Дистанционное нелинейное зондирование объектов электромагнитными волнами при наличии границ раздела сред тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Васенков, Алексей Андреевич

• Васенков, Алексей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Васенков, Алексей Андреевич

Введение.

Глава I. Экспериментальная установка и методика исследований.

1.1 Задачи экспериментальных исследований.

1.2 Объекты измерений и их модели.

1.3 Измеряемые величины и их основные характеристики.

1.4 Стенд, измерительная установка.

1.5 Методика измерений и ее особенности.

1.5.1 Особенности измерений.

1.5.2 Методика измерений.

Глава II. Электромагнитное поле, рассеянное нелинейными антеннами, расположенными вблизи границ раздела сред.

2.1 О влиянии некоторых факторов на распространение электромагнитных волн при нелинейном зондировании вблизи поверхности земли.

2.2 Электромагнитное поле, рассеянное вибратором с нелинейной нагрузкой, расположенным вблизи границы раздела сред.

2.3 Экспериментальное исследование рассеяния электромагнитных волн вибратором с нелинейной нагрузкой вблизи границы раздела сред.

2.4 Экспериментальное исследование рассеяния электромагнитных волн нелинейными антеннами расположенными вблизи водной поверхности.

Глава III. Рассеяние электромагнитных волн на системах простейших нелинейных рассеивателях, расположенных в свободном пространстве.

3.1 Рассеяние электромагнитных волн на системе из параллельных вибраторов, содержащих нелинейную нагрузку.

3.2 Рассеяние электромагнитных волн на системе из двух вибраторов, один из которых содержит нелинейную нагрузку.

3.3 Рассеяние электромагнитных волн системой нелинейных вибраторов типа "волновой канал".

3.4 Исследование нелинейного рассеивателя электромагнитных волн с регулируемой плоскостью поляризации рассеянного поля.

Глава IV. О некоторых практических приложениях эффектов нелинейного рассеяния электромагнитных волн.

4.1 Дистанционное обнаружении биологических объектов на основе нелинейного рассеяния электромагнитных волн.

4.2 Дистанционное распознавании объектов на основе рассеяния электромагнитных волн решеткой нелинейных антенн.

4.3 Метод определения координат нелинейных рассеивателей электромагнитных волн.

4.4 Параметры зондирующего сигнала при поиске субгармонических рассеивателей электромагнитных волн.

4.5 Измерение распределения электромагнитного поля и регистрации его слабых локальных возмущений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дистанционное нелинейное зондирование объектов электромагнитными волнами при наличии границ раздела сред»

Эффекты рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) на объектах с нелинейными включениями (приводящими к тому, что рассеянное поле содержит спектральные компоненты, отсутствующие в падающем поле) привлекли внимание исследователей, поскольку их использование позволяет с помощью современных радиотехнических средств решать ряд прикладных задач, не решаемых традиционными методами. Основной причиной возникновения этих эффектов при рассеянии радиоволн металлическими конструкциями является наличие у последних различных механических соединений: сварных швов, контактов различных металлов, заклепок в местах соединения и крепления антенн и т. д. За счет процессов окисления на контактирующих поверхностях происходит образование тонких, порядка десятка ангстрем, диэлектрических пленок, обладающих нелинейными свойствами. Указанные явления также могут наблюдаться при падении ЭМВ на объекты, содержащие нелинейные элементы в виде транзисторов, диодов, магнитопроводов. Есть основания полагать, что эти же эффекты могут иметь место при рассеянии ЭМВ на природных образованиях, в частности, некоторых металлосодержащих рудах. Заметим, что спектральное изменение рассеянного сигнала может служить как причиной помех при радиоприеме, так и иметь полезное применение: дистанционное обнаружение и распознавание объектов в условиях сильных фоновых отражений, выявление скрытых дефектов в промышленных изделиях, поиск терпящих бедствие людей, оснащенных заранее специальными пассивными нелинейными рассеивателями, и т.д.

Впервые эффект нелинейного рассеяния электромагнитных волн объектами был обнаружен в 40-х годах прошлого столетия [1] при использовании мощных передатчиков и приёмников на ограниченном пространстве, например, палубе корабля. Было отмечено, что при попадании в электромагнитное поле передатчиков, металлических конструкций, представляющих собой сочленяющиеся части, такие как лестницы, предохранительные перила, антенные растяжки, цепи заграждения и тому подобные структуры в спектре рассеянного сигнала (PC) появляются дополнительные спектральные компоненты, которых не было в спектре падающего на них потока ЭМВ. Так при падающем зондирующем сигнале (ЗС):

Езс = e3C-cos(co-t + фзс), где езс, со, фзс- соответственно амплитуда, частота и фаза ЗС, PC имеет вид: N

Ерас =Een -cosCn-ffl-t+pJ, (1.1) п=0 где еп, фп - амплитуда и фаза n-й гармоники. В случае многочастотного ЗС спектр PC существенно богаче. Для бигармонического ЗС вида:

Езс = ei-cos(o>i-t + ф!) + e2-cos(a>2-t + Фг)> где е„, соп, фп - амплитуда, частота и фаза каждой из гармонических составляющих, PC оказывается:

N N

Epac=Z (1-2) n*0 m-0 где enm, фпт - амплитуда и фаза спектральных компонент PC номера n, m .

Как видно из (1.1), (1.2) спектр PC может содержать большое число компонент. Подобные явления широко распространены в радиотехнике, где преобразования сигналов происходят на различных нелинейных элементах [2]. В данном случае в качестве нелинейного элемента (НЭ) выступали неплотные или окислившиеся металлические сочленения, поэтому появление указанных помех получило название эффекта "ржавого болта" [3].

Аналогичные явления имели место в приёмо-передающих трактах систем связи на СВЧ и вызывались нелинейным поведением контактов в местах разъёмных соединений волноводов и циркуляторов, металлических витых оболочек кабелей и ферритовыми элементами [3-5]. Один из ярких примеров, приведённый в [37], заключается в том, что уровень продуктов третьего порядка (на частоте 2f 2 - f i = 6 Ггц), генерируемых в плохо состыкованном сочленении волновода, может достигать -55 дБ/Вт при мощности передатчика равной 1Вт. Если учесть, что измерительные приёмники имеют чувствительность -130 -140 дБ Вт, то нетрудно понять к каким проблемам может привести игнорирование подобных явлений.

Наряду с экспериментальными исследованиями интермодуляционных помех, генерируемых в тех или иных типах различных устройств, большое внимание было уделено изучению свойств контактирующих пар однородных и разнородных металлов, а также мерам, препятствующим появлению указанных помех [38]. В [39] приведено описание устройства для выявления на кораблях ВМФ США источников помех, возникающих в лестницах, трубах, оплётках кабелей и т.п. Место возникновения нелинейных продуктов (НП) определяется путём перемещения индукционного датчика вдоль проводника с одновременной фиксацией третьей гармоники ЗС. В [40,46] такой эффект используется для определения местоположения несовершенных контактов в конструкции космических кораблей. В начале 70-х годов кроме задач, связанных с решением проблемы электромагнитной совместимости, появляется интерес к использованию эффекта нелинейного рассеяния радиоволн в технической диагностике и радиолокации. В технической диагностике к настоящему времени на основе использования этого эффекта развиты методы интегральной дефектоскопии пассивных радиокомпонентов и обнаружение ослабленных соединений металлических деталей и трещин в них. В [40] описана лабораторная установка, работающая на частоте 2f i - f2 (f i, f 2 - частоты ЗС) и представлены результаты исследований алюминиевого сплава марки 6061-Т6 и нержавеющей стали марки 304.

Наибольшее распространение применение эффекта нелинейного рассеяния получило в радиолокации, где в настоящее время сформированы основы нового научного направления - нелинейной радиолокации (HPJI). Отличительной особенностью HPJI является приём рассеянного объектом сигнала на частотах НП

ЗС. Поскольку источником этих НП являются, как правило, объекты искусственного происхождения (как уже отмечалось различные контактирующие металлические части или электронные радиокомпоненты аппаратуры), а на большинстве естественных образованиях они не возникают, нелинейные радиолокационные станции (HPJIC) имеют преимущество при поиске таких объектов в условиях значительных фоновых отражений перед обычными радиолокаторами.

HPJI посвящено значительное количество работ, как за рубежом, так и в России. Вопросы HPJ1 обсуждались на международных симпозиумах и конференциях ("Радиолокация-77", "Радиолокация-80", "10-я Европейская конференция по микроволнам-80" и др.). В 1985 г. появился обзор [7], обобщивший опубликованные в зарубежной печати исследования по использованию эффекта нелинейного рассеяния радиоволн.

Первые работы по HPJI в России появились в 1976 г. и в настоящее время ведутся в нескольких группах, работающих под руководством Горбачева А. А., Михайлова Т. Д., Парватова Г. Н., Вернигорова Н. С., Петрова Б. М. [9,47, 48,49]

За время развития HPJI создано несколько типов HPJIC, различающихся как по конструкции, так и по назначению. Остановим внимание на некоторых из них.

Одной из первых в литературе описана HPJIC METRRA (Metal Re-Radiation Radar) [5], предназначенная для обнаружения различной военной техники, включая мины-ловушки, находящиеся на поверхности земли. Данная HPJIC ориентирована на приём третьей гармоники импульсного ЗС. В работе приводятся следующие данные одной из разработок HPJIC типа METTRA: мощность передатчика ---------------- 1 КВт, частота ЗС ------------------------------750 МГц, коэффициент усиления антенн-------- 10 дБ, длительность импульсов----------------0,5 мкс, частота повторения импульсов--------10 кГц, шум-фактор приёмника.6 дБ, поляризация антенн ---------------------горизонтальная, высота антенн над поверхностью земли— 1 м.

На рис. 1 представлена структурная схема такой HPJIC. Здесь 1 - генератор ЗС, 2 - фильтр ЗС для исключения паразитных гармоник, 3 - антенна ЗС, 4 - объект поиска, 5 -приёмная антенна, 6 - полосовой фильтр на частоту третьей гармоники ЗС, необходимый для устранения перегрузки ЗС приёмника 7.

CD—СО—( \

7 б V

7 n'fac

Рис. 1.

1 1 1—Н з |—( ч f»cl

ИН{ V f*A\ I—

10 9 к/ f»n - n*facl+

Рис. Z.

Вопросы работы станции METRRA рассмотрены в [5]. Основное внимание автора уделено оценке влияния различных факторов на дальность обнаружения. Обсуждаются вопросы появления помех на частотах приёма, вызванных НП, возникающих в передатчике и его антенной системе. Вводится количественная мера нелинейного рассеяния, делается вывод о том, что дальность действия наземной HPJIC в наибольшей степени зависит от поляризации ЗС, высоты передающей антенны, частоты ЗС и в меньшей степени определяется мощностью передатчика, площадями антенн и способом обработки сигнала. Аналогичные HPJIC, описанные в [7, 40], предназначены для обнаружения объектов и измерения расстояния до них. Принцип работы также основан на приёме сигналов третьей гармоники ЗС. В [41] подобное устройство предназначено для обнаружения в лесу, под землёй металлических конструкций.

Другим типом является HPJIC [42], использующая в качестве принимаемого НП комбинационную составляющую, образующуюся на объектах при их облучении двухчастотным ЗС. Структурная схема такой HPJIC представлена на рис. 2, здесь 1,2 - генераторы ЗС с частотами f i,f 2; 3,4 - полосовые фильтры на частоты ЗС; 5,6 -антенны ЗС; 7 - объект поиска; 8 - приёмная антенна на частоту принимаемого НП 2f 1- f 2 или 2fi+ f 2, 9 - фильтр на частоту НП; 10 - приёмник НП. Заметим, что в [42] отмечается, что от фильтров 3,4 можно отказаться, так как частоты комбинационных НП не генерируются источниками ЗС, однако экспериментальные измерения показали, что фильтры всё же нужно для предотвращения попадания второго ЗС на выходные каскады генератора первого ЗС через антенно-фидерный тракт. При более сложной конструкции комбинационные HPJIC позволяют достичь более высокой чувствительности [43]. Кроме того, снимается требование эквидистантности на частоту принимаемого сигнала (ПС).

На начальном периоде HPJIC, в основном, были ориентированы на цели с контактной природой нелинейности и использовали НП третьего порядка в качестве ПС. С распространением в военной технике различных электронных устройств в диэлектрических корпусах, например, мин с электронными взрывателями, уровень рассеяния от которых преобладает на частотах НП второго порядка, появляются конструкции HPJIC принимающие эти НП или одновременно НП второго и третьего порядков [40].

Выше были описаны HPJIC для обнаружения объектов, нелинейные свойства которых, в общем случае не известны. Наряду с такими устройствами, существует класс HPJIC для обнаружения специально изготовленных нелинейных датчиков-рассеивателей, размещаемых в определенных местах. Создание систем излучатель ЗС

- датчик - приёмник НП, а также синтез самих датчиков представляет собой отдельную область HPJI.

Подобные системы предназначены для предотвращения столкновений автомобилей [45], для поиска жертв снежных лавин [25], разметки трасс движения техники. Датчики могут позволить осуществлять дополнительную кодировку сигнала с целью их идентификации.

В работе [26] рассмотрена методика поиска людей, терпящих бедствия, с помощью размещения на них пассивных нелинейных маркеров. Работа [15] посвящена исследованию возможностей обнаружения людей оснащенных такими маркерами с бортовых средств.

Таким образом, к настоящему времени известен ряд разработок различных HPJTC, отличающихся как по конструкции, так и по решаемым задачам. При этом наибольшее распространение получили поисковые гармонические HPJIC. Следует отметить, как наиболее характерные и присущие всем типам HPJIC, следующие особенности.

- Частоты ПС и ЗС различны.

- В системе всегда присутствует фоновая помеха, частота которой совпадает с частотой ПС.

- На объекте зондирования происходит нелинейное преобразование ЗС.

- Остановим внимание на понятии нелинейного рассеивателя (HP), его роли в теории HPJI и методах его теоретического исследования.

Ранее было отмечено, что характерной чертой HPJI является нелинейное преобразование ЗС на объектах зондирования. Это обстоятельство существенно отличает природу целей HPJIC от целей обычной "линейной" радиолокации и требует специального исследования их свойств. Поэтому, одним из направлений HPJI является изучение свойств её целей, которые получили обобщённое название нелинейные рассеиватели. Это направление связано, в основном, с решением следующих задач:

- измерение различных параметров HP,

- построение теоретических моделей в той или иной мере адекватных экспериментальным данным для объяснения свойств HP,

- синтез HP с заданными характеристиками.

Совокупность этих задач может быть отнесена к теории антенн с нелинейной нагрузкой (АНН), которые могут рассматриваться в качестве простейших моделей HP. Задачи, связанные с АНН (проволочные вибратор и рамка, в разрыв которых включён полупроводниковый диод либо контакт типа металл - окисел - металл) вызывают интерес исследователей, с одной стороны, поскольку хорошо развита теория расчета параметров тонких проволочных антенн, а с другой стороны, сравнительно несложно осуществить экспериментальную проверку полученных результатов. Наконец АНН в виду их малых размеров и веса могут быть применены в качестве специальных рассеивателей в ряде прикладных задач.

АНН с гармоническим преобразованием, то есть такие АНН, у которых спектр рассеянного поля содержит кроме составляющей на частоте ЗС и составляющие на частотах гармоник ЗС, изучен достаточно подробно. Для рассмотрения задач, связанных с АНН применяется целый ряд аналитических и численных методов. Аналитические методы основаны на решении уравнений эквивалентной цепи АНН в виде рядов Вольтерра [7], либо интегро-дифференциальных уравнений для распределения тока в АНН.

В случае приближения рядами Вольтерра первым шагом является представление АНН, например, диполя или рамки с полупроводниковым диодом некоторой эквивалентной цепью. Соответственно, для того, чтобы заменить антенну эквивалентной цепью, нужно устранить нелинейную нагрузку из области зазора, например, введя секцию линии передачи между антенной и НЭ (при этом предполагается, что эквивалентные цепи окончаний линии, связанные с диодом и с концами антенны, известны). Другое ограничение приближения эквивалентной цепи состоит в том, что оно даёт, вообще говоря, неполную информацию о рассеянной мощности и полях. Естественно, что вопрос о распределении токов по поверхности антенны и определении соответствующих пространственных и поляризационных характеристик в такой модели не может быть решен.

Существует метод вычисления электромагнитного поля рассеянного АНН в виде проволочной рамки, нагруженной на НЭ со слабой нелинейностью, на основе строгого решения уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями. Метод основан на получении и численном решении уравнений для распределения тока в АНН на основной частоте и частотах гармоник, что позволяет получить зависимости рассеянных полей от амплитуды, частоты, поляризации ЗС, характеристик НЭ, линейных размеров АНН и т.д., в том числе и для АНН, помещенных в диэлектрик вблизи границы раздела. На эффективность и продуктивность такого пути указывает хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов. Указанный метод может быть применён и к АНН в виде тонкого диполя, нагруженного на полупроводниковый диод.

АНН в виде диполя, нагруженного на контакт типа металл-окисел-металл, также может быть проанализирована с помощью эквивалентной схемы [3]. Пользуясь апроксимацией вольт-амперной характеристики (ВАХ) контакта в виде кубической параболы (i = [v + Pv3]/^ где v, i - напряжение и ток контакта, Rq -начальное (v = 0) сопротивление контакта, Р - параметр нелинейности), справедливой при v < 1-^1,5 вольт, и в предположении, что сопротивление излучения диполя RA чисто активно, схема может быть описана дифференциальным уравнением:

1 dv |3-dv3 e(t) ,,

---+ v + --= —(1.3) со. dt 1 + а 1 + а где e(t) - внешняя ЭДС, а= RA/Ro, аА= 1/[C-(Ra-Ro)]/(Ra+Ro)L С - ёмкость контакта.

Это нелинейное дифференциальное уравнение является частным случаем уравнения Абеля первого рода и аналитически в общем случае не решается. Приближённый метод решения уравнения (1.3) в [11] для гармонической внешней ЭДС вида e(t)= Ucos(g>- t) основан на предположении малости в решении членов с частотой больше Зсо, которые исключаются из уравнения.

Среди численных методов исследования АНН могут быть выделены метод моментов [44], метод интегрирования последовательных шагов [7], метод кусочно-непрерывного баланса гармоник.

Метод моментов заключается в том, что записывается тангенциальная составляющая полного (падающего и рассеянного) электромагнитного поля на поверхности АНН, расположенной вдоль оси z, в виде:

Ez(z,t) = E2i(Z,t)-^-f, (1.4) ot ot где Е j - падающее электрическое поле, а векторный потенциал А и скалярный потенциал ф удовлетворяют условию лоренцовой калибровки: -V-A = 6ф/81. Для проволоки с нелинейной нагрузкой Е (z,t) является нелинейным функционалом тока I(z,t): E(z,t) = F(I(z,t)), а А и ф могут быть выражены через ток I(z,t) (заметим, что их значения неизвестны), связанные между собой уравнением непрерывности:

1.5)

5z St

Уравнения (1.4) и (1.5), путем введения удобного базиса разложения, могут быть преобразованы в две связанные системы разложения с неизвестными коэффициентами разложения, решаемые известными методами. Отмечается [44], что этим методом можно рассмотреть и распределённую нелинейную нагрузку.

Численный метод, получивший название алгоритма последовательных шагов, заключается в том, что уравнение эквивалентной цепи АНН:

F{vd(t)} = ig(t)-Jy(t-x).vd(T).dx, (1.6) о где ig(t) - ток короткого замыкания эквивалентного генератора, Vd -напряжение на нагрузке, a y(t) - отклик линейной части цепи на единичный импульс напряжения, то есть, обратное преобразование Фурье адмитанса эквивалентного генератора, решается последовательными шагами в моменты времени t= n-At (n=0,l,2,.).

Преобразуя (1.6), можно найти напряжение на нагрузке в момент времени n-At как функцию всех предыдущих значений.

Наконец, метод кусочно-непрерывного баланса гармоник. Уравнение (1.6), в предположении гармонического ЗС, может быть записано в виде: ig = ii(t) + i„(t), (1.7)

00 где i,(t) = Jy(t-x)-vd(t)-dx, i„(t) = F(vd(t)).

-co

Если ig(t) - синусоида с частотой to, то неизвестное напряжение на нагрузке можно разложить в ряд Фурье: vd = 4г+ Ё<а. -соф-со-О + Ь, • sin(n• ю• t)). (1.8) и—i

Если бы (1.8) явилось точным решением, то равенство (1.7) было бы выполнено. Поскольку ряд (1.8) на практике конечен, вводится среднеквадратическая ошибка:

2 = J[ie(t)-iI(t)-iB(t)]2.dt> о которая минимизируется выбором коэффициентов разложения апи bn в (1.8) с помощью либо градиентных методов, либо методов, основанных на поиске глобального экстремума.

Таким образом, в результате выполненных к настоящему времени исследований АНН, разработана модель HP, позволяющая описывать процессы, протекающие при нелинейном рассеянии, однако существующие ограничения на вид нелинейности (в основном она подразумевается слабой) и допущения при переходе к эквивалентной схеме ограничивают область её применения.

Как показали теоретические работы, приведённые выше, и экспериментальные исследования разных авторов [9] в отличие от линейной радиолокации в HPJI от величины плотности потока мощности ЗС, падающего на цель, зависят все её характеристики.

Наряду с амплитудными, HP обладают и другими свойствами, характерными для локационных целей. Изменение частоты ЗС, поляризации антенн ЗС и ПС, пространственного положения ОТ и других параметров приводят к изменению величины отклика на частоте НП. С этой точки зрения HP в области этих параметров может быть охарактеризован некоторой многомерной функцией:

Рпр =f (Пзс, f3c, ср, 8,.).

ВАХ является сечением этой многомерной поверхности при условии переменного Пзс и постоянстве других аргументов. Аналогичные разрезы могут быть проведены при варьировании других параметров. В частности, при изменении угла ориентации HP в горизонтальной плоскости ср и постоянстве прочих аргументов может быть получена диаграмма обратного нелинейного рассеяния (ДОНР), при сканировании частоты ЗС и фиксации остальных параметров - частотная характеристика HP [16].

Перейдем к освещению задач диссертационной работы. Вышеизложенное позволяет увидеть, что преимущества HPJI в наибольшей степени реализуются при получении скрытой преградами информации о состоянии (диагностика) сред и объектов. Подавляющее большинство исследований АНН относится к случаям нахождения одиночных АНН в открытом пространстве. В связи с этим возникает необходимость проведения исследований особенностей рассеяния ЭМВ такими рассеивателями в реальных условиях при нахождении их вблизи границ раздела сред различной природы среди других рассеивателей, что и составляет общую цель диссертации. Эта цель инициирует постановку совокупности частных задач изложенных в соответствующих разделах работы, а именно:

- оценка влияния границы земля - свободное пространство на рассеяние ЭМВ простейшими нелинейными рассеивателями;

- исследование влияния границы вода — свободное пространство на рассеяние ЭМВ простейшими нелинейными рассеивателями;

- исследование влияния на нелинейное рассеяние ЭМВ других (как линейных, так и нелинейных) рассеивателей, находящихся вблизи данного рассеивателя, изучение рассеяния ЭМВ на системах рассеивателей;

Поставленные задачи решаются путем использования экспериментальных методов исследования, принятых в современной радиофизике и радиотехнике, применением численных методов расчета, а также метода возмущений по малому параметру.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Ее объем 130 стр. 36 стр. содержат рисунки, список литературы содержит 53 источника.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Васенков, Алексей Андреевич

Заключение

Настоящая диссертационная работа направлена на исследование особенностей рассеяния ЭМВ объектами, содержащими дискретные нелинейные включения при их зондировании в условиях наличия границ раздела сред. В работе рассмотрены также вопросы представляющие интерес при диагностике сред и объектов, а также ряд практических приложений. Исследования проводились применительно к диапазону дециметровых волн. В результате выполнения работы получены следующие результаты:

1. Исследовано влияние границы воздух-земля на уровень принимаемого сигнала при зондировании HP расположенного над границей. Показано, что при определенных условиях по мере увеличения расстояния R принимаемый сигнал убывает обратно пропорционально Ra, при этом если рабочий режим HP находится в пределах линейного участка его АХ то а~4. При дальнейшем увеличении R HP переходит в область слабого взаимодействия и степенной показатель возрастает до а~6. Проанализировано влияние ряда факторов снижающих величину этого показателя в реальных условиях.

2. В предположении слабой нелинейности рассмотрено рассеяние плоских ЭМВ (на второй и третьей гармониках ЗС) при наклонном зондировании нелинейного вибратора, расположенного вблизи раздела границы двух сред (воздух-грунт) с различными значениями диэлектрической проницаемости. Установлено удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных зависимостей. Полученные результаты могут быть использованы при построении поисковых систем.

3. Исследовано рассеяние ЭМВ нелинейными антеннами (вибратор, рамка) расположенными вблизи относительно спокойной водной поверхности (водоем с пресной водой) при различных поляризациях ЗС и антенн.

Дана интерпретация полученных зависимостей. Оценены флуктуации рассеянного сигнала при наличии волнения водной поверхности.

4. Рассмотрено рассеяние ЭМВ на различных системах нелинейных вибраторов: а) на двух нелинейных вибраторах, б) на двух вибраторах, один из которых не содержит НЭ, в) на системе вибраторов типа волновой канал.

Оценено влияние относительного пространственного расположения вибраторов на величину и структуру нелинейно рассеянного сигнала. Полученные результаты могут быть использованы при построении пассивных ретрансляторов, пассивных антенных решеток для распознавания объектов. Предложен и исследован метод распознавания объектов перемещающихся вдоль решетки из HP.

5. Предложен и исследован нелинейный рассеиватель с регулируемой плоскостью поляризации рассеянного поля. Установлено, что такой HP, в частности при повороте плоскости поляризации на я/2 обеспечивает разность уровней обратно рассеиваемых компонент (повернутой и не повернутой) в 20 дБ.

6. Предложен и экспериментально исследован метод обнаружения биологических объектов на основе использования нелинейного рассеяния ЭМВ бытовой электроникой, находящейся возле объектов и выполняющей функции нелинейных рассеивателей-рецепторов изменения окружающей их обстановки. Оценено влияние на рассеянный сигнал перемещений человека, его дыхания и пульса.

7. Предложен и обоснован метод определения координат HP использующий разнесенные антенны зондирующей установки, не требующий использования узконаправленных антенн. Оценена разрешающая способность определения координат.

8. Рассмотрена задача построения ЗС с заданной мощностью для поиска HP субгармонического типа, максимизирующего дальность обнаружения такого рассеивателя.

9. Предложен способ дистанционной регистрации слабых локальных возмущений электромагнитного поля.

Таким образом, в работе исследована совокупность задач, представляющих интерес при разработке систем дистанционного обнаружения, диагностики и распознавания объектов с нелинейными свойствами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Васенков, Алексей Андреевич, 2003 год

1. Eastman A., Horic L. Generation of Spurious Signals by Nonlinearity of the Transmition Path. // P1.E. - 1940. - vol.28. - p.438.

2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1966. - С. 397.

3. Штейншлейгер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами // Успехи физических наук. 1984. -Т.142. - №1.- С.131-145.

4. Хайга. Паразитные сигналы, генерируемые в больших рефлекторных антеннах вследствие туннелирования эоектронов. ТИИЭР. - 1975. -т.65. - №2. - с.67-74.

5. Hager R. Harmonic Radar Systems for Near-Ground In-Foliage Nonlinear Scatterers. IEEE Trans. // A erospace and Electronic S ystems. 1 976. -Vol.2. - P.230-243.

6. Censor D., Scattering by Weakly Nonlinear Objects. SIAM Jorn. of Applied Mathematics. 1983. - Vol. 43. - №6. - p.1400-1417.

7. Кузнецов A.C., Кутин Г.И. Методы исследования эффекта нелинейного рассеяния электромагнитных волн // Зарубежная электроника. 1985. - №4. - С.41-53.

8. Быстров Р.П., Потапов А.А., Соколов А.В. и др. Проблемы распространения и применения милиимитровых радиоволн в радиолокации. Зарубежная радиоэлектроника, 1997, №1, с.4-20.

9. Горбачев А.А. Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями // Радиотехника и электроника. т.41. - N2. - 1996. - с. 152-157. .

10. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники / Под ред. Кривицкого Б.Х., Дулина В.Н. М.: Энергия, 1977. - С. 272.

11. Gorbachev А.А., Zaboronkova Т. М., Taracancov S.P. Vasenkov А.А. Scattering electromagnetic wave by thin metallic antennas with local nonlinear load // Electromagnetics. 1998. - Vol.18. - №5. - P.439-452.

12. Gorbachev A. A., Zaboronkova Т. M., Vasenkov A. A. // Proceeding of the 1998 Int. Simposium on Electromagnetic Theory. Thessaloniki, Greece. - 1998.- p.304-306.

13. Кинг P. Г. Антенны в материальных средах. М.: Мир, 1984.

14. Gorbachev A. A., Zaboronkova Т. М., Tarakankov S. P. Scattering of electromagnetic waves by nonlinear antennas under presence of a boundary between two media. // Journal of Electromagnetic Waves and application. — 1995,- Vol.9.- №10.- p. 1285-1299.

15. Васенков А. А., Чигин Е.П. О влиянии некоторых факторов на затухание электромагнитных волн при зондировании нелинейных рассеивателей вблизи поверхности земли // Радиотехника и электроника. 1998. - Т.43. - №6. - С.674-675.

16. Горбачев А.А., Ларцов С. В., Тараканков С. П., Чигин Е. П. Амплитудные характеристики нелинейных рассеивателей // Радиотехника и электроника. 1996. - т. 41. - № 5. - с. 558-565.

17. Васенков А. А. О рассеянии электромагнитных волн системой нелинейных вибраторов типа "волновой канал" // Радиотехника и электроника. 1999. - Т.44. - №8. - С.943-946.

18. Лавров Г.А. Взаимное влияние линейных вибраторных систем. М.: Связь, 1975.

19. Горбачев А.А., Заборонкова Т.М., Тараканков С.П. // Радиофизика. -1995.- Т.38. №9.- с. 961.

20. Babanov N. Ju., Gorbachev А.А., Zaboronkova T.M., Lartsov S.V. // Proceeding оf the 12-th Intern. Symp. on EMC. Wroslaw. - 1994. — p. 214.

21. Gorbachev A.A., Zaboronkova T.M., Vasenkov A.A. Pecularities of nonlinear wave scattering by the system of a linear and nonlinear scatterers // Proceeding International Symposium on EMS'96. Roma, Italy, 1996. -P.158.

22. Gorbachev A.A., Zaboronkova Т. M., Vasenkova L. V. // Proceeding of the 12-th Intern. Symp. on EMC. Wroslaw. - 1998. - p.27-29.

23. Bouthinon M., Gavan J., Zadvorny F. Passive microwave transposer, frequency doubler for detecting the avalanche victims // Proceeding of 10th Microwave Eur. Conference. Warsawa. - 1980. - p.82.

24. Агрба Д. Ш., Бабанов Н. Ю., Бычков О. Н., Васенкова Л. В., Горбачев А. А., Ларцов С. В., Тараканков С. П., Чигин Е. П. Нелинейные рассеиватели как средства маркировки // Радиотехника и электроника. 1998.- №10.- с 96-100.

25. Горбачев П. А. Формирование синалов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника. -Т40. — №11.-с. 1606-1610.

26. Васенков А. А. О дистанционном обнаружении биологических объектов на основе нелинейного рассеяния электромагнитных волн // Радиотехника и электроника. 1999. - Т. 43. - № 5. - С.611-614.

27. Горбачев П. А. Нелинейный рассеиватель электромагнитных волн, создающий субгармоники // Радиотехника и электроника. 1999. — т.44. - №10. - С.1153.

28. Каплан А.Е., Кравцов Ю.А., Рылов В.А. Параметрические генераторы и делители частоты. — М.:Сов. радио, 1966.

29. Gorbachev A.A., Zaboronkova Т.М., Vasenkov A.A. Electromagnetic wave scattaring at double frequency from antennas with nonlinear load // Progress in Electromagnetic Research. EMW Publishing Cambridge. -USA, 1999.- №22.- p.29-48.

30. Малахов A.H. Флюктуации в автоколебательных системах. М.: Наука, 1968.

31. Vasenkov A.A. Nonlinear scattering of electromagnetic waves by household electronics at presence near of it biological objects // Proceeding XXVth General Assambly of the International Union of Radio Science. -Lille, France, 1996. p. 758.

32. Chuang Huey-Ru, Chen Y.-F., Chen Kun-Mu. Automatic clutter-canceler for microwave life-detection systems. IEEE Trans Instrum. and Meas. -1991.- №4.- p. 747-750.

33. Горбачев А. А., Данилов В.И., Чигин Е.П., Васенков A.A. Об обнаружении нелинейных рассеивателей // Радиотехника и электроника. 1996. - Т. 41. - №8. - С.951-953.

34. Ларцов С. В. О расчете энергетических параметров нелинейного рассеяния // Труды 4-й международной научно-технической конференции "Радиолокация навигация и связь". Воронеж. - 1998. - т.2.- С.1185-1190.

35. Cox R. Measurement of wareguide component and joint mixing products in 6 Ghz frequency diverticy system. IEEE Trans // Communication technology. 1970. - №1. - p.33-37.

36. Arasm F. Benson F. Nonlinearities in metal contacts an microwave frequencies. IEE E Trans // EMC . 1990. - №3.

37. Schiefer. Yerd Patentschuriff. №25.55.505. 1975. Bundesrepublik Deuchland.

38. Беляев B.B., Маюнов A.T. Разиньков C.H. Состояние и перспективы развития нелинейной радиолокации // Успехи современной радиоэлектроники. 2002. - №6. - С.59-78.

39. Optiz С. L. Metall-Detecting Radar reject clutter naturally // Microwaves. -1976. №5. - p.12-14.

40. Optiz C. L. // Pat. USA №4053891, 1977.

41. Вернигоров H.C., Борисов A.P., Харин В.Б. К вопросу о применении многочастотного сигнала в нелинейной локации // Радиотехника и электроника.- 1998.- т.43. №1.- С.63-66.

42. Harrington R. Field computation by moment methods. New York, Macmillan, 1968.

43. Shefer J., Kleneh R., Koplan G., Johnson H. Clutter-free radar for cars // Wireless World. 1974. - vol.80. - p.l 17.

44. Loro G.H., Morisette S., Sea R.G., Frazimer H.Y. Junction range finder // Pat. USA №3732567.

45. Михалков Г.Д., Разиньков C.H. Применение нелинейных отражателей для создания преднвмеренных пассивных помех радиоэлектронным средствам // Информационная безопасность автоматизированных систем. 1998. - С.234-249.

46. Шифрин Я.С. Нелинейные эффекты в антеннах // Успехи современной радиоэлектроники. 1997. — №4. — С.ЗЗ.

47. Петров Б.М., Семенихина Д.В., Панычев А.И. Эффект нелинейного рассеяния. Таганрог:ТРТУ, 1997. - 202 с.

48. Gorbachev А.А., Zaboronkova Т.М., Vasenkov А.А., Chigin E.P. Obyect remote sensing the effects of nonlinear electromagnetic wave scattercng // Proceeding International Wroclaw symposium EMC. Wroclaw, 2002. -p. 19-22.

49. Васенков A.A., Чигин Е.П. Нелинейный рассеиватель электромагнитных волн с регулируемой плоскостью поляризации // Радиотехника и электроника. 2000. - Т.45. - №7. - С.807-808.

50. Васенков А.А., Горбачев П.А. Об измерении распределения электромагнитного поля и регистрации его слабых локальных возмущений И Радиотехника и электроника. 2001. - Т.47. - №12.-С.1427-1430.

51. Использования результатов диссертации Васенкова А.А. 'Дистанционное нелинейное зондирование объектов при наличии границ раздела сред' представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук поспециальности 05.12.04.

52. В главе IV рассмотрены некоторые практические применения эффектов нелинейного рассеяния электромагнитных волн на указанных структурах.

53. Зам. зав. лаборатории. К.ф.-м.н. ,с.н.с.1. Р.В.Беляев