ИИТ: Учебн. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. - 60 с.

101. Никонов В.А., Бояршинов К.Н. Оценка возможности определения формы объекта по значению его индуктивности / Динамика систем, механизмов и машин: Матер. 8-й Междунар. науч.-техн. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - Кн.1. - С. 315-319.

102. Матвеев Г.А., Хомич В.И. Катушки с ферритовыми сердечниками. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 40 с.

103. Соленоид. Википедия Электронный ресурс. - Режим доступа: http.V/m.wikipedia.org/wiki/Соленоид, свободный. - Загл. с экрана.

104. Русин, Ю. С. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Ю.С. Русин. Москва: «Радио и связь», 1991. - 225 с.

105. Мейнке X., Гундлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Том 1. Радиодетали, цепи с сосредоточенными параметрами, линии передачи, волноводы, резонаторы, антенны, распространение радиоволн. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1960.-416 с.

106. Вольтметр импульсного напряжения стробоскопический вычислительный В4-24 // Проспект по применению. ЦООНТИ «ЭКОС». - 1990. - 21 с.

107. Чмых М. К. Цифровая фазометрия. М.: Радио и связь, 1993. - 184 с.