Розвиток теоретичних засад підвищення точності радіотехнічних засобів підповерхневого зондування
Електронний науковий архів Науково-технічної бібліотеки Національного університету "Львівська політехніка"
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Розвиток теоретичних засад підвищення точності радіотехнічних засобів підповерхневого зондування
Развитие теоретических основ повышения точности радиотехнических устройств подповерхностного зондирования Development of theoretical foundations improve the accuracy of radio devices for subsurface sensing |
|
| Creator |
Любчик, Віталій Романович
|
|
| Subject |
радіосистема
дальність фазові вимірювання радіолокаційне спостереження підповерхневе зондування радиосистема дальность фазовые измерения радиолокационное наблюдение подповерхностное зондирование radio range phase measurements radar surveillance subsurface sounding |
|
| Description |
В дисертаційній роботі здійснено розробку основ теорії багаточастотних фазових вимірювань дальностей об’єктів та їх характеристик. В основу теорії покладено той факт, що при зондуванні об’єктів гармонічними сигналами різних частот відбиті сигнали від кожного об’єкту є гармонічними, фазові зсуви яких прямо пропорційні подвоєній відстані і обернено пропорційні частоті гармонічного сигналу, а амплітуди при зміні частоти в невеликому діапазоні частот на змінюються внаслідок того що коефіцієнти відбиття є незмінними. За наявності декількох об’єктів вектор сигналу, що приходить до прийомного пристрою представляє геометричну суму векторів сигналів відбитих від кожного об’єкту. Дослідження амплітудно-частотної та фазочастотної характеристики сумарного відбитого сигналу дозволило розробити математичну модель сумарного сигналу, яка пов’язує вектори сумарного відбитого сигналу та вектори сигналів відбитих від кожного об’єкту. У роботі запропоновано ряд методів розв’язання задачі розділення векторів сигналів відбитих від кожного об’єкту, шляхом математичних перетворень системи нелінійних рівнянь або дослідження характерних точок амплітудно-частотної та фазочастотної характеристик сумарного відбитого сигналу. У роботі наведено дослідження точності та розрізнювальної спроможності багаточастотних фазових методів вимірювання дальностей та характеристик об’єктів. Отримано аналітичні залежності, які дозволяють розраховувати параметри зондуючих сигналів: кількість частот, частотний діапазон, крок по частоті, мінімальну похибку вимірювання фазового зсуву сигналів, мінімальну похибку вимірювання амплітуди сигналів. Для прискореного процесу зондування об’єктів в умовах швидкозмінної обстановки (для розв’язання задач радіолокаційного спостереження рухомих цілей) запропоновано застосовувати як зондуючий сигнал що представляє собою суму гармонічних складових з кратними частотами. Для покращення енергетичних характеристик таких сигналів запропоновано адаптивний метод пошуку множини початкових фаз гармонічних складових що дозволила б мінімізувати пікфактор. В диссертационной работе осуществлена разработка основ теории многочастотных фазовых измерений дальностей объектов и их характеристик. В основу теории положен тот факт, что при зондировании объектов гармоничными сигналами разных частот отраженные сигналы от каждого объекта являются гармоническими, фазовые сдвиги которых прямо пропорциональны удвоенному расстоянию и обратно пропорциональны частоте гармонического сигнала, а амплитуды при изменении частоты в небольшом диапазоне частот на изменяющиеся вследствие того что коэффициенты отражения являются неизменными. При наличии нескольких объектов вектор сигнала, приходящего к приемному устройству представляет геометрическую сумму векторов сигналов отраженных от каждого объекта. При зондировании объектов радиосигналами в области высоких и сверхвысоких частот применение амплитудной модуляции позволяет переносить спектр сигнала в область радиочастот, что позволяет повысить точности и разрешающую способность методов. При обратном переносе спектра в область низких частот измерительная информация сохраняется. При зондировании движущихся объектов амплитудно-модулированными радиосигналами при обратном переносе спектра доплеровский сдвиг частоты накладывается на зондирующий отраженный сигнал в виде амплитудной модуляции с частотой доплеровского сдвига. Исследование амплитудно-частотной и фазочастотной характеристики суммарного отраженного сигнала позволило разработать математическую модель суммарного сигнала, связывает векторы суммарного отраженного сигнала и векторы сигналов отраженных от каждого объекта. В работе предложен ряд методов решения задачи разделения векторов сигналов отраженных от каждого объекта, путем математических преобразований системы нелинейных уравнений или исследования характерных точек амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик суммарного отраженного сигнала. Все методы разделяются на итерационные, которые путем решения системы нелинейных уравнений метода последовательного приближения или методом Ньютона позволяют подобрать параметры сигналов отраженный от каждого объекта; спектрально-фазовые, которые используют точки минимума амплитудно-частотной характеристики, в которой вектор сигнала отраженного от объекта находится в противофазе к суммарному сигналу или два вектора отраженных от каждого объекта находятся в противофазе; и аналитические методы, которые позволяют находить параметры сигналов отраженных от каждого объекта путем решения системы нелинейных уравнений описывающих взаимосвязь векторов сигналов отраженных от каждого объекта и суммарных сигналов. Для записи системы уравнения проводится зондирование объектов гармоническими сигналами, количество частот при этом должно быть в два раза больше количества объектов. Коэффициенты системы уравнений представляют собой вектора суммарных сигналов которые записаны в комплексных числах. Решение системы линейных уравнений дает значения коэффициентов степенного уравнения, решения которого есть комплексные числа, которые представляют собой вектора сигналов отраженных от каждого объекта. Последним этапом нахождения дальности объектов есть определение дальностей по известным формулам фазового метода. Разработаны структуры измерительных приборов и систем для решения задач подповерхностного зондирования. В основе структур используются синтезатор сигналов или сетки гармонических частот, а также синтезатор сигнала с прямоугольным спектром и минимальным пик-фактором; приемно-передающая аппаратура; измерители фазового сдвига и амплитуды суммарных сигналов; блок вычисления и индикации. В работе приведены исследования точности и разрешающей способности многочастотных фазовых методов измерения дальностей и характеристик объектов. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать параметры зондирующих сигналов: количество частот, частотный диапазон, шаг по частоте, минимальную погрешность измерения фазового сдвига сигналов, минимальную погрешность измерения амплитуды сигналов. Для ускоренного процесса зондирования объектов в условиях быстросменной обстановки предложено применять как зондирующий сигнал представляющий собой сумму гармонических составляющих с кратными частотами. Для улучшения энергетических характеристик таких сигналов предложен адаптивный метод поиска множества начальных фаз гармонических составляющих которая позволила бы минимизировать пик-фактор. Данный метод состоит в переборе значений множества начальных фаз спектральных составляющих сигнала находящихся на линии минимальных пик-факторов и множества при котором существует минимальное значение пик-фактора. Исследование изготовленных лабораторных макетов рефлектометра и георадара показали принципиальную возможность измерения дальностей неоднородностей кабельных линий связи и нахождения подповерхностных объектов с высокой точностью. The dissertation by developing basic theory of multifrequency phase measuring distances of objects and their harakterystyk. The theory laid the fact that the sensing objects harmonic signals of different frequencies reflected signals from each object is harmonic, phase shifts are directly proportional to twice the distance and inversely proportional to the frequency of the harmonic signal and the amplitude at the frequency in a small frequency range to change due to the fact that the reflection coefficients are constant. If there are multiple objects vector signal comes to the receiving device is a geometric sum of the vectors of signals reflected from each object. Research amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the total reflected signal possible to develop a mathematical model of the total signal, which povyazuye total reflected signal vectors and vectors of signals reflected from each object. The paper presents several methods for solving the problem of the separation vector signals reflected from each object by mathematical transformation of the system of nonlinear equations or study characteristic points of the amplitudefrequency and phase-frequency characteristics of the total reflected signal. In this paper navedni the accuracy and the distinguished ability multifrequency phase methods of measurement range and characteristics of objects. Analytical dependences which allow us to calculate the parameters of probing signals of frequency, frequency, step frequency, the minimum measurement error of the phase shift signal, the minimum measurement error amplitude signals. To speed up the process of sensing objects in umovah rapidly changing environment (to meet the challenges of moving radar targets) proposed to use as a radar which is a sum of harmonic components with multiple frequencies. To improve the energy performance of proposed adaptive signal search method sets the initial phases of the harmonic components that would help minimize pik-faktor. Research laboratory models made reflectometer and ground penetrating radar showed the theoretical possibility of measuring distances inhomogeneities cable lines and under the surface of the object with high accuracy. |
|
| Date |
2015-04-17T13:02:06Z
2015-04-17T13:02:06Z 2015 |
|
| Type |
Autoreferat
|
|
| Identifier |
Любчик В. Р. Розвиток теоретичних засад підвищення точності радіотехнічних засобів підповерхневого зондування : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук : 05.12.17 – радіотехнічні та телевізійні системи / Віталій Романович Любчик ; Міністерство освіти і науки України, Національний університет «Львівська політехніка». – Львів, 2015. – 42 с. – Бібліографія: с. 32–37 (55 назв).
http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/27018 |
|
| Language |
ua
|
|
| Publisher |
Національний університет "Львівська політехніка"
|
|