Отзыв оппонента 2 (Методы и средства радиоволновой сверхкороткоимпульсной виброметрии механических колебаний в системах радиосенсорного зондирования)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на диссертацию КОСТИНА Михаила Сергеевича «Методы и средства радиоволновой сверхкороткоимпульсной виброметрии ме- ханических колебаний в системах радиосенсорного зондирования», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.03 — «Радиофизика» В диссертационной работе получены результаты радиоволновых исследований механических колебаний виброакустически возмущаемых поверхностей объектов методом радиосенсорного субнаносекундного зондирования гауссовскими радиоимпульсами без несущего частотного заполнения, а также результаты исследований временных и спектральных характеристик сверхкороткоимпульсных ~СКИ) сигналов на предмет изучения особенностей применения гауссовских СКИ в задачах бесконтактной виброметрии. Методы измерения параметров вибрации и аппаратные средства их реализации основаны на физических принципах электродинамики, оптики и акустики, что определяет области и условия их применения, В работе показано, что субнаносекундные сигналы как средства изучения взаимодействия электромагнитных волн со средами могут использоваться не только в фундаментальных вопросах радиофизики и электродинамики, но и в прикладных аспектах этих направлений, в частности — в задачах аналитической механики.

СКИ радиоволновый метод обеспечивает регистрацию интенсивности механических колебаний в условиях динамического изменения температур, давлений, влажности, плотности и загазованности воздушной среды, где оптические и акустические методы могут оказаться неэффективными. В сравнение с классическими радиоволновыми методами, применение гауссовских радиоимпульсов в радиоволновой виброметрии без несущего частотного заполнения обеспечивает помехоустойчивость, пространственное сверхразрешение, высокую проникающую способность через диэлектрические препятствия, поскольку в условиях влияния помех и диэлектрических потерь гауссовский СКИ претерпевает меныпие затухания и формоизменения в отличие от радиоимпульсов с несущим частотным заполнением. Прием и обработка субнаносекундных сигналов требует обеспечения высокоскоростной аппаратной реализации с пикосекундным разрешением во временной области, Применение в диссертационной работе технологии стробфрейм-дискретизации СКИ-сигналов позволило сделать более эффективными исследовательские возможности радиосенсорного зондирования на оазе численных методов цифровой фильтрации, анализа и фазодевиометрической обработки нестационарных сигналов в программной среде Ма1ЕаЬ.

Данная технология позволяет в полной мере восстановить отраженный от зондируемой поверхности СКИ-сигнал, что позволяет оценивать импульсные характеристики боковой поверхности облучаемого объекта. Научно-теоретические исследования в области применения СКИ в радио- волновой виброметрии расширяют область практического освоения субнаносекундного диапазона. Результаты диссертационных исследований охватывают ряд научных направлений, связанных с электродинамикой и распространением радиоимпульсов субнаносекундного диапазона, радиотехническими аспектами их генерации, излучения, цифрового приема и численных методов обработки. Перспективность, научная новизна и спектр решаемых задач исследований не вызывают сомнений и неоспоримо подчеркивают актуальность темы диссертации, Содержательная часть пояснительной записки диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, библиографического списка опубликованных трудов и цитируемых источников, приложения.

ских колебаний, сформулированы положения аналитической механики в задачах виброметрии с описанием вибродинамических характеристик линейных вибраций. Представлены необходимые характеристики СКИ-сигналов, Отмечены достоинства применения субнаносекундных радиоимпульсов в системах радиосенсорного зондирования. Аналитический обзор бесконтактных методов и научно-практическое обоснование актуальности применения гауссовских СКИ в радиоволновой виброметрии выполнен вполне аргументированно и убедительно. Это отражено в сравнительных таблицах анализируемых бесконтактных методов. По пе вой главе имеются и замечания: отмечено, что существует достаточное множество теорий аналитического описания СКИ-сигналов и приводятся ссылки на часто используемые модели субнаносекундных радиоимпульсов (вещественные и комплексные, эрмитовы и фрактальные, гауссовские и на базе вейвлет-функций) с их сравнительным анализом, указанными достоинствами и недостатками.

Однако не приведена их математическая и графическая интерпретация, на базе которой можно было бы нагляднее отразить их ключевые особенности. Во вто ой главе рассмотрены радиофизические принципы радиоволнового СКИ радиосенсорного зондирования, Выбрана и оптимизирована гауссовская модель СКИ относительно ЕСС-маски распределения частот и исследованы время-спектральные характеристики отраженных СКИ с учетом влияния диэлектрических потерь.

Выполнены исследования на предмет оценки ЭПР зондируемой поверхности, повернутой под различными углами относительно основного направления главного лепестка диаграммы направленности облучающей антенны. Произведен анализ влияние диэлектрических потерь на формоизменение профиля субнаносекундного радиоимпульса, прошедшего через диэлектрическое пропитие.

При этом в отличие от гауссиана, спектр которого сдвинут на несущую частоту заполнения, гауссовский СКИ претерпевает несущественные изменения формы. В качестве обличающей исследуемую поверхность антенны предложена узконаправленная микрополосковая модифицированная ТБА-антенна Вивальди с экспоненциальным раскрывом.

Ввиду того, что при согласованной фильтрации утрачивается профиль и фаза СКИ, необходимая для фазодевиометрической оценки интенсивности механических колебаний и в тоже время соседняя последовательность отраженных радиоимпульсов от одного и того же элемента поверхности сохраняют квазистационарную форму и пе- риод следования, в качестве метода обнаружения гауссовского СКИ-сигнала предложен череспериодный корреляционный обнаружитель. Важно отметить, что полученные во второй главе результаты исследования время-спектральных характеристик подтверждают достоинства применения гауссовских СКИ без несущего частотного заполнения при реализации подповерхностного зондирования и раскрывают особенности их генерации, излучения, распространения, отражения, обнаружения и приема.

По вто ой главе можно отметить сле ю ие замечания: отмечено, что изменение угла наклона облучаемой поверхности влияет на перераспределение напряженности электрического поля отраженной волны и на ЭПР. Однако эпюры перераспределения электрического поля, как и самого СКИ на входе цифрового приемника нормированы и построены в относительных единицах, что не очень удобно при энергетической оценке отраженной волны; - автором установлено, что гауссовский СКИ без несущего заполнения, в отличие от гауссиана, претерпевает незначительные изменения профиля поля при прохождении через диэлектрическое препятствие.

В то же время диссертантом не отмечено, проводились ли им такие же исследования с другими моделями субнаносекундных радиоимпульсов. Это, безусловно, украсило и дополнило бы завершенность исследований на предмет влияния диэлектрических потерь на формоизменение СКИ, подчеркнув достоинства гауссовского СКИ. ным методам фазодевиометрической опенки механических колебаний в среде Ма11.аЬ. Предложена аналитическая фазодевиометрическая модель системы радиосенсорного виброметрического зондирования. Отмечено, что в качестве фазодевиометрической оценки целесообразно использовать череспериодное изменение разности фаз между отраженными радиоимпульсами в соседних периодах.

При этом в качестве оцениваемого виброметрического параметра выбрано среднее значение интенсивности вибраций за период зондирования. Предложена модель радиоволнового канала и рассмотрены принципы пространственно- и частотно-временной селекции отраженного от облучаемой поверхности объекта СКИ-сигнала. Пространственно-временная селекция обеспечивается удержанием СКИ в окне захвата, выполняющего функцию временного преселектора отраженного СКИ пришедшего с основного направления и режекцию многолучевых компонент рассеяния.

Частотно- временная селекция достигается цифровой фильтрацией на базе оконного преобразования Габора, т.к. отсутствие априорной информации ввиду особенностей свойств формоизменения отраженного гауссовского радиоимпульса не позволяет применить к нему согласованную фильтрацию. Кроме того, при согласованной фильтрации утрачивается профиль и фаза СКИ, необходимая для фазодевиометрической оценки интенсивности механических колебаний. Предложены численные методы фазодевиометрической оценки механических колебаний во временной и спектральной области. Во временной области используются методы: энергетический фазовый и взаимной корреляционной функции; в частотной области используются методы: отношения комплексных спектров и вейвлет-кепстрального анализа.