Квазиоптические электронные сканеры электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн (1103353), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эти данные согласуются с развитой теорией.6Апробация работы и публикацииРазработанныеметоды и подходы применены при созданиидействующих программно-аппаратных сканеров в рамках государственногоконтракта № 02.740.11.0230 в 2009-2012 годах .Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались наконференциях: «Фестиваль науки» (Москва, 2008), «Инновационный проект2008» и «Инновационный проект 2009», физического факультета МГУимени М.В. Ломоносова, «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 2010 г.,«Технологии специального назначения» (2012 год), Всероссийскоммолодежном образовательном форуме«Селигер 2009»,на салонахпромышленной собственности «Архимед 2008» и «Архимед 2009», наМолодежном форуме «Фундаментальные и прикладные аспектыинновационных проектов физического факультета МГУ» в 2009 году,наXIX Международной научно-технической конференции «Радиолокация,навигация, связь» г.
Воронеж в 2013 году, на XII, XIII и XIV Всероссийскойшколе-семинаре «Физика и применение микроволн» («Волны – 2011, 2012 и2013»), на Дне инноваций министерства обороны РФ в 2013 году и другихмероприятиях.По результатам работ получен патент на изобретение и полезнуюмодель.Личный вклад автораАвтором были разработка методики получения радиоизображений исозданы автоматизированные системы механического сканированияквазиоптических сканеров. Для измерения основных параметров ипостроения аппаратной функции радиооптической системы был разработан иизготовлен стенд трехмерного позиционирования. Проведены экспериментыпо юстировке и настройке основных систем создаваемых сканеров длядостижения расчетных параметров по радиотемпературной чувствительностии пространственному разрешению.Автор принимал участие в разработке конструкции программноаппаратного комплекса, по обнаружению под одеждой предметов,выполненных из различных материалов; разработкерадиооптическойсистемы программно-аппаратного комплекса на основе офсетногоэллиптического зеркала для 3 миллиметрового диапазона; проведенииматематического моделирования параметров радиооптической антеннойсистемы; получении радиоизображений различных предметов, в том числепод одеждой на фоне тела человека.7Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы,включающего 85 наименований.
Общий объем текста – 115 страниц, работасодержит 80 рисунков и 6 таблиц.Во введении показан современный этап развития квазиоптическихсканеров, рассмотрены основные достоинства и недостатки миллиметровыхсистем. Показана актуальность и практическая значимость диссертационнойработы, сформированы цели и задачи работы, указаны научная новизна и еепрактическая ценность. В конце введения указываются положения,выносимые на защиту.Основная задача радиометрии — сбор информации об объекте иотображение её в видимом изображении.
Для этих целей разрабатываются иприменяются специальные приборы – квазиоптические сканеры.Конечно, системы радиометрии, в результате своей работы должныполучать наиболее информативное изображение. В общем случае подинформативным изображением мы понимаем изображение с максимальновозможным пространственным и температурным разрешением. Увеличениеразрешение достигается двумя путями – улучшением аппаратной части иприменением методов математической обработки.Возросшая потребность в радиометрических системах объясняется, втом числе, появившимися возможностями создания компактныхрадиометрических приемников – радиометров, что обусловлено прогрессомв области полупроводниковых приборов миллиметрового диапазона. Именномиллиметровая радиометрия интересна тем, что позволяет получатьизображения предметов с разрешением практически близким к оптическому,и в то же время позволяет синтезировать изображения предметов зазначительным слоем камуфляжа.
Развитие технических средств маскировкив диапазонах работы тепловизоров и металлодекторов так же способствуетразвитию систем радиовидения. Однако широкое распространение подобныхсистем невозможно без достижения ими параметров, сопоставимых спараметрами систем инфракрасного, оптического и рентгеновскогодиапазонов. Это необходимо для интуитивного визуального восприятиярадиотепловых изображений предметов путем визуализации их формы иместоположения. Основными характеристиками систем радиовиденияявляютсяпространственноеразрешение,быстродействиеичувствительность.Принципиальной проблемой радиометрии является пространственноеразрешение, которое характеризует минимальные размеры обнаруживаемого8предмета. Пространственное разрешение непосредственно связано с угловымразрешением через расстояние до объекта сканирования.
Угловое разрешение(∆φ) ограничивается Релеевским пределом:∆φ ≈ λ/D,где λ – длина воны, D – апертура антенной системы. Повысить разрешениесистемы можно уменьшая λ и увеличивая D. Однако очевидно, что этиизменения не всегда могут быть реализованы.Одним из способов повышения разрешения является применениематематической обработки к полученным данным. Цель такой обработки –компенсация искажений изображения, вызванных конечным угловымразрешением системы. Это реализуется путем математического решенияобратной задачи восстановления исходного изображения после сканированияего антенной системой с определенной диаграммой направленности.Разрешение,получаемоепослетакойобработки,называетсясверхразрешением.
А алгоритмы и методы его получения – алгоритмамисверхразрешения.Длямаксимальноэффективногоиспользованияалгоритмов сверхразрешения необходимо знать, какие именно изменениявносит диаграмма направленности. Безусловно, диаграмма направленностилюбой антенной системы вносит сильные искажения в получаемыерадиоизображения. Именно по этому, знание ее параметров и формыисключительно важно для решения обратной задачи и применения валгоритмах сверхразрешения.Диаграмму направленности антенной системы будем называтьаппаратной функцией (АФ) системы радиометрии. Таким образом, длясоздания и применения алгоритмов сверхразрешения необходимо знатьаппаратную функцию конкретной системы с высокой точностью.В первой главе описываются принципы работы квазиоптическихэлектронных сканеров, рассмотрены существующие модели, приведены ихосновные технические параметры, в частности по разрешению.
Представленаструктурнаясхемасистемрадиометрии.Рассмотреныпонятиярадиояркостной температуры и радиояркостного контраста. Показаныпринципыпостроениярадиоизображений.Рассмотренапроблемапространственного разрешения превышающего предел Релея.Системы пассивной радиометрии (квазиоптические сканеры)позволяютполучатьвизуальныеизображения,соответствующиераспределению радиояркостной температуры по поверхности исследуемогообъекта или сцены.
Регистрация микроволнового теплового излученияосуществляется с помощью сверхчувствительных приемников –9радиометров, принцип действия которых основан на накоплении слабогосигнала. Широкое распространение получили системы миллиметровогодиапазона. Это связано, во-первых, с относительно короткой длиной волны,что позволяет строить компактные системы, обладающие приемлемымугловым разрешением. Во-вторых, в этом диапазоне существуют окнапрозрачности атмосферы, в которых поглощение радиоволн минимально.По задачам наблюдения системы радиовидения можно разделить насистемы ближней и дальней радиометрии.
Системы дальнего действияпредназначены для получения изображений предметов, расположенных нарасстоянии сотен метров или даже нескольких километров. Их основнаязадача – слежение за местностью и навигация транспортных средств.Отдельно стоит отметить возможность проведения такими системамирадиотехнического и экологического радиомониторинга. Системы ближнегодействия позволяют получать изображения близкорасположенныхпредметов, что позволяет судить об их внешнем виде, внутреннем строении исвойствах отражения или поглощения волн данного диапазона. Здесьосновным назначением является создание досмотровых комплексов и систем,предназначенных, в том числе, для контроля проноса запрещенныхпредметов и противодействию террористическим угрозам.По способу получения радиотеплового излучения от наблюдаемогообъекта, существующие системы радиовидения можно разделить на двабольших класса – активные и пассивные.Работа активных систем основана на принципе радиолокации –излучении зондирующего импульса и приема его отражения от цели.
Взависимости от характеристик принятого сигнала определяютсяхарактеристики облучаемого предмета. В реальных системах для получениярасчетных технических характеристик, в первую очередь чувствительности,в качестве зондирующего сигнала используют подсветку.Пассивные же системы напротив, регистрируют собственноерадиотепловое излучение объектов. Такие системы абсолютно безопасны дляздоровья человека, что особенно актуально при создании системсканирования пассажиров. Однако у пассивных систем есть принципиальныенедостатки, основным из которых является значительно меньшее отношениесигнал/шум, чем у активных систем. Поэтому применение алгоритмовматематической обработки для улучшения разрешения становится еще болееактуальным.Визуализация радиоизображений в миллиметровом диапазоне длинволн строится на измерении радиояркостного контраста исследуемой сцены.10Радиояркостная температура по определению равна физическойтемпературе такого абсолютно черного тела, которое создавало бы излучениетакой же интенсивности в исследуемом частотном диапазоне, как иисследуемый объект.Во второй главе поставлена и решена задача по разработке и созданиюквазиоптического сканера для обнаружения предметов скрытых подоптическим камуфляжем, в том числе под одеждой человека.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
