Диссертация (1090673), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Осуществлен выбор облучающей антенны, в качестве которой предложена модифицированная МПЛ-антеннаВивальди с экспоненциальным раскрывом. Отмечено, что в точке зондированияможет возникнуть обстоятельная необходимость компенсации искажений ДН, вызванных несинхронным возбуждением ее раскрыва фронтом СКИ. Отмечено, чтооптимизированная ФСПМ излучаемого СКИ, являющегося результатом реакцииМПЛ-антенны на возбуждающий СКИ, связана с ним через импульсную характеристику антенны.

Показано, что при увеличении раскрыва главный лепесток ДНсужается, и ширина ДН по уровню половинной мощности уменьшается в два раза.При этом увеличение раскрыва позволяет не только сузить главный лепесток ДН,но и повысить показатель спектрального коэффициента полезного действия засчет сдвига нижней границы частотного диапазона антенны. Показано, что задачиоптимизации ФСПМ относительно FCC-маски и компенсации провалов ДН,излучаемой МПЛ-антенной, могут быть решены комбинационно через системууравнений целевых функций Fц и Gц .

В качестве метода квазиоптимального обнаружения гауссовского СКИ-сигнала предложен алгоритм ЧПКО.61ГЛАВА 3. Цифровая обработка сверхкороткоимпульсных сигналови численные методы радиоволновой оценки механических колебаний3.1 Фазодевиометрическая модель системы сверхкороткоимпульсногорадиосенсорного зондированияХарактер механических вибраций зондируемой радиосенсорным методомповерхности, генерирующей собственные колебания или промодулированной вынужденными внешними виброакустическими возмущениями среды, в реальныхусловиях представляет собой сложный квазипериодический случайный, а иногдаи стохастический процесс, который в некотором приближении можно представить суммой гармонических функций [A2]:Nr (t )   R0i sin(ωvit  ξ 0i )  ζ(t ),(46)i 1где R0i – амплитуда вибрации i-ой гармоники колебания, vi  2Fvi , 0i – угловая частота и начальная фаза i-го механического колебания соответственно, (t ) –функция виброакустических флуктуаций.Для простоты описания модели такого процесса в ограниченном временноминтервале механические вибрации можно задать одной стационарной квазипериодической гармонической функцией со следующими допущениями: рассматривается случай колебания исследуемой поверхности вдоль линии визирования (осьz) при движении поверхности в одной плоскости с постоянной частотой вибрацииFv (виброскоростью (t ) ); (t )  0; зондируемая поверхность находится на расстоянии Z от передающей антенны (точки регистрации), совершая возвратнопоступательные движения с амплитудой виброперемещения R0 , приближаясь иудаляясь от нее.

При прохождении точки с отметкой Z зондируемая поверхностьимеет нулевое отклонение и максимальную виброскорость, а при достижении то-62чек Z min и Z mах – максимальное отклонение и нулевую виброскорость (рисунок17). При этом R0   Z max  Z min  / 2 . Представленная модель лежит в основе решения виброметрологических задач оценки интенсивности виброперемещения механических конструкций, совершающих линейные колебания [A4,A5,A18].Принцип радиосенсорной СКИ виброметрии, так же, как и моноимпульсных радиоволновых методов измерения амплитуды механических колебаний, основан на отражении электромагнитных волн от границы раздела двух сред,имеющих разные электродинамические параметры [A10].

Причем координатноеположение границы раздела сред есть функция виброперемещения z (t )  r (t ) .Рисунок 17. Фазодевиометрическая модель системы СКИ РСЗПри этом за счет эффекта Доплера спектр радиоимпульса либо расширяетсяпри приближении поверхности, либо сжимается – при ее удалении, и сдвигается вобласть высоких или нижних частот, поскольку все гармоники в спектре СКИсигнала изменяются в 1  2(t ) / c  раз [A6].

Одновременно за счет того же эффекта изменяется частота F следования импульсов, отраженных от поверхности,и, соответственно, период T следования СКИ-эхосигнала. Знак этих измененийзависит от направления колебания поверхности относительно принимающей антенны, а величина – от изменения виброскорости (t ) за период зондирования TЗ .Это означает, что отраженные СКИ для каждого значения мгновенной скоростиимеютчастотувспектреf   f0 (1  2(t ) / c) ,частотуповторения63F  F0 (1  2(t ) / c) и длительность    1  2(t ) / c  . Здесь виброскорость1(t )  2Fv R0 cos  vt  0  [A6].Полагая,чтоизменениечастотыотраженногоСКИ-сигналавq  1  2(t ) / c  раз справедливо для каждой гармоники в спектре радиоимпуль-са, рассмотрим частный случай фазового смещения отраженного сигнала толькоодной гармоники, соответствующей центральной частоте ФСПМ СКИ f 0 , на которую приходится максимум ФСПМ [A15].

В некотором приближении гармонику, на которую приходится максимум ФСПМ субнаносекундного радиоимпульса,можно представить как s0зонд (t )  S0 cos  2f0t  0  , тогда в отраженном сигнале отвибрирующей поверхности имеем:s0отр (t )  S0  cos  2f0q(t  2Z / c)  0   ,(47)где 0 – начальная фаза,  – изменение фазы при отражении,  – коэффициентослабления.Следовательно, при изменении виброскорости (t ) в диапазоне 0,1…10 м/сотклонение периода незначительно T  (107...109 )T0 . Поэтому, считая q  1 , вкачестве оценки виброперемещения зондируемой поверхности, как медленнопротекающего процесса, используется величина изменения частоты следованияотраженных радиоимпульсов F за период зондирования TЗ [A1,A12].

Метод основан на принципах фазовой дальнометрии и учитывает изменение фазы за счетизменения расстояния z(t) между антенной и зондируемой поверхностью.Однако удобнее измерять не девиацию этой частоты F , а изменение разности фаз  между периодами повторения отраженных радиоимпульсов [A12].Отсюда фактически измеряемой величиной между периодами повторения будетвиброскорость. Таким образом, в основе косвенного метода оценки виброперемещения колебательной поверхности лежит принцип фазовой девиометрии отраженных радиоимпульсов [A2]. При этом закон фазовой модуляции отраженного64сигнала связан с законом плоскопараллельных колебаний зондируемой поверхности линейным соотношением.Оценим разность фаз между периодами повторения отраженных радиоимпульсов и характер ее изменения при вибрации поверхности.

Если принять, чтомгновенное значение фазы колебаний излученного радиосигнала (t )  2f0t(здесь f0 – центральная частота ФСПМ СКИ), то мгновенное значение фазы сигнала, отраженного от исследуемой поверхности, находящейся на расстоянии смещения Z+r(t), в некоторый текущей момент времени равно [A6]:t (t )  (t )  2  f 0 2 Z  r (t ) 2 Z  r (t ) 2  f 0  t .cc(48)Через период зондирования ТЗ поверхность переместится на расстояниеZ  r (t  TЗ ) от антенны. В этом случае мгновенная фаза сигнала, отраженного отисследуемойповерхности,смещеннойнавеличинуперемещенияr  r (t  TЗ )  r (t ) , будет равна:2 Z  r (t  TЗ )2 Z  r (t  TЗ ) t TЗ (t )  (t )  2  f 0  2  f 0  t   .cc(49)Из выражений (48) и (49) определим разность фаз  между соседней парой фазосмещенных радиоимпульсов:Δ   Δ t TЗ  Δ t 44f04f0f 0  r  t  TЗ   r (t )  r срTЗ .ccc(50)Тогда девиация фазы  между соседними периодами повторения отраженныхфазораспределенных радиоимпульсов:  N  N 1 ,(51)где N – номер соседней пары фазосмещенных импульсов.В случае сужения интервала зондирования во времени при  TЗ  TЗ   T ,когда в выражении (50) средняя скорость виброперемещения стремится к значению мгновенной скорости ср  (t ) ,65 4(t )TЗ .(52)d4 З (t ) – мгновенная угловая частота, а ее девиацияTЗdtТогдаЗ d   4 (срN  срN 1 ) .

Здесь λ – длина волны, соответствующая f0 .dt TЗ Для оценки ЭПР идеально проводящей пластины, зондируемой СКИсигналом, с учетом выражения cs  1,3 (полученного в разделе 2.2.1 и связывающего длину волны λ узкополосного сигнала с пространственной длиной СКИ)выражение (52) преобразуется к следующему виду [A6]:Δ 4,5πср ,cs FЗ(53)где FЗ – частота зондирования.Нетрудно показать, что дисперсия оценки фазы внутри СКИ обратно пропорциональна отношению сигнал-шум, не зависит от формы сигнала и равна2  N0 / 2Es , где N0 , Es – энергии гауссовского шума и СКИ соответственно [28].В то же время дисперсионная оценка фазового сдвига гауссовского импульса вовременной области зависит от длительности импульсаsи имеет вид2s  2s / 2,8(2 Es / N0 ) [28].

Из этих показателей дисперсии, соответственно, будет складываться ошибка дальнометрии [28]: в фазовом представлении2z ( )  cs  / 2,62и временном 2z ( s )   Z / c  c2   c / 2  2s , где c2 – средне22квадратичная ошибка определения скорости распространения радиоволн.Из выражения (53) можно заметить, что одним из путей повышения чувствительности СКИ радиоволновой системы зондирования к слабо выраженным линейным механическим колебаниям является уменьшение длительности радиоимпульса, что, как правило, достигается обеспечением широкополосности приемопередающей антенны, а не устройством формирования возбуждающего ее видеоимпульса.

Это обусловлено тем, что каким бы минимальным не был гауссовский66видеоимпульс, антенна ввиду своих избирательных свойств обрежет его частотную полосу, причем преимущественно в верхней области частот [29,33].Следовательно, при вибрации поверхности девиация фазы  между периодами повторения отраженных радиоимпульсов изменяется от периода к периоду, и это изменение будет зависеть от изменения виброскорости.

Отсюда абсолютная величина оценки средней скорости за период радиоволнового зондирования выражается какср   (cs )  FЗ,4,5(54)а абсолютная величина виброперемещения r  срTЗ соответственно.Таким образом, оценку разности фаз  между периодами повторения отраженных радиоимпульсов можно осуществить на основе фазодевиометрическоймодели [A1] при помощи предложенных в разделе 3.4 численных методов ФДОмеханических колебаний [A12,A19]. При этом численная оценка механическихколебаний будет соответствовать средней интенсивности вибраций – величиневиброскорости механических колебаний поверхности за период TЗ [A14].В выборе периода TЗ зондирования существенную роль (для обеспечениячувствительности измерений) играет априорное значение селекции полосы частотмеханических вибраций.

Характеристики

Список файлов диссертации