Диссертация (1090673), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Таким образом, данный метод, использующий базис из СКИ n-го порядка производной, заключается в последовательном приближении синтезируемой ФСПМ к маске пу-34тем увеличения количества импульсов и подбором весовых коэффициентов. Данное решение позволяет достичь показателя эффективности свыше 75% [А3].Рисунок 6. Синтезированные ФСПМ СКИ 4-го порядка (сплошные кривые), полученные из полинома вида (12) из N импульсов для: N=2 (слева); N=3 (справа)2.1.2 Псевдослучайный алгоритм синтеза квазиоптимальной функцииспектральной плотности мощностиТрехмерное параметрическое решение вектора V оптимизации ФСПМ излучаемого СКИ-сигнала, путем добавления варьируемого порядка дифференцирования n , позволяет обойтись меньшим количеством базисных СКИ-функций и нетребует смещений ФСПМ по оси частот как в предыдущем методе, что некоторым образом упрощает ряд численных процедур [A3].

В этом случае синтезируемая функция многокомпонентного СКИ-сигнала будет иметь вид [A3,A15]:Ns(t )   Gn s ( n ) s ( n ),t .n1(13)Полином (13) формируется из суммы N-производных для одного или несколькихзначений (не более трех)  s ( n) (рисунок 5, справа). Действительно, такое решениеявляется наиболее оптимальным с точки зрения формирования ФСПМ обтекаемой геометрии по отношению к маске частот и может быть реализуемо предложенным в работе псевдослучайным алгоритмом. При одном-двух неизменныхзначениях  s ( n) , задача оптимизации ФСПМ в заданной полосе сводится к гене-35рации квазиоптимального набора элементов вектора весовых коэффициентовG  G1, G2 ,...,GN  такого, чтобы в заданной спектральной полосе частот удовле-творялось условие минимизации целевой функции (11).Численно задача решается программным путем методом последовательногослучайного перебора значений N элементов вектора G  Rand (G) при некоторомпредельном Gмакс [A15]:1) формируется набор случайных чисел вектора G ;2) в спектральной области осуществляется проверка наличия всплесков синтезируемой ФСПМ за пределы пороговых уровней маски;3) при условии превышения хотя бы одного энергетического всплеска относительно пороговых уровней маски п.1 повторяется; при удовлетворительном решении п.2 формируется базисный вектор BG , которому соответствует СКИ сЭИМ PBG в заданной спектральной полосе;4) далее формируется следующий (текущий) набор весовых коэффициентовTG , ограниченных нижним пределом элементов базисного BG , и осуществляетсясравнение ЭИМ ФСПМ текущего набора TG с базисным BG при удовлетворенииусловия п.2; если ЭИМ PTG СКИ для текущих весовых коэффициентов вектораTG превышает PBG, и текущая ФСПМ меньше маски, то вектор TG становится ба-зисным и т.д.Алгоритм нахождения весовых коэффициентов вектора G осуществляется вцикле до тех пор, пока не будет достигнута требуемая ЭИМ P0 в заданной полосечастот P0  PBG .

Алгоритмизация поиска весовых коэффициентов является длительной процедурой во времени. Однако вычисления можно существенно ускорить с использованием параллельных циклов. Искать решение данной задачи отпротивного (синтезировать ФСПМ из спектральной области во временную) невсегда целесообразно и удобно, поскольку в предложенном методе получаетсяявное математическое решение диффполинома, которое практически может бытьреализуемо с достоверной точностью с применением щелевых МПЛ-переходов.36Данный алгоритм оптимизации ФСПМ (рисунок 7) может быть эффективнее реализован и упрощен, если в качестве параметров  s ( n) выбрать их оптимальныезначения для n-го порядка производных s (опт) , приведенные в таблице 3.

В такомслучае возможно эффективнее минимизировать целевую функцию. Применениепредложенного метода оптимизации ФСПМ позволяет повысить показатель ЭИМ до 90% [A3,A15].На практике задача формирования комбинационной функции СКИ s(t ) синтезированной формы во временной области решается посредством установки навыходе передатчика фильтров либо системы щелевых МПЛ-переходов, формирующих обтекаемую геометрию ФСПМ относительно FCC-маски. Такой принципоптимизации может быть реализован на основе фильтра с конечной импульснойхарактеристикой, построенного на пикосекундных аналоговых линиях задержки(ЛЗ).

Однако это требует дополнительной высокоточной технологии настройкипутем ввода корректирующих построечных цепей линий ЛЗ.Рисунок 7. Оптимизация ФСПМ относительно FCC-маски методом псевдослучайного перебора весовых коэффициентов для N=15 и соответствующих значенийn (опт) : ФСПМ в зависимости от порядка дифференцирования n  1,2,...,15 СКИ –кривые последовательно порядку n сдвинутые в область верхних частот (слева);результирующая ФСПМ (справа)Однако синтез СКИ заданной формы предлагается сгенерировать посредством применения системы идентичных формирователей на диоде Ганна и массива37ЛЗ (рисунок 8, слева), либо на базе быстродействующей D-транзисторной пикосекундной КМОМ-логики – системы цифровых ключей с возможностью управленияамплитудой каждого лепестка СКИ в отдельности (рисунок 8, справа). При этомпоказатель эффективности  излучаемого СКИ-сигнала, с учетом вносимых потерь, возможно повысить до 85% [А3].Рисунок 8. Система СКИ формирователей на диоде Ганна (слева), СКИформирователи на базе цепочки КМОП D-транзисторной пары ключей (справа)2.2 Формоизменение профиля сверхкороткоимпульсного сигналаИзвестно, что форма профиля узкополосных сигналов, применяемых в радиоволновых методах виброметрии, при таких преобразованиях, как сложение,вычитание,дифференцированиеиинтегрирование,остаетсянеизменной[10,22,42].

Под формой профиля электромагнитной волны будем понимать законизменения радиосигнала во времени, а под преобразованием – радиофизическийпроцесс.Действительно, преобразованные узкополосные сигналы могут различатьсятолько амплитудой и фазовым смещением во времени [22,25]. Однако для СКИ-38сигналов, описываемых гауссовской моделью, при тех же преобразованиях свойственно изменение не только перечисленных параметров, но и формы [5,6,38].Остановимся на более подробном рассмотрении механизма формоизменения гауссовского СКИ-сигнала без несущего частотного заполнения, поскольку для решения задачи радиоволновой оценки механических колебаний, важно учитыватьфакторы, влияющие на формоизменение субнаносекундного радиоимпульса.Положим, что цифровым приемопередатчиком сформирован видеосигнал s ,который токовым импульсом поступает в зондирующую антенну.

Первое изменение его профиля s1  ds(t ) / dt – моноцикл Гаусса, происходит в момент излучения, поскольку напряженность электрического поля, излучаемого антенной, изменяется пропорционально производной тока в антенне [29,33]. Второе изменениепрофиля СКИ может происходить в том случае, когда пространственная протяженность импульса, определяемая произведением c , меньше линейного размераизлучателя.

В этом случае импульсы электромагнитной волны будут излучаться,образуя серию s2 из суммы СКИ, смещенных во времени на величину  k [39]:Ns2   ds(t  k ) / dt.(14)k 1Третье изменение профиля СКИ-сигнала происходит при его отражении s3 отзондируемой поверхности, которая в общем случае может представлять собойструктуру из отражающих элементов, образующих профильную геометрию конструкции длиной L.

В том случае, если cs  L , импульс s3 поочередно отражается от отдельных элементов поверхности, образуя импульсную последовательность, параметры которой (число импульсов, взаимная обратная задержка во времени  m , интенсивность) зависят от геометрической структуры поверхности иимпульсных характеристик hm ее элементов. При этом импульсная последовательность формируется за время t  2L / c и представляет собой распределениефункции [41]:39MNs3   m1 k 1ds1 (t  k  m ) hm (t  m  s )dt.dt(15)Отсюда ЭПР зондируемой поверхности становится динамической во времени и,как следствие, диаграмма рассеяния, сформированная облучаемой поверхностью– нестационарной.

Отсутствие интерференции СКИ-сигналов, отраженных отэлементов поверхности, исключает нули в диаграмме рассеяния. Элементы поверхности могут выполнять роль частотных фильтров, что приводит к дополнительному изменению формы профиля СКИ. Четвертое формоизменение СКИпроисходит в момент его радиоприема по аналогии с излучением: импульсы тока,наведенного полем в разных частях антенны, будут сдвинуты во времени из-заразности хода сигнала. Пятое формоизменение СКИ возможно при его распространении через диэлектрические среды за счет затухания различных участков егоспектра [39].Из выше рассмотренных особенностей формоизменения СКИ без несущегозаполнения можно сделать заключение о принципиальной неэффективности ихсогласованной фильтрации (СФ), поскольку предсказать формоизменение профиля – задача затруднительная.

Формоизменения, связанные с приемом и излучением поддаются расчету, в то время как другие (отражение, прохождение через препятствия) в некотором смысле остаются мало изученными. Остановимся на рассмотрении этих процессов в качестве анализа влияния угла наклона облучаемойповерхности, а также влияния диэлектрических потерь на формоизменение профиля СКИ.2.2.1 Анализ влияния угла наклона облучаемой поверхности наформоизменение сверхкороткого радиоимпульсаОдним из актуальных вопросов виброметрического РСЗ радиоимпульсамисубнаносекундного диапазона является изменение их формы при отражении отзондируемой поверхности, ЭПР которой в общем виде имеет вид [38]40ЭПР  4r22Eотр2Eпад,(16)где r – расстояние до зондируемой поверхности, на которой падающая волна может считаться плоской; Eпад – напряженность электрического поля падающейволны; Eотр – напряженность электрического поля отраженной волны.По существу, это выражение сравнивает плотность мощности отраженнойволны с плотностью мощности волны, падающей на поверхность, и может бытьвыражено через пиковые значения полей:ЭПР  4r 2Eотр(макс)Eпад(макс)2.(17)Произведем оценку влияния угла наклона м и ЭПР металлической пластины площадью Sм со сторонами ам и bм , используемой в работе в качестве колебательной поверхности (рисунок 9), на формоизменение профиля СКИ.

Для этогопроизведем численное моделирование СКИ-процесса во временной области.В качестве зондирующей антенны используем апертурную с раскрывом S аи сторонами аа и bа , поскольку для нее известно решение поля в дальней зоне[38]. Положим, что распределения поля и тока в раскрыве – равномерные; формаполя возбуждающего антенну имеет вид гауссовского видеоимпульса (6) и равноEa (t )  s(t ) ; причем E0  G0 ; будем считать, что падающая на поверхность волнаотражается без потерь; относительно линии визирования пластина повернута вгоризонтальной плоскости на угол м .Как известно, в дальней зоне (при z  bа , aa ) распределение электрического поля апертурной антенны имеет следующее решение [38]:41E (t ) 1  cos а4сzaа bа2 2 aа bа2 2 z dEa  t  cdxdy,dt(18)где z – расстояние от раскрыва антенны до зондируемой поверхности;z '  z  sin a ( x cos a  y sin a ) ; а , а – углы поворота апертуры в горизонтальной и вертикальной плоскостях.Рисунок 9.

Характеристики

Список файлов диссертации