Автореферат (1025261)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Изображающие системы терагерцового (ТГц)диапазона, частоты которого лежат в пределах от 0,1 до 10 ТГц, применяютсядля дефектоскопии конструкционных композитных материалов, спектроскопииорганических соединений, диагностики заболеваний, для решения задачобеспечениябезопасностиипротиводействиютерроризму.Синтезизображающих систем предусматривает проведение анализа свойств средыраспространения излучения, влияющих на работу такой системы. Если средаявляется неоднородной и размеры частиц в ее составе сопоставимы с длинойволны излучения, то при анализе рассеивающих свойств такой среды необходимоучитывать не только многократный характер рассеяния излучения, но иинтерференцию волн.

Когда частицы среды образуют частично либо полностьюупорядоченную структуру (такие среды далее называются структурированными),интенсивности когерентно и некогерентно рассеянного излучения становятсясоизмеримыми. Условия применимости приближения неупорядоченной среды невыполняются при расчете таких характеристик, как индикатриса однократногорассеяния, дифференциальное сечение рассеяния, угловое распределение яркостимногократно рассеянного излучения.

Если явление интерференции не учитывать,то возможно возникновение ошибок в расчете таких параметров изображающейсистемы, как модуляционная передаточная функция и разрешающая способность,которые обычно используются для оценки качества работы системы.Такие особенности процесса рассеяния ТГц излучения проявляются при егораспространении в тканях одежды, в композитных и некоторых упаковочныхматериалах. Рассеяние излучения в подобных структурированных средах,расположенных между изображающей системой и исследуемым объектом,оказывает отрицательное влияние на качество формируемых изображений.Вопросы рассеяния ТГц излучения и разработки ТГц изображающих системрассматривались рядом научных коллективов. Исследования в области ТГцспектроскопии рассеивающих сред, когерентных эффектов рассеяния излучения,ТГц изображающих систем, проводимые группами исследователей в МГУим. М.В.

Ломоносова, СНИГУ им. Н.Г. Чернышевского, Университете Мемфиса,Университете Портленда, Политехническом институте Ренсселера, УниверситетеРайса, выполняются для специфичных областей применения таких систем, но некасаются вопросов анализа структурированных сред.Существующие методы анализа параметров ТГц изображающих системучитывают влияние однородной либо случайно-неоднородной средыраспространения излучения. Отсутствуют методы расчета характеристикрассеяния излучения структурированными средами и параметров ТГцизображающих систем, учитывающих влияние таких сред. В связи с этим темадиссертационной работы, посвященная разработке численного метода анализавлияния структурированных рассеивающих сред на параметры качества ТГцизображающих систем, представляется актуальной в научном плане ипрактически значимой.1Цель диссертационной работы заключалась в разработке иэкспериментальном подтверждении метода анализа влияния структурированныхрассеивающих сред на параметры качества ТГц изображающих систем.Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решеныследующие задачи: разработан метод расчета индикатрисы рассеяния и углового распределенияяркости излучения ТГц диапазона, рассеянного структурированной средой; реализованы алгоритм численного моделирования распространения ТГцизлучения в случайных и структурированных средах и алгоритм расчетапараметров ТГц изображающей системы, на основании которых можнооценить качество этой системы; проведена классификация рассеивающих сред, основанная на анализеуглового распределения яркости рассеянного этими средами ТГцизлучения; разработан стенд для экспериментальных исследований характеристик ТГцизлучения, рассеянного структурированными средами, и на основанииполученных результатов проведена верификация результатов численныхрасчетов; разработана система, синтезирующая изображение в ТГц диапазоне наоснове обработки изображений, формируемых в активном и пассивномрежимах работы изображающей системы; экспериментально получены согласующиеся с результатами расчетовзначения модуляционной передаточной функции и разрешающейспособности ТГц изображающей системы при наблюдении тестовыхобъектов через различные рассеивающие структурированные среды.Объектом исследования является полученное при наблюдении черезрассеивающие среды изображение в ТГц диапазоне длин волн.Предметом исследования являются методы расчета параметров качестваТГц изображающих систем.Методы исследованийПри решении поставленных задач были использованы методывычислительной электродинамики, численные методы решения интегральныхуравнений, методы теории линейных оптических систем.Научная новизна исследований заключается в том, что: показано, что разработанный метод расчета характеристик рассеянногоструктурированнымисредамиизлученияпозволяетоцениватьмодуляционную передаточную функцию и разрешающую способность ТГцизображающей системы; показано,что,основываясьнапредложеннойклассификацииструктурированных рассеивающих сред, можно применить один из трехбазовых методов расчета индикатрисы рассеяния ТГц излучения,являющийся наилучшим для данных условий.2Положения, выносимые на защиту Использование для численного решения уравнения переноса ТГц излученияв структурированной среде модели индикатрисы рассеяния, полученной врезультате численного решения уравнений Максвелла, позволяетпредсказать конечную погрешность расчетов. При выполнении сформированной системы условий модуляционнаяпередаточная функция слоя структурированной среды может бытьопределена на основе метода двойной локальной оценки яркости поляизлучения, рассеянного этим слоем среды. Синтез изображения объекта на основе пары изображений,сформированных в активном и пассивном режимах работы ТГцизображающей системы, позволяет минимизировать отрицательноевлияние структурированной среды на качество этого изображения иувеличить его контраст.Практическая ценность работыМетод определения передаточных функций и разрешающей способностиактивно-пассивной ТГц изображающей системы может быть использован напредприятиях оборонных отраслей промышленности для создания современныхсистем безопасности, досмотра и контроля в местах массового скопления людей.Предложенная система синтеза изображений и методы численного анализахарактеристик рассеивающих сред могут применяться для технологическогоконтроля производства композитных материалов на предприятиях авиационнойпромышленности.Реализация и внедрение результатов исследованийРезультаты диссертации внедрены в ООО «Систематика».

Материалыдиссертации использованы в учебном процессе кафедры лазерных и оптикоэлектронных систем МГТУ им. Н.Э. Баумана. Реализация результатов работыподтверждается соответствующими актами внедрения.Апробация результатов работыОсновные положения диссертации докладывались на 11 международныхнаучно-технических конференциях и симпозиумах: симпозиуме «Optics and itsApplications». Ереван, Аштарак (Армения), 2014, 2015; Российско-ЯпонскоАмериканском симпозиуме «Fundamental and Applied Problems of TerahertzDevices and Technologies». Айзу, Сендай (Япония), 2012; Москва, 2013; Баффало(США), 2014; Черноголовка (МО), 2015; конференции «IX International Conferenceof Young Scientists and Specialists «Optics–2015»».

Санкт-Петербург, 2015; 8-оймеждународной конференции «Современные проблемы оптики естественныхвод». Санкт-Петербург, 2015; 16-ой конференции «Laser Optics». СанктПетербург, 2014; конференции «SPIE Optics + Photonics». Сан Диего (США),2013; 2-ой международной конференции «Terahertz and Microwave radiation:Generation, Detection and Applications» (TERA-2012).

Москва, 2012.ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 12 статьях в научнотехнических журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, общим объемом 8,31 п.л.3Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,общих выводов и списка литературы, включающего 125 библиографическихописаний, изложена на 138 страницах машинописного текста, включает 53рисунка и 8 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическаяценность. Приведена структура диссертации, формы апробации и реализациирезультатов.В первой главе проведен обзор основных типов ТГц изображающихсистем и существующих методов анализа влияния рассеивающих сред в процессеформирования изображения. Выделены основные требования, предъявляемые кизображающим системам ТГц диапазона: максимальная детектируемая мощностьсигнала, высокое быстродействие, максимальное разрешение и отношениесигнал/шум, компактность и удобство эксплуатации.

Для определения схемы,удовлетворяющей данным требованиям и позволяющей получать приемлемоекачество изображения, была проведена классификация существующих ТГцизображающих систем. Как показал анализ, среди активных изображающихсистем, регистрирующих отраженное от объекта (либо прошедшее через него)излучение, предпочтительно использовать системы, использующие непрерывныйметод генерации излучения. При этом лампа обратной волны (ЛОВ) являетсянаиболее эффективным источником ТГц излучения. Среди пассивных систем,регистрирующих собственное тепловое излучение объекта, предпочтительноиспользовать схемы, построенные по гетеродинному принципу детектирования.Ввиду отсутствия эффективных матричных ТГц детекторов для формированияизображения удаленного объекта требуется также использовать сканирование егомгновенным полем зрения.Показано, что отдельно ни активный, ни пассивный режимы работы необеспечивают максимального контраста изображения во всем диапазонепространственных частот, поэтому была предложена схема, совмещающая дварежима работы – схема гибридной ТГц изображающей системы.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации