Отзыв оппонента 2 (Алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНВНТА о диссертации Али Зайда Салеха Салема «Алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специалыюсти 05.12.04 — «Радиотехника, в том числе системы и устройс ггга телевидения» Актуальность темы Диссертация Али Зайда С алеха Салема посвящена разработке эффективных алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов для ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии.

Специфика обработки сигналов в УЗ дефектоскопии состоит в том, что объект исследования неподвижен. Это позволяет производить многократное зондирование объекта, принимаемые сигналы накапливать и совместно обрабатывать. Таким образом можно успешно выделять полезный сигнал на фоне собственного шума аппаратуры и некоторых других помех. Однако при зондировании материалов со сложной структурой, таких, как полимерные композиционные материалы (композиты), чугун„ бетон, основной помехой является структурный гпум (СШ~. возникающий в результате отражения зондирующего сигнала о1 неоднородностей материала.

Структурный шум — необычный случайный процесс, его необычность состоит в том, что при повторном зондировании обьекта из той же позиции реализации СШ повторяются с абсолгогэгой точностью. Поэтому накопление сигналов при повторном зондировании ис позволяет выделить сигнал из структурного шума. СШ имеет практически такой же спектр„как и зондирующий сигнал, поэтому никакие частотныс фильтры не могут увеличить отношение сигнал/СШ. Выделить полезный сигнал из структурного шума можно только с помощью пространствсиио- временной обработки сигналов гПВОС). Теоретические основы оптимальной ПВОС, в том числе ПВОС в УЗ дефектоскопии, были разработаны несколько десятилетий назад, однако в практике УЗ дефектоскопии оптимальные алгоритмы обработки сигналов не использовались из-за сложности их реализации. Выделение полезного сигнала из СШ производилось с помощью простого суммирования принятых сигналов с учетом необходимых задержек.

Однако при диагностике объектов со сложной структурой часто возникает ситуация, когда такой метод обработки сигналов не позволяет обнаружить полезный сигнал на фоне интенсивного структурного шума. Возникает необходимость разработки более совершенных алгоритмов обработки сигналов, в том числе необходимость реализации оптимального алгоритма ПВОС, обеспечивающего максимальное отношение сигнала к шуму. Поэтому тема представленной диссертации актуальна.

Содержание диссертации Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, список литературы и 2 приложения. В введении приводятся общие сведения о диссертации: актуальность темы, постановка задачи, научная новизна, основные практические результаты, положения, которые выносятся на защиту и сведения об апробации результатов работы. В первой главе приводится краткая информация об алгоритмах ПВОС в УЗ дефектоскопии и сведения о статистических характеристиках структурного шума.

Материалы этой главы являются исходными для выполнения исследований данной диссертационной работы. Вторая глава посвящена математическому моделированию реализаций СШ с учетом их взаимной корреляции. Поскольку степень взаимной корреляции зависит от частоты, основная часть моделирования проводится в спектральной области. Рассмотрены пути моделирования СШ в одномерной антенной решетке„ в двумерной антенной решетке и в одномерной антенной решетке, работающей в режиме ЯАГТ, когда каждый антенный элемспг поочередно излучает, а остальные принимают сигналы. Рассмотрен метод моделирования реализаций СШ с учетом частотно-зависимого затухания ультразвуковых волн в среде, Приведены результаты моделирования четырех взаимно коррелированных реализаций СШ в одномерной антенной решетке.

Метод моделирования, изложенный в данной главе, может быть использован для математического моделирования любых взаимно коррелированных случайиых процессов. В третьей главе продолжается развитие методов моделирования СШ и моделирования алгоритмов обработки сигналов с учетом СШ. Рассматривается антенная система, содержащая 4 поочередно излучающих элемента и 4 приемных элемента. В результате получаются 16 реализаций сигнала и 16 взаимно коррелированных реализаций СШ. Проведено моделирование алгоритма обработки сигналов с целью получения изображения точечного объекта на фоне структурного шума. Получено изображение объекта и 2 сечения изображения. Материалы этой главы иллюстрируют возможность моделирования алгоритмов обработки сигналов с учетом структурного шума.

В четвертой главе проводится сравнительный анализ оптимальною и квазиоптимального алгоритмов ПВОС в УЗ дефектоскопии. Впервые реализован в полном объеме оптимальный алгоритм выделения сигнала на фоне суммы структурного шума и белого шума, включая процедуру вычисления матрицы энергетических спектров суммарного шума и се обращения в весьма широкой полосе частот. В результате установлено, чго при сопоставимых уровнях структурного шума и белого шума выигрыш о.

применения оптимального алгоритма ПВОС незначительный. Существенный выигрыш от использования оптимального алгоритма обработки сигналов получается только если уровень структурного шума многократно прсвышае~ уровень белого шума. Однако при этом увеличиваются проблемы реализации оптималыюго алгоритма, связанные с очень сложным характером частотш г характеристик фильтров в разных каналах, Возникают погрешности обработки сигналов, которые, по мнению автора, могут полностью нейтрализовать выигрыш от применения оптимального алгоритма, Поэтому автор делает вывод о предпочтительности применения квазиоптимального алгоритма ПВОС, который сводится к простому суммированию сигналов в разных каналах с учетом задержек. Этот результат вызывает некоторую неудовлетворенность.

Хотелось бы знать,, какова величина погрешности реализации оптимального алгоритма ПВОС и каким образом можно ее уменьшить. Однако необходимо признать, что, учитывая сложность реализации оптимального алгоритма, для получения желаемого результата необходимо провести большое дополнительное исследование, которое выходит за рамки данной диссертационной работы.

Потому следует считать обоснованной рекомендацию автора о предпочтительности квазиоптимального алгоритма обработки сигналов. В пятой главе рассматривается влияние шага антенной решетки или шага перемещения датчика на эффективность выделения сигнала из структурного шума. При этом на основании рекомендаций предыдущей главы использовался квазиоптимальный алгоритм обработки сигналов. Обнаружен своеобразный «режим насыщения», вызванный положительной взаимной корреляцией реализаций СШ, который наблюдается при маленьком шаге АР или шаге перемещения датчика.

Режим насыщения не наблюдается только в режиме БАРТ, когда поочередно излучает каждый антенный элемент, а остальные принимают. По результатам исследований составлены рекомендации по выбору оптимального шага АР или шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры. Справедливость э гих рекомендаций косвенно подтверждается результатами эксперимента, ~ дс также обнаружен «режим насыщения» при маленоком шаге перемещения датчика. Необходимо отметить, что теоретический анализ влияния шага на результаты обработки сигналов проводится автором для малоапертурных преобразователей, а эксперимент проводился с преобразователями, апертура которых составляет несколько длин волн. С одной стороны, обстоятельство не позволяет уверенно говорить о том, что эксперимент подтверждает теорию. С другой стороны, результаты эксперимента дают дополнительную информацию, позволяющую составить рекомендации о выборе шага перемещения датчика с преобразователями большой апертуры.

В заключении приведена сводка основных результатов диссертационной работы. Научная новизна Основными научными результатами диссертационной работы являются следующие: 1. Разработана методика математического моделирования нескольких реализаций структурного шума с заданными взаимно корреляционными связями. Предложенная методика может быть использована для моделирования любых взаимно коррелированных случайных процессов. 2. Впервые реализован оптимальный алгоритм пространственно- временной обработки сигналов в УЗ дефектоскопии, позволяющий выдели|ь полезный сигнал на фоне суммы белого шума и структурного шума.

Обнаружены и сформулированы проблемы, возникающие на пути реализации оптимального алгоритма ПВОС. 3. Обнаружен эффект «насыщения» в графиках зависимости отношения сигнал/структурный шум от шага антенной решетки или шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры. Определена оптимальная величина шага антенной решетки и шага перемещения датчика. Основные практические результаты 1.

Составлены практические рекомендации по выбору алгоритма пространственно-временной обработки сигналов при выделении полезного сигнала на фоне суммы белого шума и структурного шума. Показано, что при современном состоянии техники обработки сигналов наиболсс предпочтительным является квазиоптимальный алгоритм, который сводится к суммированию сигналов в разных каналах с учетом задержек. 2. Составлены рекомендации по выбору оптимального шага антенной решетки или шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры при выделении полезного сигнала на фоне структурного шума. Достоверность результатов диссертационной работы Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается корректным применением математического аппарата, подтверждается результатами математического моделирования и результатами эксперимента.

Апробация результатов работы Основные результаты работы опубликованы в материалах пяти докладоь на научных конференциях и в четырех статьях в научных журналах, в том числе трех статьях в журналах из Перечня ВАК. Замечания по работе 1. В 5 главе все расчеты выполнены диссертантом для малоапертурных преобразователей, а эксперимент проведен с преобразователями большой апертуры. Это делает проблематичным сравнение теории и эксперимента. 2. Не проработана критериальная база адекватности математической модели структурного шума. 3.