Способ обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах


 


Владельцы патента RU 2551902:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения в миллиметровом диапазоне волн неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах. Достигаемый технический результат изобретения - определение точной формы линейных неоднородностей и повышение надежности их обнаружения при наличии мешающих факторов. Указанный результат достигается за счет того, что исследуемый объект освещается плоскополяризованной радиоволной и для каждой элементарной площадки на поверхности объекта исследования проводятся измерения, при которых угол поворота плоскости поляризации падающей волны к оси X принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1, n - число измерений. Если на рассмотренном участке расположена неоднородность линейной формы, то параметры отраженной волны зависят от угла φ, что позволяет обнаружить наличие неоднородности в области, соответствующей данной площадке. Способ может быть реализован аппаратурой, в состав которой входит генератор линейно поляризованного СВЧ излучения, поляризационная отражающая решетка, антенный блок с системой сканирования, приемник СВЧ излучения, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и обработки результатов измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено для обнаружения в миллиметровом диапазоне (ММ) волн неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах (трещин, арматуры, электрических и оптоволоконных кабелей и т.д., скрытых в стенах).

Радиоволновые методы широко применяются для неразрушающего контроля и основаны на том, что наличие неоднородностей в исследуемых объектах приводит к дополнительным отражениям электромагнитных волн, которые влияют на вид интерференционной картины (Ермолов И.Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества. // Учеб. пособие для инж.-техн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 368 с.; Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. и др. под ред. Клюева. В.В. Неразрушающий контроль и диагностика: справ. - М.: Машиностроение, 2005. - 656 с.).

Эти методы наиболее эффективны для контроля в неметаллических, плохо проводящих электрический ток оптически непрозрачных средах. Общим недостатком радиоволновых методов является сравнительно низкая разрешающая способность устройств, реализующих эти методы.

Наиболее близким аналогом можно считать способ обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах, реализованный радиоволновым интроскопом, работающим в ММ диапазоне волн (Чигряй Е.Е., Хохлов Г.И., Игнатов Б.Г. и др. Радиоволновый интроскоп в миллиметровом диапазоне. // Электромагнитные волны и электронные системы, т.15, №1, 2010 г., стр.50-54).

В соответствии с данным способом объект освещается плоско-поляризованной радиоволной и используется эффект деполяризации радиоволн при рассеянии на неоднородностях линейной формы. Под эффектом деполяризации подразумевается появление в отраженной волне составляющей с поляризацией ортогональной поляризации падающей волны при наличии угла рассогласования между вектором поляризации падающей волны и неоднородностью линейной формы. Однако данный эффект используется не для поиска неоднородностей, а только для того, чтобы избавится от мешающего влияния интерференции радиоволн, отраженных на границах разделов, т.е. для повышения контраста полезного сигнала. Параметры отраженной волны при изменении угла рассогласования в широком диапазоне не измеряются, что снижает надежность и точность способа.

Технический результат изобретения заключается в том, что определяется точная форма линейных неоднородностей и повышается надежность их обнаружения при наличии мешающих факторов (интерференции радиоволн, отраженных на границах разделов, присутствии строительных материалов со структурной анизотропией и т.д.).

Указанный технический результат в способе обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах достигается тем, что исследуемый объект освещается плоскополяризованной радиоволной, для каждой элементарной площадки на поверхности исследуемого объекта проводят измерения ортогональной компоненты волны, отраженной от данной площадки, при которых угол поворота плоскости поляризации падающей волны к оси X принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1, n - число измерений, определяют зависимость величины ортогональной компоненты в отраженной волне от угла поворота u[φ], вычисляют разность Δu[φ]=u[φ+45°]-u[φ], определяют все элементарные площадки, для которых Δu[φ] имеет максимум, и по непрерывной цепочке таких площадок определяют форму неоднородности.

Величина ортогональной компоненты в отраженной волне максимальна, когда плоскость поляризации падающей волны повернута под углом 45° к неоднородности и минимальна, когда она параллельна или перпендикулярна. Поэтому, если некоторая элементарная площадка соответствует области, через которую проходит неоднородность, то разность между величиной ортогональной компоненты отраженной волны, измеренной для данной площадки, при угле поворота плоскости поляризации φ и при угле φ+45° достигнет максимума, когда φ соответствует направлению неоднородности или направлению, перпендикулярному неоднородности. Это позволяет обнаружить наличие неоднородности в области, соответствующей данной площадке, и дает дополнительную информацию о возможном направлении неоднородности.

Способ может быть реализован аппаратурой, блок-схема которой показана на фиг.1. Аппаратура состоит из генератора линейно-поляризованного СВЧ излучения 1, поляризационной отражающей решетки 2, антенного блока с системой сканирования 3, приемника СВЧ излучения 4, аналого-цифрового преобразователя 5, блока управления и обработки результатов измерений 6. Поляризационная отражающая решетка 2 расположена под углом 45° к направлению распространения радиоволны, ее проводники параллельны электрическому полю падающей радиоволны 7 и полностью отражают ее в сторону объекта исследования 8, рассеянная волна ортогональной поляризации 9 не отражается, а пропускается к приемнику 4, сигнал от сенсоров приемника оцифровывается в АЦП 5 и передается на блок управления и обработки результатов измерений 6. Плоскость поляризации падающей волны 10 составляет угол φ с осью X.

Для вычисления точной формы неоднородности для каждой элементарной площадки последовательно проводится n измерений, при которых данная площадка освещается плоскополяризованной радиоволной, плоскость поляризации которой повернута под углом φ к оси X, а величина угла поворота принимает значения φ=180°·i/n, где i=0,…, n-1. Для каждого из n измерений определяется величина ортогональной компоненты в отраженной волне u[φ] и вычисляется разность Δu[φ]=u[φ+45°]-u[φ]. В случае отсутствия неоднородности на рассматриваемом участке Δu[φ] будет меняться только в пределах погрешности измерений, при наличии неоднородности Δu[φ] зависит от угла φ и достигнет максимума, когда угол φ соответствует направлению неоднородности или направлению, перпендикулярному к неоднородности. На поверхности объекта исследования определяются все площадки с неоднородностью и оставляются только те, которые образуют непрерывную цепочку, данная цепочка продемонстрирует точную форму неоднородности, как показано на фиг.2.

Способ обнаружения неоднородностей линейной формы в оптически непрозрачных средах, включающий освещение объекта исследования плоско-поляризованной радиоволной и измерение составляющей отраженной волны с поляризацией, ортогональной поляризации падающей волны, отличающийся тем, что для каждой элементарной площадки на поверхности объекта исследования проводят n измерений, при которых угол поворота плоскости поляризации падающей волны к оси X принимает значения φ=180°·i/n, где i=0, …, n-1, определяют зависимость величины ортогональной компоненты в отраженной волне от угла поворота u[φ], вычисляют разность Δu[φ]=u[φ+45°]-u[φ], определяют все элементарные площадки, для которых Δu[φ] имеет максимум, и по непрерывной цепочке таких площадок определяют форму неоднородности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью и воздушной обстановкой, работающим в режиме реального луча на базе плоской антенной решетки.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью (радиовидению) на базе четырехканальной доплеровской радиолокационной станции с четырехэлементной антенной решеткой.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат изобретения - получение повышенного разрешения за счет обработки сигнала.

Изобретение относится к бортовым радиолокационным станциям (БРЛС) летательных аппаратов, применяющим синтезирование апертуры антенны, и может использоваться в гражданской и военной авиации.

Изобретение относится к радиолокационным системам отображения данных, а именно к системам и способам трехмерной визуализации яркостной радиолокационной карты местности, и может применяться в охранных радиолокационных системах.

Изобретение относится к радиолокационной технике, в частности к бортовым радиолокационным станциям (РЛС) воздушных судов, применяющим метод синтезирования апертуры антенны.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для улучшения обнаружения радиолокационных сигналов на фоне пассивных помех.

Заявляемые изобретения могут быть использованы в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС), в частности беспилотного летательного аппарата (БЛА).

Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено: для обнаружения предметов в миллиметровом диапазоне волн под одеждой человека, в таможенном контроле грузов, в радиоастрономии для картографирования области неба и протяженных небесных объектов, в дистанционном зондировании земной поверхности, в охранных системах, работающих в условиях плохой видимости.

Изобретение относится к области локации и может быть использовано в радиолокации, в акустической локации, в гидролокации, в оптической локации, включая лазерную локацию, для обнаружения различных объектов, измерения их координат и параметров движения, а также для контроля состояния водной среды, земной и водной поверхности, воздушного пространства.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться для определения состояния морской поверхности, а также для решения задач экологического контроля и раннего предупреждения о развитии чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти. Достигаемый технический результат - обеспечение экологического контроля и раннего предупреждения о развитии чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти. Указанный результат достигается за счет того, что информационно-аналитическая система содержит антенный пост, расположенный на берегу и соединенный по цифровым коммуникационным каналам с программно-аналитическим центром (ПАЦ), выполняющим цифровую обработку, при этом антенный пост выполнен в виде навигационной радиолокационной станции (НРЛС) с возможностью работы в двух режимах: в режиме импульсной модуляции с помощью магнетронного или твердотельного передатчика, в зависимости от дальности наблюдаемой зоны, и режиме фазоманипулированной модуляции с помощью твердотельного передатчика, при этом НРЛС выполнена с возможностью осуществления непрерывного кругового или секторного обзора надводной обстановки, автоматического захвата и сопровождения обнаруженных целей, выходы «первичной локационной информации» и входы «управления» НРЛС являются портами цифровых коммуникационных каналов, программно-аналитический центр соединен с диспетчерским пунктом и потребителями локационной информации. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к областям радиолокации и дистанционного зондирования и может быть использовано для обнаружения протяженных неоднородностей в оптически непрозрачных средах. Достигаемый технический результат - уменьшение влияния помех, возникающих из-за интерференции отраженных объектом волн, и увеличение отношения сигнал-шум. Указанный результат достигается за счет того, что зондируемый объект освещается электромагнитным излучением, в котором плоскость колебаний электрической компоненты периодически поворачивается на девяносто градусов. При взаимодействии с объектом освещающее излучение рассеивается и частично деполяризуется из-за причин, связанных со структурной неоднородностью, расположенной в объекте, и особенностью ее ориентации по отношению к полю. Из деполяризованного излучения последовательно выделяются компоненты, поляризованные ортогонально по отношению к поляризации освещающего объект излучения. Эти компоненты преобразуются в электрические сигналы, между которыми определяется разность. Ее величина является индикатором наличия или отсутствия неоднородности в объекте. 2 ил.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям, устанавливаемым на летательных аппаратах. Достигаемый технический результат - стабилизация положения зоны картографирования по курсу летательного аппарата. Способ картографирования земной поверхности бортовой радиолокационной станцией основан на излучении и приеме антенной отраженных от земной поверхности сигналов при перемещении луча антенны в заданном секторе углов по азимуту, синтезировании апертуры антенны и формировании покадрового радиолокационного изображения поверхности Земли, причем перемещение луча антенны от границы заданного сектора углов по азимуту осуществляется при изменении курса летательного аппарата, а граница, с которой начинает формироваться каждый последующий кадр, меняется на противоположную. Способ может быть реализован радиолокационной станцией, состоящей из бортовой цифровой вычислительной машины, блока управления лучом, антенны, передатчика, приемника, блока формирования радиолокационного изображения земной поверхности, индикатора. 4 ил.

Группа изобретений относится к области радиовидения и может быть использована при проектировании радиотехнических систем. Достигаемый технический результат - снижение уровня помех на выходе отдельного канала формирования радиоголограммы без качественного увеличения его стоимости. Указанный результат достигается за счет разноса частот электромагнитной волны W1, которой облучают объект, и электромагнитной волны W2, которой облучают пространственную плоскость или некоторую криволинейную поверхность, на величину Δf, формирования радиоголограммы объекта в виде амплитудно-фазового распределения сигнала биений с разностной частотой Δf амплитуды суммы отраженной от объекта электромагнитной волны W3 и электромагнитной волны W2 по области регистрации радиоголограммы, зафиксированного относительно сигнала с частотой f0=Δf. При этом на выходе отдельного канала регистрации радиоголограммы отсутствуют фликкер-шум и постоянная составляющая, обусловленная мощностью электромагнитной волны W2, что позволяет повысить чувствительность регистрирующей матрицы без качественного увеличения ее стоимости. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для мониторинга протяженных сред и объектов. Достигаемый технический результат - повышение скорости мониторинга протяженных сред и объектов, а также уменьшение габаритов фокусирующей системы. Способ основан на излучении зондирующих сигналов и последующем приеме отраженных сигналов с помощью зонной пластинки, сфокусированной на точку объекта, положение которой в продольном направлении зависит от частоты, при этом для излучения зондирующих сигналов используют передающую антенну, размещенную на оси системы в пределах непрозрачной для радиоволн первой зоны Френеля осесимметричной зонной пластинки; ширина луча передающей антенны соответствует угловому сектору зоны мониторинга, а ширина спектра излучаемого ею сигнала соответствует глубине этой зоны, причем для одновременного приема сигналов, отраженных от точек протяженного объекта, расположенных на одинаковой дальности, применяют матрицу приемных элементов, помещенную на фокальной поверхности осесимметричной зонной пластинки, после чего используют принятые элементами матрицы приемных элементов сигналы определенной частоты для построения картины сцены, соответствующей конкретному по дальности сечению. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к формированию изображения сверхвысокого разрешения. Достигаемый технический результат - получение увеличенного разрешения. Указанный результат достигается за счет того, что радар сверхвысокого разрешения использует генератор импульсного сигнала, распространяющий пакеты импульсов радиочастотной энергии. Один импульс каждого пакета представляет собой служебный импульс, а остальные импульсы распространяются к объекту. Решетчатое секционное распознающее устройство собирает импульсы, отраженные от объекта. Кроме того, служебные импульсы распространяются через виртуальную линзу. Виртуальное сканирующее распознающее устройство распознает виртуальное служебное электрическое поле. Процессор рассчитывает виртуальное служебное электрическое поле, присутствующее на сканирующем распознающем устройстве. Кроме того, схема совпадений рассчитывает кросс-временную корреляционную функцию электрических полей отраженных импульсов, собирающихся посредством решетчатого секционного распознающего устройства и виртуального служебного электрического поля. Схема совпадений использует результаты кросс-временной корреляционной функции для создания пикселей изображения объекта. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к бортовым радиолокационным системам наблюдения за земной поверхностью на базе доплеровской радиолокационной станции (РЛС) с четырехэлементной антенной решеткой. Достигаемый технический результат - формирование трехмерного изображения поверхности в зоне видимости РЛС в виде совокупности пространственных координат отражающих элементов поверхности с повышенной точностью определения координат и расширением зоны видимости РЛС. Способ формирования трехмерного изображения земной поверхности в бортовой четырехканальной доплеровской РЛС заключается в определении пространственных координат отражающих элементов поверхности, расположенных в элементах разрешения дальности и доплеровской частоты, и основан на совместном применении селекции по доплеровской частоте и фазового метода измерения координат. 4 табл.

Настоящее изобретение относится к области обеспечения безопасности, а именно к сканирующему устройству формирования топографического изображения в миллиметровом диапазоне волн для досмотра людей. Устройство содержит первый трансивер (40) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41) для передачи и приема первого сигнала миллиметрового диапазона, второй трансивер (40′) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41′) для передачи и приема второго сигнала миллиметрового диапазона, который выполнен с возможностью перемещения в направлении, противоположном направлению движения первого трансивера миллиметрового диапазона, соединительный элемент (26, 27) для соединения между собой первого трансивера (40) и второго трансивера (40′) и приводное устройство (50), приводящее в движение один из двух трансиверов миллиметрового диапазона. Первый трансивер (40) и второй трансивер (40') перемещаются в противоположных направлениях. Достигается высокое качество построения изображения при упрощении конструкции устройства. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для решения задач радиолокационного мониторинга ограниченных участков земной поверхности, представляющих интерес. Достигаемый технический результат - упрощение возможности получения высокодетального изображения ограниченного по площади участка земной поверхности и снижение затрат на его получение. Указанный технический результат достигается за счет того, что осуществляют прямой синтез апертуры при когерентной обработке выходных откликов по меньшей мере четырех приемопередатчиков. Приемопередатчики неподвижно установлены по окружности вокруг исследуемого объекта. Главные лучи диаграммы направленности реальной антенны направлены в центр наблюдаемого участка. При этом выходные отклики формируются в течение времени tобр, отводимого на работу отдельно взятого приемо-передающего элемента при последовательном их электронном переключении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх