Автореферат (1090672)
Текст из файла
На правах рукописиКОСТИН Михаил СергеевичМЕТОДЫ И СРЕДСТВА РАДИОВОЛНОВОЙСВЕРХКОРОТКОИМПУЛЬСНОЙ ВИБРОМЕТРИИ МЕХАНИЧЕСКИХКОЛЕБАНИЙ В СИСТЕМАХ РАДИОСЕНСОРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯСпециальность 01.04.03 – РадиофизикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМОСКВА – 2015Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный университетинформационных технологий, радиотехники и электроники» (МИРЭА).Научный руководитель:д.ф.-м.н.
профессор Будагян Ирина Фадеевна,профессор Московского государственного университета информационных технологий, радиотехникии электроникиОфициальные оппоненты:д.ф.-м.н. профессор Гусейн-заде Намик Гусейнович,зав. отделом Института общей физикиРоссийской академии наук им. А.М. Прохоровак.т.н. Перминов Сергей Валериевич,начальник группы ОАО «Научно-производственнаякорпорация «Системы прецизионного приборостроения»Ведущая организация:АО «Концерн радиостроения «Вега», г.
МоскваЗащита состоится 2 октября 2015 г. в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационногосовета Д212.131.01 при Московском государственном университете информационных технологий, радиотехники и электроники по адресу: 119454, г. Москва, пр-тВернадского, д. 78, аудитория Д-117.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА и на сайтеhttps://www.mirea.ru/upload/medialibrary/de1/disser_kostin-m.s..pdf.Автореферат разослан «___» _______ 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.131.01кандидат технических наук, доцентА.И. Стариковский© Московский государственный университет информационных технологий,радиотехники и электроники (МИРЭА), 20152ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыРадиоволновые методы как средства изучения взаимодействия электромагнитных волн со средами эффективно используются для анализа прикладных вопросов электродинамики и технической физики.
Особую роль в этой области занимаетактуализация наукоемких технологий по внедрению радиоволновых методов с целью проведения виброметрологических исследований аппаратуры на производстве,в приборостроении, метрологии, а также смежных отраслях науки и техники.В качестве радиосенсорных программно-аппаратных комплексов дистанционного сбора и обработки данных используются радиофизические, физикомеханические, геометрические и виброакустические свойства зондируемых элементов объектов и кинематических схем при их эксплуатации и проведении стендовыхиспытаний.
Существующие методы измерения параметров вибрации и технические средства их реализации основаны на физических принципах электродинамики, оптики и акустики, что определяет области и условия их применения. В отличие от акустических радиоволновые методы позволяют производить дистанционныеизмерения в условиях низких и высоких температур, давлений, влажности, плотности газообразной среды; по сравнению с оптическими – позволяют работать в условиях устойчивых дисперсных систем, со скрытыми элементами объектов, без предъявления строгих требований к качеству зондируемой поверхности и точности юстировки.
Отсутствие контактного влияния на работу механических устройств позволяет исследовать механические колебания мембранных, тонкостенных и оболочковых поверхностей, а также несущих конструкций и динамических вибрационныхсистем.Освоение субнаносекундного диапазона вызывает научный интерес к радиофизическим особенностям формоизменения сверхкороткоимпульсных (СКИ) сигналов при их отражении и рассеивании неоднородными поверхностями, что ставит вопрос о возможности их применения в исследовательских задачах радиосенсорногозондирования (РСЗ). Действительно, перспективным и актуальным подходом в развитии РСЗ могут послужить особенности изменения время-частотных характеристик радиоимпульсов при их распространении, отражении и прохождении через диэлектрические среды.
СКИ-сигналы применяются для оценки импульсных характеристик отражательной, либо рассеивающей поверхности. Особый интерес представляет применение гауссовских СКИ без несущего частотного заполнения, которыеотличаются скрытностью, помехоустойчивостью, пространственным сверхразрешением, высокой проникающей способностью сквозь поглощающие диэлектрическиесреды. При этом использование технологии строб-фрейм-дискретизации (СФД)3субнаносекундных сигналов позволило расширить возможности их исследования спомощью численных методов обработки.Целью настоящей работы является обеспечение возможности с помощью гауссовских СКИ зондирования акустооптически недоступных объектов в задачах радиоволнового РСЗ и проведение экспериментальных исследований на основе разработанного испытательного макета СКИ системы для оценки вибромеханических параметров линейных виброперемещений поверхностей объектов.Для этого были решены следующие задачи:1.
Выбор и оптимизация гауссовской модели СКИ-сигнала относительно FCCмаски распределения частот и исследование время-спектральных характеристик отраженных СКИ с учетом влияния диэлектрических потерь.2. Разработка масштабно-временной и фазодевиометрической модели виброметрической системы РСЗ. Программная реализация цифровой обработки и фазодевиометрической оценки СКИ-сигналов в среде MatLab.3. Проведение экспериментальных исследований на основе разработанного виброакустического стенда и опытного макета СКИ-радиосенсорного устройствас цифровым приемопередатчиком серии NVA6201 и микрополосковыми(МПЛ) модифицированными антеннами Вивальди.4. Анализ результатов серии экспериментальных исследований механическихколебаний и произведение корреляционной оценки достоверности воспроизводимых вибрационных характеристик исследуемых колебаний объекта.В диссертации были предложены методы обработки СКИ: фильтрации СКИ-сигнала на базе частотно-временной селекции: преобразования Габора и сингулярного шумоподавления. фазодевиометрической оценки СКИ во временной и частотной областях: энергетический фазовый, взаимной корреляционной функции, отношения комплексных спектров, и вейвлет-кепстрального анализа. анализа механических вибраций с помощью быстрого преобразования Фурье.Научная новизна диссертационных исследований состоит в следующем:1.
В радиоволновой виброметрии впервые предложен помехоустойчивый методСКИ-радиосенсорного зондирования, позволяющий осуществлять измерения наотносительно больших расстояниях в условиях антиоптического доступа к исследуемой поверхности с приемлемым разрешением.2. Впервые предложен псевдослучайный алгоритм энергетического синтезаквазиоптимальной функции спектральной плотности мощности (ФСПМ) СКИсигналов из расчета максимально эффективной излучаемой мощности в заданной полосе частот. Получены оптимальные значения длительности СКИ в зави4симости от порядка дифференцирования, обеспечивающие максимальную эффективную излучаемую мощность.3.
Прием отраженного СКИ-радиосигнала реализован посредством прямойоцифровки, масштабирования и численной программной обработки на базе высокоскоростной СФД с частотой преобразования до 100 Гвыб/с в составе цифрового приемопередатчика NVA6201. Это позволило применить эффективный математический аппарат, исключив масштабно-временную трансформацию и реализацию переноса сигнала на нулевую частоту.4. Теоретически исследована зависимость выбора числа n-периодов стробирования на воспроизводимость СКИ и шумоподавление в окне захвата.5. Исследованы отражательные особенности СКИ-сигнала от неоднороднойзондируемой поверхности с точки зрения влияния динамической ЭПР на формоизменение время-частотных характеристик субнаносекундного радиоимпульса.Исследовано влияние диэлектрических потерь на формоизменение профиляСКИ.Практическая и научная значимостьНа основе численных методов и технологии СФД цифровой обработки СКИсигналов разработана аналитическая модель системы РСЗ и серия программных алгоритмов параметрической фазодевиометрической оценки угловой девиации отраженных фазораспределенных радиоимпульсов.
Разработана масштабно-временнаямодель, реализующая медленно и быстро протекающие процессы на одной оси дискретного времени. Предложенные методы фазодевиометрической оценки выборкирегистрируемых данных реализованы опытным макетом на базе однокристальногоприемопередатчика NVA6201 с прямой оцифровкой субнаносекундного сигнала врежиме импульсного зондирования модифицированной МПЛ-антенной Вивальди.Разработана программа-эмулятор, позволяющая исследовать возможности технологии СФД.
Экспериментальный макет устройства СКИ РСЗ рекомендуется к использованию в системах регистрации механических колебаний конструкций и элементовкинематических схем, а также при проведении стендовых испытаний аппаратуры нанадежность и виброустойчивость. Предложенный метод является помехоустойчивым и обеспечивает хорошую проникающую способность при зондировании оптически недоступных объектов.Практическое внедрениеРазработанный макет радиоволновой виброметрической системы и методСКИ РСЗ рекомендованы к использованию в научно-исследовательских и опытноконструкторских разработках при проведении стендовых испытаний аппаратуры навиброустойчивость в ОАО «КБточмаш им.
А.Э. Нудельмана».51.2.3.4.Основные положения, выносимые на защитуТехнология строб-фрейм-дискретизации формирует выборку СКИ с пикосекундным разрешением и не требует тактирования, тогда как при масштабно-временнойтрансформации возникает джиттер строб-импульсов, от длительности которых зависит временное разрешение.При зондировании оптически недоступных поверхностей в условиях влиянияпомех и диэлектрических потерь гауссовский СКИ претерпевает меньшие затухания и формоизменения в отличие от радиоимпульсов с несущим частотным заполнением.Помехоустойчивым методом фазодевиометрической оценки является вейвлеткепстральный анализ соседней пары фазосмещенных СКИ.Предложенный метод СКИ РСЗ и выбранные численные алгоритмы фазодевиометрической оценки могут быть эффективно использованы в решении задач радиоволновой вибродиагностики с применением нестационарных сигналов.Достоверность результатовДостоверность результатов диссертационных исследований определяется корректным применением численных методов фазодевиометрической оценки, адекватностью математической модели радиоволновой системы, техническим соответствием опытного макета и экспериментального стенда теоретическому описанию исследуемой системы, критерием соответствия которых служит корреляционный анализрезультатов, полученных СКИ РСЗ, с аналоговым лазерным стетоскопическим методом.
Достоверность результатов подтверждается практическим внедрением ипубликациями результатов исследований в сборниках конференций и рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.Апробация результатов диссертационных исследованийОсновные результаты диссертационных исследований докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях:1. Международная научно-практическая конференция РАДИОИНФОКОМ,МГТУ МИРЭА Москва – 2013.2. 62-я научно-техническая конференция, МГТУ МИРЭА, Москва – 2013.3. VII Международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», МТУСИ, Москва – 2013.4. Международная научно-техническая конференция «Наука и образование безграниц», Akademia Górniczo-Hutnicza (AGH) / Польский научно-техническийУниверситет, Польша – 2013.65.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
