Сверхширокополосная электродинамика реконструкции параметров подповерхностных сред тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, доктор технических наук Темченко, Владимир Степанович

• Темченко, Владимир Степанович
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Темченко, Владимир Степанович

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКОСЛОИСТЫХ СРЕД.

1.1. Введение.

1.2. Эвристические подходы диагностики плоскослоистых сред.

1.2.1. Метод средней точки.

1.2.2. Метод поверхностного отражения.

1.2.3. Алгоритм инверсии при последовательном демонтаже слоев.

1.3. Алгоритмы диагностики на основе электродинамического моделирования.

1.3.1. Электромагнитная инверсия.

1.3.2. Метод вычислительной диагностики - разложение по плоским волнам.

1.3.3. Метод вычислительной диагностики — виртуальный источник.

1.3.4. Метод вычислительной диагностики — виртуальный комплексный источник

1.3.5. Метод вычислительной диагностики - дипольное моделирование.

Выводы.

2. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН, ВОЗБУЖДАЕМЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫМИ СИГНАЛАМИ.

2.1. Пространственно-временная векторная импульсная характеристика антенны

2.1.1. Векторная импульсная характеристика антенны в дальней зоне

2.1.2. Скалярная пространственно-временная импульсная характеристика антенны с плоской апертурой.

2.2.Пространственно-временная векторная импульсная характеристика антенны с произвольным распределением эквивалентного тока.

2.3. Пространственно-временная импульсная характеристика плоской антенной решетки.

2.4. Векторная импульсная и передаточная характеристики Т- рупорной антенны.

2.4.1. Векторная импульсная характеристика Т-рупорной антенны. Ближняя зона.

2.4.2. Векторная импульсная характеристика Т-рупорной антенны. Дальняя зона.

2.5. Векторная передаточная характеристика Т - рупорной антенны. Аппроксимация пространственно-частотным спектром плоских Е- и Н-волн.

Выводы.

3. ПРИНЦИПЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКОСЛОИСТЫХ СРЕД, ЗОНДИРУЕМЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫМИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫМИ СИГНАЛАМИ.

3.1. Электродинамические основы реконструкции электрофизических и геометрических параметров диэлектрических объектов. Выбор модели1 подповерхностной среды.

3.1.1. Выбор модели подповерхностной среды. Дисперсия среды.

3.2. Постановка задачи реконструкции плоскослоистых сред. Метод вычислительной диагностики.

3.3. Решение прямой задачи при использовании метода вычислительной диагностики.

3.4. Методы глобальной оптимизации.

3.5. Алгоритмы глобальной оптимизации функционала сравнения в методе вычислительной диагностики.

3.6. Генетический алгоритм.

3.7. Алгоритм роя пчел.

3.8. Сравнение генетического алгоритма и алгоритма роя пчел.

3.9. Тестирование алгоритмов глобальной оптимизации на примере восстановления геометрических и электрофизических параметров плоскослоистой среды.

3.9.1. Восстановление параметров трехслойной плоскослоистой среды.90 >

3.9.2. Восстановление параметров четырехслойной плоскослоистой среды.

3.10. Восстановление параметров элементарных электрических диполей по известным характеристикам излучаемого поля на основе генетического алгоритма.

Выводы.99*

4. МЕТОД ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ - РАЗЛОЖЕНИЕ ПО

ПЛОСКИМ ВОЛНАМ.

4.1. Определение пространственно-временной и пространственно-частотной векторной импульсной характеристик антенны.

4.1.1. Импульсная и передаточная характеристики приёмо-передающей антенны и радиочастотного тракта РПЗ.

4.2. Представление поля антенны в виде разложения по плоским волнам и связь с векторной импульсной характеристикой антенны.

4.2.1. Формализация задачи зондирования плоскослоистой среды. Регистрация отраженного поля.

4.2.2. Аппроксимация непрерывного пространственно-частотного спектра волн,рассеянных плоско слоистой средой.

4.3. Моделирование поля излучения конечным числом плоских Е- и Н-волн.

4.4. Моделирование передаточной функции плоскослоистой среды, зондируемой СШП Т- рупорной антенной. Метод КРВО и разложение по плоским волнам.

Выводы.126<

5. МЕТОД ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ - ВИРТУАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ИСТОЧНИК.

5.1. Полевые характеристики элементарного электрического и элементарного магнитного диполей в режиме передачи. Регистрация полей в режиме приема.

5.2. Скалярная функция Грина комплексного точечного источника.

5.2.2. Характеристики комплексных элементарных диполей в режиме передачи и приема.

5.3. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ на основе метода комплексного виртуального источника. Решение прямой задачи.

5.3.1. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ обычным виртуальным источником. Метод калибровки.

5.3.2. Представление ЭМ поля излучения комплексного ЭЭД (ЭМД) по плоским Еи Н-волиам.138'.

5.3.3. Аппроксимация скалярной функции Грина комплексного точечного источника ограниченным числом плоских волн.

5.3.4. Аппроксимация поля излучения комплексного ЭЭД ограниченным числом плоских волн.

5.4. Определение отраженного ЭМ поля при возбуждении плоскослоистой среды полем горизонтального комплексного ЭЭД (ЭМД) в виде плоских Е- и Н- волн.

5.5. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ виртуальным комплексным источником на основе метода калибровки.

5.5.1. Результаты моделирование Т-рупорной антенны РПЗ виртуальным комплексным источником.

5.6. Интегральные представления излучаемого и рассеянного полей ЭЭД, расположенного над слоистой средой.

5.7. Моделирование полей излучения и рассеяния ЭЭД, расположенного над слоистой среды. Метод КРВО.

5.7.1. Реконструкция параметров плоскослоистых сред при моделировании методом КРВО.

Выводы.

6. МЕТОД ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ -ДИПОЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.

6.1. Диполыгое моделирование характеристик приемопередающей Т-рупорной антенны РПЗ. Решение прямой задачи.

6.1.1. Моделирование поля излучения Т-рупорной антенны эквивалентными диполями на основе метода КРВО. 166 ■

6.1.2. Дипольное моделирование широкополосных антенн. Постановка задачи.

6.1.3. Дипольное моделирование Т-рупорной антенны на основе измерений в ближней зоне.

6.1.4. Результаты дипольного моделирования Т-рупорной антенны радара подповерхностного зондирования.

6.2. Дипольное моделирование Т-рупорной антенны на основе метода калибровки.

6.3. Интегральное представление электромагнитных полей излучения и отражения горизонтального ЭЭД, расположенного над слоистой средой.

6.4. Определение функции Грина плоскослоистой среды на основе численного интегрирования в плоскости комплексных углов. Выбор оптимального пути интегрирования:.

6.4.1. Прямой путь интегрирования в плоскости комплексных углов.

6.4.2. Двухуровневая аппроксимация при традиционном пути интегрирования- в плоскости комплексных углов.

6.4.3. Выбор оптимального пути интегрирования в плоскости комплексных углов

6.5. Результаты моделирование Т-рупорной антенны РПЗ эквивалентными диполями.

Выводы.

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКОСЛОИСТЫХ СРЕД С ПОМОЩЬЮ МНОГОКАНАЛЬНОГО РАДАРА ПОДПОВЕРХНОСТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ С СШП КОРОТКОИМПУЛЬСНЫМ СИГНАЛОМ.

7.1. Описание многоканальных радаров подповерхностного зондирования с СШП короткоимпульсным сигналом.

7.1.1. Принцип действия многоканальных РПЗ.

7.1.2. Устройство многоканального РПЗ.

7.3. Программное обеспечение многоканального радара подповерхностного зондирования.

7.3.1 Структура комплекса прикладных программ «Сош01а».

7.3.2. Основные операции, реализованные в программе «Ми1Шш

§е».

7.3.2.1. Особенности реализации программы «МиШ1ш

§е».

7.3.3. Реализация генетического алгоритма.

7.3.4 Главное окно программы «Ми1Штаде».

7.3.5 Вычитание фоновых отражений.

7.3.6 Формирование радиоизображений.

7.3.7 Просмотр трехмерных радиоизображений.

7.4. Измерение характеристик сверхширокополосных антенн РПЗ во временной области.

7.4.1. Определение пространственно-временной и пространственно-частотной характеристик антенны.

7.4.2. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований и измерение полевых характеристик антенны в ближней и дальней зоне.

7.4.3 Результаты экспериментальных исследований Т-рупорной антенны РПЗ.

7.5. Процедуры калибровки тракта и измерение параметров приемо-передающей антенны. Экспериментальные исследования.

7.5.1. Условия проведения эксперимента.

7.5.2. Процедуры калибровки.

7.5. Результаты экспериментальных исследований реконструкции параметров подповерхностных сред радаром подповерхностного зондирования.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сверхширокополосная электродинамика реконструкции параметров подповерхностных сред»

Актуальность работы

Диагностика подповерхностных сред (дорожных покрытий, взлётно-посадочных полос, мостов, строительных конструкций), зондируемых сверхширокополосными сигналами, и последующая реконструкция их электрофизических параметров относится к классу обратных задач с достаточно высоким объёмом априорной информации.' Такая информация может быть получена из соответствующей строительной и технологической документации. Диагностика таких объектов сводится к определению толщины слоев и их электрофизических параметров (абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости, проводимость) и последующей их связью с параметрами материалов и технологией строительных работ.

Для диагностики дорожных покрытий используются радары подповерхностного зондирования (РПЗ) [1-4]. Существенной спецификой РПЗ является использование сверхширокополосных (СШП) короткоимпульсных сигналов (КИ), (сигналов со ступенчатым изменением частоты, линейной частотной модуляцией и т.д.). К СШП, согласно [5-7], относятся сигналы, обладающие хотя бы одним из следующих свойств:

- разность между (/тах - /гат) максимальной /тах и минимальной fmn частотами спектра (ширина спектра по уровню -10 дБ) не менее 500 МГц;

-показатель широкополосности ц = (/тах - /тт )/(/шах + /min) для СШП сигналов не менее 0.2.

Радары подповерхностного зондирования, разрабатываемые на основе традиционных программных и аппаратных технологий отечественными и зарубежными фирмами: GSSI и Penetradar (США), ERA Technology и Redifon (Англия), Sensor and Software (Канада), NTT (Япония), MALA (Швеция), Radar Company (Латвия), НТП Тензор (Россия), ООО «Логические системы» (Россия) и др., не в- состоянии решать многие важные народнохозяйственные задачи. В частности, при мониторинге дорожных покрытий (дорожной одежды), взлётно-посадочных полос и т.п. погрешность определения толщины слоёв достигает 15 - 20 %, а электрофизических параметров в 20 - 30 %, что не позволяет судить о качестве выполненных строительных работ и наличии аномалий; затруднена сама идентификация аномалий - пустоты или заполненные водой и т.п.

Проблеме диагностики плоскослоистых сред посвящено достаточно много работ. Большинство из них опираются на эвристические подходы, в частности: метод средней точки [8], метод поверхностного отражения [9] и алгоритм инверсии при последовательном демонтаже слоев [10], алгоритмы, основанные на полюсной модели [12], а также алгоритмы «сверхразрешения» [27].

В большинстве указанных методов используют лучевую трактовку распространения и френелевские формулы, использование такого приближения приводит к существенным погрешностям при реконструкции многослойных сред. Это обусловлено тем, что только часть данных, регистрируемых РПЗ, используются при обработке, а лучевые модели распространения электромагнитной волны, применяемых в них, не учитывают истинную структуру зондирующего поля, особенности распространения и непригодны для многослойных и «тонких» слоев структуры [11].

Чтобы полнее использовать информационную емкость регистрируемых РПЗ данных, необходимо осуществить полное электродинамическое моделирование процессов зондирования, распространения и рассеивания средой ЭМ-поля с учетом характеристик приемопередающей антенны и тракта РПЗ и на последнем этапе реализовать инверсию регистрируемых данных [И, 12]. Поэтому в настоящее время развиваются электродинамические методы, учитывающие особенности зондирования, распространения, отражения и приема СШП сигнала для реконструкции электрофизических и геометрических параметров многослойных сред [4,13 - 17].

Актуальность работы обусловлена необходимостью существенно повысить достоверность диагностики параметров подповерхностных плоскослоистых сред (дорожных покрытий, взлётно-посадочных полос, мостов и т.п.), увеличить в несколько раз оперативность мониторинга (за счет многоканальности), исключить трудоёмкие инвазивные процедуры контрольного бурения, сократить расходы на эксплуатацию, создать устойчивую ежегодно обновляемую базу данных параметров таких объектов.

Разработанные в диссертации методы реконструкции параметров подповерхностных сред, в частности, дорожных покрытий и реализующие их алгоритмы предназначены для использования в многоканальных РПЗ [18 - 20]. При известных (измеренных) параметрах подповерхностной среды многоканальные РПЗ позволяют, как приобрести новые функциональные возможности, так и улучшить характеристики, а именно:

- существенно сократить время мониторинга за счет многоканального режима работы;

- формировать в реальном масштабе времени ЗБ радиоизображение подповерхностной области с более высоким качеством по сравнению со стратегией комплексирования В-изображений;

- увеличить вероятность обнаружения и идентификации линейно протяжённых объектов (труб, кабелей) в силу формирования специфической радарограммы.

Целью работы является развитие теории, разработка методов сверхширокополосной электродинамики реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных плоскослоистых сред, зондируемых СШП КИ сигналами, на основе связи формы отраженного сигнала с параметрами среды, для решения задачи повышения достоверности диагностики подповерхностных сред (дорожных покрытий, взлетно-посадочных полос аэродромов и других родственных объектов).

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:

1. Разработаны принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров плоскослоистых сред (дорожных покрытий) на основе связи ее параметров с передаточной характеристикой среды включающие метод вычислительной диагностики (МВД), для решения обратной задачи, интегральные представления электромагнитных зондирующих и рассеянных полей и алгоритмы для решения прямой задачи, методы глобальной оптимизации для минимизации невыпуклой многопараметрической целевой функции, процедуры калибровки аппаратной части измерителя.

2. Разработана методология реконструкции геометрических и электрофизических параметров подповерхностных сред, представляющая совокупность взаимно дополняющих методов: МВД - разложения по плоским волнам, МВД - виртуального комплексного источника, МВД — дипольное моделирование, позволяющих решить многопараметрическую обратную задачу восстановления параметров сред, зондируемых сверхширокополосными короткоимпульсными сигналами.

3. Развита теория (нестационарной) электродинамики в части определения пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик антенн, возбуждаемых СШП КИ сигналами. Определена векторная импульсная характеристика антенны с произвольным пространственно-временным распределением эквивалентных токов ее апертуре в ближней и в дальней зоне. Определена передаточная функция апертурной антенны в виде конечного числа плоских Е- и Н-волн.

4. Разработаны электродинамические модели приёмо-передающей СШП антенны различной архитектуры, параметры которых определены на основе данных измерения в ближней зоне антенны и на основе метода калибровки, а также соответствующие алгоритмы, учитывающие ее пространственно-временные и пространственно-частотные характеристики при решении прямой задачи. Определена базовая модель, обеспечивающая наряду с точностью эффективное решение прямой задачи в МВД.

5. Разработано метрологическое обеспечение для экспериментальных исследований пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик СШП антенн, включая разработку малоразмерных широкополосных зондов (дипольного и рамочного) и процедуры специальной калибровки для компенсации нестабильности сигнала генератора и устранения переотражений в тракте РПЗ.

6. Разработаны для многоканальных радаров подповерхностного зондирования алгоритмы и программы, входящие в единый комплекс прикладных программ, реализующих сбор информации и управление радарами, для реконструкции параметров подповерхностной среды и формирования радиоизображений подповерхностных объектов, включающие процедуры специальной калибровки.

7. Проведены экспериментальные исследования реконструкции геометрических и электрофизических параметров дорожных покрытий с помощью многоканального сверхширокополосного РПЗ, подтвердившие заложенные принципы и технологии. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных сред, основанные на связи ее параметров с сигнатурой (передаточной характеристикой) среды, включающие, метод вычислительной диагностики (МВД) для решения обратной задачи, интегральные представления электромагнитных зондирующих и рассеянных полей и алгоритмы для решения прямой задачи, методы глобальной оптимизации для минимизации невыпуклой многопараметрической целевой функции, процедуры калибровки аппаратной части измерителя, обеспечивают повышение достоверности диагностики сред.

2. Предложенная и разработанная методология реконструкции геометрических и электрофизических параметров подповерхностных сред, зондируемых сверхширокополосными короткоимпульсными сигналами, представляющая совокупность взаимно дополняющих методов: МВД — разложения по плоским волнам, МВД -виртуального комплексного источника и МВД — дипольного моделирования, позволяет эффективно решать многопараметрическую обратную задачу и обеспечивает повышение точности восстановления параметров сред.

3. Разработанные электродинамические модели приёмо-передающих СШП антенн различной архитектуры и предложенная методика определения их пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик, позволяет эффективно и более точно решать прямую задачу при реконструкции параметров подповерхностных сред.

4. Экспериментальные исследования, проведенные с помощью многоцелевого многоканального сверхширокополосного радара подповерхностного зондирования, основанные на разработанных методах реконструкции и программном обеспечении, при существенном сокращении времени мониторинга в 2-3 раза, подтвердили заложенные принципы и технологии, что позволило уменьшить погрешность определения геометрических и электрофизических параметров плоскослоистых сред до значений 8 10%.

Методы исследований

Для решения поставленных задач используются:

- метод интегральных уравнений для постановки задачи восстановления электрофизических и геометрических параметров;

- метод конечных разностей во временной области и представления функции* Грина комплексного источника в виде суперпозиции элементарных плоских Е- и Н-волн для решения прямой задачи;

- метод .численного интегрирования функции Грина плоскослоистой среды на основе выбора оптимального пути интегрирования в комплексной полуплоскости;

-метод вычислительной диагностики для решения обратной задачи восстановления геометрических и электрофизических параметров плоскослоистых сред при зондировании сверхширокополосными короткоимпульсными сигналами;

- методы- глобальной оптимизации (генетический алгоритм, алгоритм роя пчел) для поиска глобального минимума оптимизируемой невыпуклой и многопараметрической целевой функции» (оптимизационного функционала);

-метод калибровки для определения электродинамической модели СШГГ антенн, процедуры калибровки для компенсации нестабильности сигнала генератора, устранения переотражений в тракте, определения виртуального центра;

- вычислительные эксперименты выполнены на основе современных технологий программирования;

- экспериментальные измерения параметров антенн проводились во временной области с использованием измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) на основе стробоскопического осциллографа типа С9-11.

Достоверность полученных результатов .развитой теории электродинамики слоистых сред обусловлена совпадением с известными результатами, полученными для,частных случаев, использованием апробированного электродинамического аппарата при нахождении рассеянных электромагнитных полей, а также численным экспериментом на моделях плоскослоистых сред, проведенным с помощью моделирования методом конечных разностей во временной области. Полученные результаты натурных измерений подтвердили заложенные принципы и технологии.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

1. Разработаны принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных сред на основе связи ее параметров с сигнатурой передаточной характеристикой) среды, обеспечивающие повышение достоверности диагностики сред.

2. Предложены и разработаны взаимно дополняющие методы реконструкции геометрических и электрофизических параметров плоскослоистых сред: МВД - разложения по плоским волнам, МВД — виртуального комплексного источника и МВД - дипольного моделирования; основанные на различных электродинамических моделях, учитывающих пространственно-временные и пространственно-частотные характеристики приемопередающей антенны, позволяющие решать задачу реконструкции параметров плоскослоистых сред на более высоком уровне по сравнению с известными методами.

3. Развита теория электродинамики (нестационарной) в части определения пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик антенн, возбуждаемых С1ЛП КИ сигналами. Определены векторная импульсная и передаточная характеристики антенны с произвольным пространственно-временным распределением эквивалентных токов в ближней и дальней зонах.

4. Определены полевые характеристики широкого класса апертурных антенн с асинхронным возбуждением раскрыва, результаты получены на основе предложенного подхода определения векторной' импульсной характеристики излучателя с прямоугольной апертурой и синхронным ее возбуждением. Определена импульсная характеристика апертурной СШП антенны (Т-рупора) на основе предложенного подхода и метода декомпозиции, а также ее передаточная функция в виде конечного числа плоских Е- и Н-волн. Обоснован критерий ограничения.

5. Разработаны электродинамические модели приёмо-передающих СШП антенн различной архитектуры, реализуемые на основе эквивалентных источников, включая комплексные источники, учитывающие искажения, вносимые пространственно-частотными характеристиками антенны, что позволяет эффективно и более точно решать прямую задачу в МВД при реконструкции параметров подповерхностных сред.

6. Разработанные методы и алгоритмы, полученные на основе связи электрофизических и геометрических параметров сред с формой (спектральной 'плотностью) рассеянного ими зондирующего СШП короткоимпульсного сигнала, реализованы рамках работ НИР "и ОКР (госконтракт № 08/49, 2008 - 2010 гг. с в/ч 43753) в программные технологии диагностики слоистых сред и дорожных покрытий и формированию радиоизображений подповерхностных объектов с помощью многоцелевого многоканального РПЗ.

7. Совокупность полученных результатов, включающих развитие теории, разработанные методы и электродинамические модели СШП антенн, а также соответствующие алгоритмы обработки и процедуры калибровки аппаратной части, реализованные в программное обеспечение диагностики слоистых сред (дорожных покрытий) в рамках работ в НИР и ОКР с помощью многоканального РПЗ, по сравнению с известными подходами, позволяют:

- уменьшить погрешности определения геометрических и электрофизических параметров дорожных покрытий до 8-10 %, что позволит судить о качестве выполненных строительных работ, связав указанные параметры с качеством материалов и технологиями выполнения дорожных покрытий;

- существенно сократить время мониторинга за счет многоканального режима работы, исключить трудоёмкие инвазивные процедуры контрольного бурения, сократить расходы на строительство и эксплуатацию.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

- разработанные принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных сред, основанные на связи ее параметров с сигнатурой (передаточной характеристикой) среды, включающие метод вычислительной диагностики (МВД) для решения обратной задачи, интегральные представления электромагнитных зондирующих и рассеянных полей и алгоритмы для решения прямой задачи, методы глобальной оптимизации для минимизации невыпуклой многопараметрической целевой функции, процедуры калибровки аппаратной части измерителя, обеспечили повышение достоверности диагностики сред;

-разработанные методы, алгоритмы, и соответствующие программы включены в комплекс прикладных программ, предназначенных для многоканальных многофункциональных РПЗ, позволяющих осуществлять регистрацию, первичную обработку принятых сигналов и вторичную обработку, для реконструкции параметров подповерхностных плоскослоистых сред (дорожных покрытий и родственных объектов) с последующим формирование радиоизображений подповерхностных объектов;

- разработанные метод вычислительной диагностики — разложения по плоским волнам, метод вычислительной диагностики — виртуальный комплексный источник, метод вычислительной диагностики — дипольное моделирование, а также алгоритмы на их основе могут быть использованы для диагностики параметров диэлектрических плоскослоистых структур, а также в радарах иного типа для повышения достоверности реконструкции параметров плоскослоистых сред, в частности, для РПЗ с формирование сигнала со ступенчатым изменением частоты;

- разработанная теория электродинамики (нестационарной) в части определения полевых характеристик апертурных антенн с произвольным пространственно-временным распределением эквивалентных токов в ее раскрыве различной формы может быть использована для определения векторных импульсных и» энергетических характеристик антенных решеток, возбуждаемых СШП короткоимпульсными сигналами, с произвольным размещением излучателей, в том числе на неплоской поверхности;

- разработанная электродинамическая модель приёмо-передающей СШП антенны РПЗ на основе комплексных вспомогательных источников позволяет эффективно решать задачу идентификации подповерхностных объектов за счет существенного сокращения, числа плоских Е- и Н-волн при аппроксимации'зондирующего поля;

- разработанный подход расчета функции Грина плоскослоистой среды в виде суперпозиции конечного числа распространяющихся и затухающих плоских Е- и Н-волн, а также на основе численного интегрирования по выбранному оптимальному пути в плоскости комплексных углов, может быть использован для разработки печатных антенн и GB4 элементов, выполненных на плоскослоистых структурах.

Реализация и внедрение результатов работы

Разработанные методы, алгоритмы включены в комплекс прикладных программ, предназначенных для многоканальных многофункциональных РПЗ и позволяют осуществлять регистрацию и первичную обработку принятых сигналов, вторичную обработку и диагностику параметров среды (реализуемую на основе методов и алгоритмов, разработанных в диссертации) внедрены в РПЗ, разработанные с личным участием автора в НИР «Водолей» (госконтракт № 05/243, 2005 - 2007 гг. с в/ч 43753) и ОКР «Водолей-Э1» (госконтракт № 08/49,2008 - 2010 гг. с в/ч 43753).

Теоретические результаты работы нашли отражение в 3 опубликованных- учебных пособиях, а также в комплексе лабораторных работ по специальности "Радиофизика" на факультете №4 МАИ.

Апробация результатовV работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- XIII International Conference on Ground Penetrating Radar Lecce, Italy, June 21-25,2010.

- 15-й, 17-й и 20-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, Украина, 2005, 2007, 2010 гг.

- Progress 5th European Radar Conference, Amsterdam, The Netherlands, October 2008.

- Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings, Moscow, Russia, August 18-21,2009.

- 3-й Международной конференции Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации, Суздаль, 2009 г.

- 14-й Международной Научно-технической Конференции "Радиолокация, навигация, связь (RLNC - 2008)". Воронеж, 2008 г.

- Второй всероссийской научной конференции-семинаре «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике». Муром, 2006 г.

- Научно-технической конференции «Центральный научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем - 2006»:. Москва, 2006 г.;

- Научно-технической конференции МАИ. Москва, 2005,2006 гг.

-XVIII научно-технической конференции НИИ приборостроения им. В.В.Тихомирова, Жуковский, 2005 г

- IV international conference on antenna theory and techniques. Sevastopol, Ukraine, September 9-12,2003.

Публикации. По основным результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 31 печатная работа, из них 13 научных статей (Ив журналах, рекомендуемых ВАК) и 18 тезисов докладов, 1 патент РФ (решение о выдаче патента РФ по заявке №2009148353 от 02.12.2010г.).

Структура и объем работы:

Диссертационная работа изложена на 300 машинописных страниц и состоит из введения, семи разделов, заключения, 8 приложений и списка использованных источников. Иллюстративный материал представлен в виде 95 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 124 наименования.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Темченко, Владимир Степанович

Выводы к разделу 7

1. Рассмотрены параметры многоканальных РПЗ с СШП КИ сигналом, разработанных совместно с НТП «Тензор» (Нижний Новгород) в рамках НИР «Водолей» (длительность зондирующего сигнала - 1 не, ширина полосы рабочих частот - 0.6 - 2 ГГц, ширина полосы захвата - 1 м, тип антенного элемента - Т-рупор, интерфейс для управления прибором -LPT) и ОКР «Водолей - Э1» (длительность зондирующего сигнала - 1 не, ширина полосы рабочих частот - 0.5 - 2.5 ГГц, ширина полосы захвата -1м, тип антенного элемента -резистивно нагруженный неоднородный металлодиэлектрический излучатель, интерфейс для управления прибором - USB).

Приведена структура РПЗ, включающая генераторы; многоканальный СВЧ коммутатор, стробоскопический преобразователь; малошумящий усилитель и др).

2. Реализованы процедуры калибровки,. РПЗ, включающие- компенсацию нестабильности сигнала генератора;, регистрацию отраженных сигналов в ряде тестовых режимах (отражение от «бесконечного» идеально проводящего плоского экрана, излучение антенной в свободное пространство и т.п.). Процедуры^ калибровки позволяют осуществить, вычитание сигналов, обусловленных: внутренними;переотраженюши; в РЧ тракте: и; антенне: РПЗ, а также онределить координаты виртуального комплексного источника и передаточную функцию приемо-передающей антенны, знание, которых необходимы для решении прямой задачи в,методе вычислительношдиагностики;

3; Разработано метрологическое, обеспечение для экспериментальных, исследований во временной области пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик СШП антенн РПЗ в ближней' и дальней зонах, включая схему, методику измерений, процедуры калибровки и разработку малоразмерных широкополосных измерительных зондов. Определены передаточные характеристики зондов на,основе расчета (аналитический квазистационарный подход, численное моделирование с помощью программ на основе алгоритмов NEC и КРВО); а также: на основе экспериментальных исследований, полученных по стандартной методике с использованием Т,-камеры.

4. Разработан комплекс прикладных программ для; многоканальных многофункциональных РПЗ: с зондирующим СШП КИ. сигналами. Разработанное программное обеспечение позволяет: осуществлять управление многоканальным РПЗ; регистрировать пространственно-временные выборки;: сохранять полученные РПЗ выборки; осуществлять первичную и вторичную обработку откликов; (вычитание усредненной реализации, повышение контраста, выравнивание усилений и, др.). Комплекс прикладных программ включает модули программ, разработанные на основе предложенных методов и алгоритмов реконструкции параметров слоистых сред,.а также последующее формирование двумерных и трехмерных радиоизображений-подповерхностных объектов и: диагностики линейных объектов (труб, кабелей).

5. Комплекс прикладных программ включает в себя программу «Multiscan» для управления РПЗ, регистрации и первичной обработки и программу «Multiimage» для вторичной обработки принятых сигналов, диагностики параметров среды и последующего формирования радиоизображений объектов инфраструктуры. Разработанные методы и соответствующие алгоритмы диагностики плоскослоистых сред реализованы в виде модуля «DiaMedium», входящего в программу «Multiimage». Для реализации комплекса прикладных программ использовались следующие средства разработки:

- «Multiscan» написан на языке С++ в.среде С++ Builder;

- «Multiimage» написан на языке С# под платформу .NET 2.0. Трехмерная графика выводится с помощью программного интерфейса OpenGL. В качестве оболочки для языка С# над OpenGL используется библиотека Tao Framework.

6. Комплекс прикладных программ использует объектно-ориентированный подход к программированию, который позволяет изолировать друг от друга разные части программы и, таким образом, реализовывать каждую функцию программы независимо друг от друга (в виде модулей и классов). Перечислены основные принципы объектно-ориентированного программирования. Представлены некоторые особенности архитектуры программы «Multiimage», а именно реализация операции отмены, хранение настроек и реализация генетического алгоритма. Описан интерфейс программы «Multiimage» и ее основные функции.

7. В рамках НИР «Водолей» (госконтракт № 05/243, 2005 - 2007 гг. с в/ч 43753) и ОКР «Водолей-Э1» (госконтракт № 08/49, 2008 - 2010 гг. с в/ч 43753) на полигоне МАИ с помощью многоканального многофункционального РПЗ проведены комплексные экспериментальные исследования по реконструкции геометрических и электрофизических параметров подповерхностных плоскослоистых сред (дорожных покрытий) и формированию радиоизображений подповерхностных объектов, основанные на разработанных методах реконструкции и программном обеспечении, при существенном сокращении времени мониторинга в 2-3 раза.

8. На основе разработанного МВД-ВКИ восстановлены электрофизические и геометрические параметры четырехслойной плоскослоистой среды. Относительная погрешность восстановления параметров четырехслойной среды составляют 3,5-9,0 % для диэлектрической проницаемости и 2,0-6,0% для толщины второго и третьего слоя соответственно.

9. Проведена реконструкция электрофизических и геометрических параметров дорожного покрытия на основе МВД-ВКИ и МВД-дипольное моделирование относительная погрешность восстановления толщин слоев составила 7% и 5% соответственно, а погрешность электрофизических параметров огносительно средних значений составила 6,4% и 4,5%. Полученные результаты реконструкции параметров плоскослоистых сред, а также минимальные временные и вычислительные ресурсы, требуемые для решения прямой задачи, позволяют выбрать основным МВД-ВКИ, такой выбор обеспечивает разумный компромисс между точностью и эффективностью решения прямой задачи.

250 Заключение

В работе решена важная научно-техническая проблема по развитию теории, разработке методов сверхширокополосной электродинамики, алгоритмов обработки и программного обеспечения реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных плоскослоистых сред, зондируемых сверхширокополосными (СШП) короткоимпульсными (КИ) сигналами. Основная цель -повышение достоверности диагностики дорожных покрытий, взлётно-посадочных полос, мостов и других родственных объектов. Аналитический обзор работ, проведенный по материалам отечественных и зарубежных источников, по методам диагностики плоскослоистых сред показал, что выбранное направление исследований является актуальным и перспективным.

По результатам исследований, проведенных в рамках данной диссертации, получены следующие основные результаты и сделаны следующие выводы:

1. Разработаны принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров среды (модель плоскослоистой среды), основанные на максимальном использовании связи параметров сигнатуры (передаточной характеристики среды) с параметрами среды, базируются на разработанных электродинамических моделях, включающих особенности излучения, распространения и приема отраженных ЭМ полей с учетом характеристик приемо-передающей СШП антенны, радиочастотного тракга РПЗ и обеспечивают повышение достоверности диагностики параметров подповерхностных сред. Установлено, что эта связь описывается нелинейным интегральным соотношением. Принципы реконструкции включают метод вычислительной диагностики (МВД) для решения обратной задачи и методы глобальной оптимизации для минимизации невыпуклой многопараметрической целевой функции.

2. Развита теория электродинамики (нестационарной) в части определения пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик излучателей, возбуждаемых СШП КИ сигналами. Предложен подход определения векторной импульсной характеристика антенны с прямоугольной апертурой, это позволяет определить полевые характеристики широкого класса апертурных антенн с произвольным пространственно-временным распределением эквивалентных токов, как в ближней, так и в дальней зоне. Определена импульсная и передаточная характеристики апертурной антенны (Т-рупора), в том числе в виде конечного числа плоских Е- и Н-волн.

3. Разработаны электродинамические модели приёмо-передающих СШП антенн различной архитектуры, реализуемые на основе измерения полевых характеристик в ближней зоне антенны и/или на основе метода калибровки по плоскому отражателю с известными .характеристиками рассеяния. Использование таких моделей и разработанный подход численного интегрирования функции Грина, слоистых сред для реального и: комплксного источников на' основе, ее интегрального представления, а также- в виде суперпозиции элементарных плоских Е- и Н-волн позволяет существенно! повысить эффективность решения прямой задачи в МВД. . 1 ,

4. Определена функции Грина плоскослоистой среды традиционного и: комплксного источников на основе ее интегрального представления, а также в виде суперпозиции элементарных плоских Е- и Н-волн и методом КРВО. которые наиболее адекватны для моделирования комплексной сверхширокополосной электродинамической задачи: передающая антенна-слоистая среда-приёмная антенна:.

5. Предложен и разработан метод реконструкции геометрических и электрофизических параметров плоскослоистых сред МВД - разложение по плоским волнам. Метод основан на знании векторного электрического поля на плоскости в ближней зоне антенны с последующим разложением этого поля по плоским Е- и Н-волнам; Определен критерий ограничения: при количестве плоских волн при Nр х Л^ =

41 х 41 погрешность не превышает 8 %, а при Л/"р х Л'^15 х 15 составляет 15 %.

Полученные результаты позволяют при моделировании характеристик реальных антенн РПЗ определить минимальное число плоских волн, обеспечивающих эффективного решения прямой задачи в МВД - разложении по ПВ.

6. Предложен я разработан»: метод реконструкции параметров слоистой среды на основе МВД - виртуальный комплексный источник (ВКИ). Метод основан на представлении характеристик реальной антенны в широкой полосе частот ВКИ, обладающим в реальном пространстве направленным излучением. На основе аппроксимации непрерывного ПЧ спектра скалярной комплексной ФГ конечным, числом распространяющихся и затухающих плоских Е- и Н-волн, определены характеристики комплексных элементарных источников в режиме передачи и приема.

7. Показано, что для моделирования поля излучения СШП Т-рупорной антенны виртуальным комплексным источником (ЭЭД) число плоских Е- и Н-волн существенно меньше (более чем в 10 раз) по сравнению с традиционным виртуальным источником, расположенным в реальном пространстве, это позволяет существенно повысить эффективное решения прямой задачи в МВД — ВКИ. Показано, что максимальная; ошибка моделирования антенны РПЗ, полученная; на основе метода; калибровки, виртуальным комплексным источником, состоящим из одиночного ЭЭД и пары ЭЭД и ЭМД комплексных источников, составила 8,0% и 5,0%.

8. Проведено моделирование электродинамической структуры: передающая антенна (Т-рупор) — слоистая среда - приёмная антенна методом КРВО, а также виртуальным источником и ВКИ для получения сигнатуры, среды. Проведена реконструкция параметров плоскослоистых сред различной структуры на основе МВД -ВКИ и методом КРВО с использованием, алгоритма роя пчел. Полученные результаты позволяют апробировать этапы калибровки и определить параметры алгоритма роя пчел для минимизации функционала в МВД - ВКИ при реконструкции параметров реальных подповерхностных структур.

9. Разработан метод реконструкции параметров слоистой среды на основе МВД -дипольное моделирование, включающий различные электродинамические модели приемо-передающей Т-рупорной СШП антенны и РЧ тракта РПЗ в виде эквивалентных диполей, расположенных в плоскости ее апертуры. На основе минимизации целевой функции, в виде разности нормированного поля реальной СШП антенны, регистрируемого в ближней зоне, и поля ее дипольной модели, определены параметры эквивалентных диполей для моделей антенны различной архитектуры. Определена базовая модель Т-рупорной антенны. Проведено моделирование электродинамической структуры: передающая антенна (Т-рупор) — слоистая среда — приёмная антенна на основе ее базовой модели и реконструкция параметров среды с использованием алгоритма роя пчел.

10. Разработано метрологическое обеспечение для экспериментальных исследований во временной области пространственно-временных и пространственно-частотных характеристик СШП антенн РПЗ, в ближней и дальней зоне, включающее разработку процедур калибровки, методики измерений применительно к измерительно-вычислительному комплексу и комплекта калиброванных малоразмерных широкополосных зондов.

И. Проведено тестирование алгоритмов глобальной оптимизации (генетического и алгоритма роя пчел), используемых для минимизации функционала невязки в МВД на различных целевых функциях, Тестирование на основе генетического алгоритма показало, что при соотношении сигнал-шум 17 дБ погрешность восстановления параметров трехслойной среды не превышает 10%, а при соотношении сигнал-шум 20 дБ не превышает 5%. При увеличении соотношения сигнал-шум погрешность уменьшается. Определены аналогичные соотношения и погрешности восстановления для четырехслойной среды.

12. Разработана программа, входящая в единый комплекс прикладных программ, реализующих сбор информации и управление радаром для многоканальных многофункциональных РПЗ с зондирующим СШП КИ сигналами, реализованная в рамках НИР «Водолей» и ОКР «Водолей-Э1 в части реконструкции параметров подповерхностной среды с учетом компенсации нестабильности сигнала генератора и устранения переотражений в радиочастотном тракте, позволяющая формировать двумерные и трехмерные радиоизображения подповерхностных объектов; осуществлять диагностику протяженных объектов (труб, кабелей и т.п.) .

13. Описаны два многоканальных многофункциональных РПЗ, разработанные с личным участием автора в НИР «Водолей» (госконтракт № 05/243, 2005 - 2007 гг. с в/ч 43753) и ОКР «Водолей-Э1» (госконтракт № 08/49, 2008 - 2010 гг. с в/ч 43753), которые использовались для диагностики параметров плоскослоистых сред. Представлены их основные параметры и описан принцип действия.

14. В рамках НИР «Водолей» и ОКР «Водолей-Э1 проведен комплекс экспериментальных исследований реконструкции геометрических и электрофизических параметров плоскослоистых сред и дорожного покрытия с помощью многоканального РПЗ со сверхширокополосным короткоимпульсным сигналом для подтверждения заложенных принципов и технологий. Реализованы процедуры калибровки РПЗ, позволяющие устранить мешающие переотражения в приемо-передающем тракте РПЗ, учесть нестабильность сигнала генератора, а также определить координаты «виртуального источника» антенны, необходимые для решения прямой задачи в МВД - виртуальный комплексный источник.

15. Проведен анализ требуемых временных ресурсов для оценки эффективности решения прямой задачи в разработанных взаимно дополняющих методах реконструкции параметров среды. Для проведения экспериментальных исследований по реконструкции параметров дорожного покрытия выбран МВД-ВКИ, обладающий максимальной эффективностью, и МВД-дипольное моделирование, обеспечивающий более высокую точность.

16. Представлены результаты экспериментальных исследований реконструкции электрофизические и геометрические параметров дорожного покрытия и четырехслойной плоскослоистых сред, а также экспериментальные передаточные характеристики среды, построен минимизируемый функционал сравнения. Относительная погрешность восстановления толщин слоев составила 7% и 5% соответственно, а погрешность электрофизических параметров относительно средних значений составила 6,4% и 4,5%. Относительная погрешность восстановления параметров четырехслойной среды на основе МВД-ВКИ не превышает 9%. Полученные результаты реконструкции параметров плоскослоистых сред и минимальные временные и вычислительные ресурсы, требуемые для решения прямой задачи, позволяют выбрать основным МВД-ВКИ, такой выбор обеспечивает разумный компромисс между точностью и эффективностью решения прямой задачи.

Таким образом, разработанные методы, алгоритмы обработки и программное обеспечение реконструкции электрофизических и геометрических параметров подповерхностных плоскослоистых сред, зондируемых СШП КИ сигналами, позволили повысить достоверность диагностики плоскослоистых сред (дорожных покрытий, взлётно-посадочных и рулежных полос аэропортов и других родственных объектов).

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Темченко, Владимир Степанович, 2011 год

1. Подповерхностная радиолокация /Под. Ред. М.И.Финкельштейна. // М.: Радио и связь, 1994.

2. Daniels D.J. Ground penetrating radar — London: The Institution of Electrical Engineers,2004.

3. Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная монография // Под ред. А. Ю. Гринёва.-М.Радиотехника. 2005.

4. Гринев А.Ю., Темченко B.C., Ильин Е.В. Два подхода к восстановлению параметров плоскослоистых сред при короткоимпульсном сверхширокополосном зондировании.// Успехи современной радиоэлектроники. 2009. №1-2. С.39-50.

5. Гринев А.Ю., Темченко B.C., Ильин Е.В. Диагностика параметров плоскослоистых сред с учетом векторной пространственно-временной импульсной характеристики приемопередающей антенны. //Радиотехника. 2008. №2.

6. Federal Communication Commission USA (FCC) 04-285, ET Docket 98-153, Second Report and Order and Second Memorandum Opinion and Order, December 2004.

7. Иммореев И. Я. Сверхширокополосные радары. Особенности и возможности. // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 1. С. 5-31.

8. S.R. Pennock, М.А. Redfern. Multihead Configuration for Ground Penetrating Radar and Depth Determination // 11th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 19-22, 2006, Columbus Ohio, USA.

9. S. Lambot, E.C. Slob, I. van den Bosch. Modeling of GPR for Accurate Characterization of Subsurface Electric Properties.// IEEE Trans. On Gescience and Remote Sensing, V. 42. №.11. 2004. P.2555-2567.

10. V. Rampa, U. Spagnolini, "Multitarget Detection/Tracking for Monostatic Ground Penetrating Radar: APlication to Pavement Profiling" //IEEE Transactions On Geoscience and Remote Sensing, V. 37. №1. P. 383 394. January 1999.

11. Le Bastard Cédric, Baltazart Vincent, Wang Yide, Thin pavement thickness estimation with a GPR by high and super resolution methods, 11th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 19-22,2006. Columbus Ohio, USA.

12. Lucia Medina, Román Alvarez. GPR interface detection by means of a time-delay beam-forming algorithm for multilayered media imaging, Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24 June, 2004, Delft, The Netherlands.

13. U. Spagnolini, Permittivity Measurements of Multilayered Media With Monostatic Pulse

14. Radar.- IEEE Trans. On Gescience and Remote Sensing, V. 35. №.2. 1997. P.454-463.

15. Гринев А.Ю., Темченко B.C., Ильин Е.В. Диагностика параметров плоскослоистых сред с учетом векторной пространственно-временной импульсной характеристики приемопередающей антенны.//Радиотехника. 2008. №2.С.З-17.

16. Lambot S., Slob Е.С., Van den Bosch I. Modeling of GPR for Accurate Characterization of Subsurface Electric Properties.// IEEE Trans. On Gescience and Remote Sensing. V. 42. №.11. 2004. P.2555-2567.

17. А.Ю. Гринев, B.C. Темченко, Е.В. Ильин. Моделирование зондирующих и рассеянных электромагнитных полей на основе дипольной аппроксимации характеристик антенны подповерхностного радара.- Антенны. №12. Радиотехника. 2009. С. 60-71.

18. Grinev A. Yu., Bagno D. V., Temchenko V. S., a. o. Multi-Channel Ultra-Wideband Short-Pulse Ground Penetrating Radar.// Proceedings of the 5th European Radar Conference, October 2008, Amsterdam, The Netherlands, P. 296-299.

19. Strange, A.D., Chandran, V., and Ralston, J.C. Coal seam thickness estimation using GPR and higher order statistics // the near-surface case // Eighth Intema-tional Symposium on Signal Processing and Its APlications. August 2005. P. 855-858.

20. Arcone, S. A., P. PeaPles, L. Liu. Propagation of a ground-penetrating radar (GPR) pulse in a thin-surface waveguide. Geophysics. V.68. 2007. P. 1922-1933.

21. Chien-Ping Kao; Jing Li; Ying Wang; Huichun Xing; Ce Richard Liu. Measurement of Layer Thickness and Permittivity Using a New Multilayer Model From GPR. // IEEE Trans. On Gescience and Remote Sensing. V. 45. №.8. 2007. P. 2463 2470.

22. Chunlin Huang, Yi Tao, The Calibration Technology of Subsurface Penetrating Radar, 11th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 19-22, 2006, Columbus Ohio, USA.

23. Huichun Xing, Jing Li, Xuemin Chen, Richard Liu Hua Chen, GPR Reflection Position1.entification by STFT, Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24

24. June, 2004, Delft, The Netherlands.

25. Hyoung-sun Youn, Chi-Chih Chen, Novel Preprocessing Techniques: Advanced Antenna

26. Calibration and Clutter reduction, 11th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 19-22, 2006, Columbus Ohio, USA.

27. D.F. Kelley, T. J. Destan, R. J. Luebbers. Debye Function Expansions of Complex Permittivity Using a Hybrid Particle Swarm-Least Squares Optimization AProach // IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 55. №.7. 2007. P. 1999-2005.

28. Le Bastard Cedric, Baltazart Vincent, Wang Yid, Derobert Xavier, Laguerre Laurent, Thin pavement thickness estimation with a GPR by high and super resolution methods //

29. Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24 June, 2004, Delft, The Netherlands

30. Duroc Y., Tan-Phu Vuong., Tedjini S. A. Time/Frequency Model of Ultrawideband Antennas. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 55. №.8. 2007. P.2342-2350.

31. Курочкин А. П., Лось В. Ф., Стрижков В. А. Формирование энергетических диаграмм направленности видеоимпульсными сканирующими антенными решетками // Антенны. 2007. №1. С.45-54.

32. Shlivinski A., Heyman Е., Kastner R. Antenna Characterization in the Time Domain // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 45. №.7. 1997. P.l 140-1149.

33. B.C. Темченко. Векторная пространственно-временная характеристика антенны, возбуждаемой сверхширокополосным короткоимпульсным сигналом. // Успехи современной радиоэлектроники. №1-2. 2009. С.147-154.

34. Tavlov A., Hagness S. С. Computational Electrodynamics: The Finite-Difference TimeDomain Method. // Boston, London, Artech House. 2000. P. 853

35. Shlivinski A., Heyman E. Time-Domain Near-Field Analysis of Short-Pulse Antennas. Part I: Spherical Wave (Multipole) Expansion. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 47, №.2, 1999, P. 454-470.

36. Ciattaglia M., Marrocco G Investigation on antenna coupling in pulsed arrays.// IEEE Trans. Antennas Propag., V. 54, №. 3. 2006. P.835-843.

37. Shlivinski A., Boag A. Fast Evaluation of the Radiation Patterns of True Time Delay Arrays With Beam Steering // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 55. №. 12. 2007. P.3421 -3431.

38. Кардо-Сысоев А.Ф., Зозулин C.B., Флеров А.П. Активная фазированная решетка для излучения субнаносекундных импульсов// Проблемы транспорта, вып. 3,2000 С. 179-194.

39. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне // Л.Д.Бахрах, С.Д.Кременецкий, А.П.Курочкин и др. Л.Наука, 1985.

40. А.Ю. Гринев, Воронин Е. Н., B.C. Темченко Оптико-электронные процессоры обработки пространственно-временных сигналов. // Изв.вузов. Радиоэлектроника, № 8.1990. С. 6-14.

41. Д. В. Багно, А. Ю. Гринёв, В. С. Темченко. Измерение характеристик сверхширокополосных антенн радара подповерхностного зондирования во временной области // Антенны, 2011, № 3. С.6-14.

42. B.C. Темченко. Пространственно-временные и пространственно-частотные характеристики излучателей, возбуждаемых сверхширокополосными сигналами. // Антенны. 2011. №4.

43. Гринёв А.Ю., Воронин E.H. Пространственно-временное представление электромагнитного поля короткоимпульсных сверхширокополосных антенн. // Радиотехника и электроника. 2006. Т.51. № 3.

44. Skulkin S. P., Turchin V. I. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 47, №.5. 1999. P.929938.

45. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике. // М.: Изд. Мир, 1971.

46. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. // М.: Энергия.1983.

47. Ayatollah! M, Safavi-Naeini S. A New Representation for the Green's Function of Multilayer Media Based on Plane Wave Expansion . // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 52. №.6. 2004. P.1548-1557.

48. Дмитриев В.И. Обратные задачи электромагнитных методов геофизики. В книге Некорректные задачи естествознания /Под ред. А.Н. Тихонова, A.B. Гончарского.// М.: Изд. Московского Университета. 1987.

49. Гринёв А.Ю., Темченко B.C., Ильин Е.В. Моделирование зондирующих и рассеянных электромагнитных полей на основе дипольной аппроксимации характеристикантенны подповерхностного радара// Антенны. 2009. №12. С.46-61.

50. Proceedings 10-th International Conference on Ground Penetrating Radar.// Delf, The Netherlands, 2004.

51. Стрэттон Дж. А. Теория электромагнетизма: Пер. с англ./Под ред. С.М. Рытова.// М.-Л.-.ГИТТЛ, 1948.

52. Гончарский А.В. и др. Об одной задаче волновой диагностики // Вестник МГУ сер.15. Математика и кибернетика. 2010. С.7-13.

53. Некорректные задачи естествознания / Под ред. А.Н. Тихонова, А.В. Гончарского.// М.: Изд. Московского Университета, 1987.

54. Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. // М.: Наука. 1983.

55. D. Krawczyk, М. Rudnicki Regularization parameter selection in discrete ill//posed problems —the use of the u//curve. // Int. J. API. Math. Comput. Sci., 2007, V. 17, №. 2, P.l 57//164.

56. Болте Г.П. Обратные задачи в оптике. // Под ред. А.Г Свешникова, П.П Пашинина. М.: Изд. Машиностроение. 1984.

57. Back, Т. The Self-Adaptation in Genetic Algorithms.- Proceedings of the First European Conference on Artificial Life, Germany: University of Dortmund. 1992. P 263-271.

58. Pham DT, Ghanbarzadeh А, Кос E, Otri S, Rahim S and Zaidi M. The Bees Algorithm // A Novel Tool for Complex Optimisation Problems. Technical Note, Manufacturing Engineering Centre, Cardiff University, UK, 2005.

59. Курейчик B.M. Генетические алгоритмы и их применение .// Таганрог, Изд-во ТРТУ. 2002. С. 242.

60. Haupt Randy L., Werner Douglas H.Genetic Algorithms in Electromagnetics, Wiley-IEEE Press, 2007.

61. B.C. Темченко, E.B. Ильин. Восстановление информационных параметров плоскослоистых сред на основе алгоритмов глобальной оптимизации. // Информационно-измерительные и управляющие системы. №9. 2010. С.13-22.

62. Holland, John Н. Adaptation in Natural and Artificial Systems / John H. Holland. // Ami

63. Arbor: The University of Michigan Press, 1975. 206 P.

64. A. Yu. Grinev, A. V. Andriyanov, D. V. Bagno, V. S. Temchenko a. o. "Diagnostics of Mediums and Line Objects, Probing with Ultra-wideband Short-pulse Signals". Progress In

65. Electromagnetics Research Symposium Proceedings, Moscow, Russia, August 18-21. 2009. P. 294299.

66. Ciattaglia M.,Marrocco G. A Approximate Calculation of Time-Domain Effective Height for Aperture Antennas. //IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 53. №3. 2005. P.1054-1061.

67. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах.-М.: Наука, 1973.

68. Taaghol A., Sarkar Т. К. Near-far field transformation for arbitarary near-field geometry utilizing an equivalent magnetic current IEEE Trans. Electromagn. Compat., V. 38. P. 536-542. Aug. 1996.

69. Hansen Т. B. Complex-Point Dipole Formulation of Probe-Corrected Cylindrical and Spherical Near-Field Scanning of Electromagnetic Fields.// IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 57. №3.2009. P. 728-741.

70. E. Erez, Y. Leviatan. Electromagnetic Scattering Analysis Using a Model of Dipoles Located in Complex Space.// IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 42. №12. 1994. P. 1620-1624.

71. Еремин Ю.А., Свешников А.Г. Развитие методов вспомогательных источников в электромагнитных задачах дифракции.// Математическое моделирование, том 2. 1990. № 12. С.52-79.

72. А. Ю. Гринев, В. С. Темченко. Моделирование широкополосной антенны радара подповерхностного зондирования комплексными электрическими и магнитными источниками. //Антенны. 2011. № 3. С. 15-24.

73. Stanislav L. William A. D. Unified Frequency and Time-Domain Antenna Modeling and Characterization. // IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 53. №.9. 2005. P.2882-2888.

74. Morgan M. A. Ultra-Wideband Impulse Scattering Measurements. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 42. № 6. 1994. P.840-847.

75. Taaghol A., Sarkar Т. K. Near/far field transformation for arbitarary near-field geometry utilizing an equivalent magnetic current. // IEEE Trans. Electromagn. Compat., V. 38. Aug. 1996. P. 536-542.

76. Balanis C.A. Modern Antenna Handbook / Constantine A. Balanis, Wiley-Interscience, 2008: ISBN: 0-47003-634-6.

77. Peter Meincke, Thorkild B. Hansen, Plane-Wave Characterization of AntennasClose to a Planar Interface II IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 42. №.6. 2004. P.1222-1232.

78. Gentili G.G., Spagnolini U. Electromagnetic Inversion in Monostatic Ground Penetrating Radar: ТЕМ Horn Calibration and APlication.// IEEE Trans. On Gescience and Remote Sensing, V. 38. №.4.2000. P. 1936-1946.

79. Бахвалов H. С. Численные методы. // M.: Изд. Наука, 1973

80. Wu X. Н., Kishk A. A., Glisson A. W. Modeling of Wideband Antennas by Frequency-Dependent Hertzian Dipoles.// IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 56. №.8. 2008. P.2481-2490.

81. Pérez J. R., Basterrechea J. Comparison of Different Heuristic Optimization Methods for Near-Field Antenna Measurements. .// IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 55. №.3. 2007. P.549-555.

82. Wu X. H., Kishk A. A., Glisson A. W. Modeling of Wideband Antennas by Frequency-Dependent Hertzian Dipoles.// IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 56. №8. 2008. P.2481-2490.

83. Duroc Y., Tan-Phu Vuong., Tedjini S. A. Time/Frequency Model of Ultrawideband Antennas. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 55. №8. 2007. P.2342-2350.

84. В. С. Темченко. Моделирование сверхширокополосных антенн частотнозависимыми элементарными источниками излучения // Антенны. 2011. № 3. С. 25-35.

85. Chew W.C. A quick way to aProximate a Sommerfeld-Weyl-Type integral. // IEEE Trans. Antennas Propagat, V. 36. №.11. 1988. P. 1654-1657.

86. B.C. Темченко. Численное моделирование электромагнитных полей, рассеянных плоскослоистой средой // Антенны. 2011. № 2. С.54-62.

87. Козлов К. В., Лось В. Ф. Эффективный алгоритм для решениямногопараметрических задач оптимизация по методу роя пчел. Антенны. № 4,2005.

88. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. // СПб: Питер. 2003. (Серия «Библиотека программиста»)

89. Троелсен Э. С# и платформа .NET. Библиотека программиста. // СПб.: Питер, 2002.

90. Рихтер Дж. Программирование на платформе Microsoft .NET Framework /Пер. с англ. // 2-е изд., испр. // М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2003.

91. Тихомиров Ю. В. OpenGL. Программирование трехмерной графики. // 2-е изд. // СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

92. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ / Перев. с англ. // Бином, Невский Диалект, 1998.

93. Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии / Перев. с англ. СПб.: Питер. 1997.

94. Буч Г. Язык UML. Руководство пользователя / Грейди Буч, Джеймс Рамбо, Айвар Джекобсон: Пер. с англ. Слинкин А.А. 2-е изд., стер. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер. 2004. (Серия «Объектно-ориентированные технологии в программировании»).

95. Хантер Д., Рафтер Дж., Фоссет Дж. и др. XML. Базовый курС. / Пер. с англ.//М.:Вильямс, 2009.

96. Джонс М.Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях / М. Тим Джонс ; Пер. с англ. Осипов А. И. М.: ДМК Пресс, 2006 — 312 С.: ил. ISBN 5-94074275-0.

97. Back, Т. The Self-Adaptation in Genetic Algorithms.- Proceedings of the First European Conference on Artificial Life, Germany: University of Dortmund. 1992. P. 263-271.

98. Schwefel, H.-P.: Numerical optimization of computer models. Chichester: Wiley & Sons,1981.

99. Kirkpatrick, S.; C. D. Gelatt, M. P. Vecchi. "Optimization by Simulated Annealing". Science. New Series 220 (4598): 1983. ISSN 00368075

100. Eberhart, R. C. and Kennedy, J. A new optimizer using particle swarm theory. Proceedings of the Sixth International Symposium on Micromachine and Human Science, Nagoya, Japan. 1995. P.39-43.

101. Воеводин В. В., Кузнецов В. А. Матрицы и вычисления. М.: Наука. 1984.

102. Sarkar Т.К., Rahman J. DeconVution and total least squares in finding the impulse response of an electromagnetic system from measured data. // IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 43. №.4. 1995. P. 416-421.

103. F. Tseng, Т.К. Sarkar. DeconVution of the Impulse Response of a Conducting Sphere by the Conjugate Gradient Method. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 35. №1. 1987. P. 105-110.

104. Michalski К.A., Mosig J.R. Multilayered media Green's functions in integral equation formulations. // IEEE Trans. Antennas Propagat. V. 45. №3. 1997. P. 508-519.

105. M.I. Aksun G. Dural Clarification of issues on the closed-form Green's functions in stratified media. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 53. №11. 2005. P. 3644-3653.

106. Воскресенский Д.И., Гринев А.Ю., Воронин E.H. Радиооптические антенные решетки. // М.: Радио и связь. 1986.

107. A.Yu. Grinev. Radiooptical arrays (array antennas with Hybrid optoelectronic space-time signal processors) // Millenium Conference on Antennas and Propagation, AP2000. 9-14, April, 2000. Davos, Switzerland.

108. Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени / О.Б. Гусев, С.В. Кулаков, Б.П. Разживин, Д.В. Тигин; Под ред. С.В. Кулакова. // М.: Радио и связь. 1989.

109. Anthony W. Sarto, Robert Т. Weverka, Kelvin H. Wagner. Beam-steering and jammer-nulling photorefractive phased-array radar processor. Proc. SPIE. 1994. V.21. P. 378-388.

110. Гринев А.Ю., Воронин E.H., Темченко B.C. Плоские радиооптические антенные решетки с режекцией мешающих сигналов по направлению прихода// Изв. вузов. Радиофизика. 1980. №7. С. 849-863.

111. Темченко В.С, Овчинников В.С Оптически управляемый модулятор света для обработки сигналов антенной решетки. // Изв.вузов. Радиоэлектроника, № 2. 1991. С.65-66.

112. Егоров Ю.В., Наумов К.П., Ушаков В.Н. Акустооптические процессоры. // М.: Радио и связь. 1991.

113. D. Uduwawala, М. Norgren, P. Fuks. A complete FDTD simulation of a real GPR antenna system operating above lossy and dispersive grounds.// Progress In Electromagnetics Research, PIER 50. 2005. P. 209-229.

114. E. Slob, S. Lambot. Direct determination of electric permittivity and conductivity fromair-launched GPR surface reflection data for surface soil water content determination.// 12th International Conference on GPR, June 16-19,2008, Birmingham, UK

115. T. P. Montoya, Member, G.S. Smith Land Mine Detection Using a Ground-Penetrating Radar Based on Resistively Loaded Vee Dipoles. // IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 47. №12. 1999. P. 1792-1806.

116. E.J. Rothwel. Extraction of the Wideband Dielectric Properties of a Material Layer Using Measured Natural Frequencies.// IEEE Trans. Antennas Propagat., V. 58. №2. 2010. P. 620623.