Отзыв ведущей организации (Алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума)

УТВЕРЖДАЮ Заместитель генерального директора по научной работе ~«НПО «ЦНИИТЧАШ ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссертационную работу Али Зайда Салеха Салема на тему: «АЛГОРИТМЫ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СИП-1АЛОВ В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ С УЧЕТОМ СТРУКТУРНОГО ШУМА», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.! 2.04 — «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» Актуальность темы Диссертационная работа Али Зайда С алеха Салема.

посвящена разработке алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в ультразвуковой ~УЗ) дефектоскопии объектов из материалов с неоднородной структурой, таких как чугун, бетон, полимерные композиционные материалы. При ультразвуковом контроле таких объектов зондирующий сигнал отражается от неоднородностей материала, в результате чего возникает структурный шум (СШ) — коррелированная с зондирующим сигналом помеха. СШ иногда имеет настолько большую интенсивность, что полностью скрывает полезный сигнал, отраженный от дефекта или дна изделия. СШ имеет практически такой же спектр, как и полезный сигнал, что сильно усложняет процесс выделения сигнала. Для выделения сигнала из СШ используются сложные алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов.

Развитие и совершенствование таких алгоритмов„повышение их эффективности является актуальной задачей. Содержание работы Диссертация состоит из введения„пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Во введении приводится общая характеристика диссертационной работы. В первой главе приводятся краткие сведения о методах и алгоритмах пространственно-временной обработки сигналов, о статистических характеристиках структурного шума. Эти сведения, полученные предшественниками автора, используются в последующих главах диссертационной работы.

Кроме того, в первой главе приводится постановка задачи данной диссертационной работы. Вторая глава посвящена разработке методов математического моделирования структурного шума. Необходимость этой работы вызвана следующим. При разработке алгоритмов обработки сигналов и оценке их эффективности очень полезным является математическое моделирование алгоритмов. Чтобы моделирование было адекватным, нужно правильно промоделировать помехи, в данном случае — структурный шум. Диссертантом предложен метод моделирования набора реализаций СШ с заданными, зависящими от частоты взаимно корреляционными функциями. Метод универсален и может применяться при любой топологии антенной системы.

Автор продемонстрировал метод моделирования СШ на примере антенной решетки с четырьмя приемными элементами и далее, в 3 главе,- для 8-элементной антенной решетки. Ценность разработанного метода состоит в том, что он может быть использован не только при моделировании СШ, но и при моделировании других взаимно коррелированных случайных процессов. В третьей главе приводятся результаты моделирования алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с учетом структурного шума с использованием 8-элементной антенной решетки с четырьмя излучающими элементами и четырьмя приемными. При этом использовался так называемый режим БАЕТ, когда поочередно излучал каждый из четырех излучающих элементов.

В результате было получено 1б реализаций сигнала с структурным шумом, которые совместно обрабатывались. В результате обработки сигналов получено изображение точечного объекта, произведена оценка эффективности промоделированного алгоритма. Четвертая глав» посвящена сравнительному анализу. оптимального и квази оптимального алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в УЗ толщинометрии объектов с неоднородной структурой.

Рассматривается задача выделения сигнала на фоне суммы структурного шума и белого шума; критерием сравнения является отношение сигнал~шум после обработки. Установлено, что выигрыш от применения оптимального алгоритма зависит от соотношения уровней структурного шума и белого шума. При низком уровне белого шума выигрыш составляет около 50',4 при условии точного совпадения статистических характеристик СШ в реальном образце с теми, которые были использованы при проектировании оптимального алгоритма. Поскольку на практике идеальное совпадение характеристик СШ недостижимо, автор, учитывая сложность реализации оптимального алгоритма, делает вывод о том, что в большинстве случаев предпочтительнее использовать квазиоптимальный алгоритм, который сводится к суммированию сигналов в разных каналах с учетом задержек.

В пятой главе рассматривается влияние шага антенной решетки или шага перемещения датчика на величину отношения сигнал/СШ. Анализ проводился для малоапертурных преобразователей в составе одномерных и двумерных антенных решеток, а также в составе простого перемещаемого датчика, содержащего один излучающий и один приемный преобразователи. Установлено, что при очень маленьком шаге увеличение числа элементов при фиксированном размере апертуры антенной решетки не приводит к увеличению отношения сигнал/шум, т.е. наступает своеобразный режим насыщения. Определена величина оптимального шага антенной решетки с малоапертурными преобразователями и величина оптимального шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры. Отдельно рассмотрен режим БАЕТ, когда каждый элемент антенной решетки поочередно излучает, а остальные элементы принимают. В этом случае режим насыщения не наступает; чем больше число антенных элементов, тем больше отношение сигнал/шум.

Для оценки величины оптимального шага при использовании преобразователей с большой апертурой был проведен эксперимент. Использовался датчик, содержащий излучающий и приемный преобразователи диаметром около 9 длин волн. Был определен оптимальный шаг перемещения датчика, равный половине диаметра апертуры преобразователя.

Основным результатом 5 главы следует считать составление практических рекомендаций по выбору шага антенной решетки и шага перемещения датчика как с малоапертурными преобразователями, так и с преобразователями с большой апертурой. В заключении приводится сводка основных результатов работы. В приложениях приводятся графики, иллюстрирующие зависимость отношения сигнал/шум от шага перемещения датчика и от соотношения между уровнями структурного шума и белого шума при оптимальной и квазиоптимальной обработке сигналов. Научная новизна Основными новыми научными результатами являются, на наш взгляд, следующие: 1. Разработан метод математического моделирования нескольких взаимно коррелированных реализаций структурно шума.

2. Проведен сравнительный анализ оптимального и квазиоптимального алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов, в результате которого определена величина выигрыша, даваемого оптимальным алгоритмом при разных соотношениях уровней структурно шума и бело шума. 3. Обнаружено существование оптимального шага антенной решетки и оптимального шага перемещения датчика, при которых обеспечивается получение максимального отношения сигнал~шум.

Основные практические результаты Основными результатами, имеющими практическую значимость, являются следующие: 1. Разработана методика математического моделирования алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов с учетом статистических характеристик структурного шума.

2. Сформулированы практические рекомендации, в соответствии с которыми наиболее предпочтительным алгоритмом пространственно- временной обработки сигналов в УЗ дефектоскопии и толщинометрии в большинстве случаев является кваз и оптимальный алгоритм, который сводится к суммированию сигналов в разных каналах с учетом задержек. 3. Составлены практические рекомендации по выбору шага антенной решетки и шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры, при которых обеспечивается получение максимально отношения сигнал/шум. Обоснованность и достоверность результатов работы Обоснованность и достоверность обеспечиваются корректным применением математического аппарата и подтверждаются результатами математического моделирования и результатами эксперимента.

Апробация результатов работы Результаты работы были доложены на пяти научно-технических конференциях и опубликованы в четырех научных статьях, в том числе в трех статьях в журналах, входящих в Перечень ВАК. Замечания по работе 1. Автор в 5 главе пишет, что проведенный эксперимент подтверждает теорию. Это утверждение вызывает сомнение, так как теоретический анализ проведен для мал оапертурных преобразователей, а эксперимент — для преобразователей с большой апертурой. 2. В результате эксперимента с конкретными преобразователями оптимальный шаг перемещения датчика получился равным половине диаметра апертуры преобразователя. Непонятно, на основании чего диссертант делает вывод о том, что при других размерах преобразователя оптимальный шаг тоже будет равен половине диаметра апертуры.

3. Сравнительный анализ различных алоритмов обработки сигналов в 4 главе и выбор шага антенной решетки проведены для УЗ толщинометрии. Неясно„можно ли использовать результаты, полученные в этих главах, при решении задач УЗ дефектоскопии. Заключение Указанные недостатки не снижают существенно ценность проделанной работы. Диссертационная работа Али Зайда Салеха Салема выполнена на хорошем теоретическом уровне, содержит новые научные результаты и вносит заметный вклад в развитие методов и алгоритмов обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии. Приведенные в диссертации практические рекомендации могут быть использованы в организациях, занимающихся УЗ дефектоскопией.

Диссертация соответствует специальности 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». Основные результаты диссертационной работы опубликованы в печати. Автореферат соответствует содержанию диссертации. Данная диссертационная работа полностью соответствует требованиям ВАК, предъявляемым к кандидатским диссертациям, а ее автор Али Зайд Салех Салем заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.04 — "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения".

Диссертация и отзыв рассмотрены, а отзыв утвержден на научном совете отдела №28 (ИНМИМ) от 19 мая 201б года, протокол заседания №3. /' .К~,, Л.В. Воронкова Подпись Воронковой Л.В. заверяю. Ученый секретарь АО «НПО <<ЦНИИТМАШ» Главный научи. сотрудник АО «НПО «ЦНИИтМАШ», К.т.н. , о', Г" ~." ~."о*' В "Р""~е ".М.А.Вараненко ф "-„~о"р'.,ж+;"' В<рВ"" .