Исследование и разработка голографических микроволновых методов обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами и создание компактных широкодиапазонных антенн и антенных решеток для систем визуализации и контроля : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель В.Г. Семенчик

Abstract

Объект исследования НИР – методы и алгоритмы моделирования взаимодействия электромагнитной волны с композиционными структурированными материалами на основе проводящих волокон, а также методы и алгоритмы формирования многочастотных микро-волновых изображений, методы и аппаратура измерения параметров СВЧ поля. Целями НИР являются проведение вычислительного эксперимента по определению конструкции широкополосной антенны эллиптической поляризации для СПЗ, разработка ал-горитмов и программного обеспечения формирования изображений для радиоголографиче-ских систем с апертурой в виде окружности, разработка программного обеспечения для об-наружения людей за оптически непрозрачными преградами путем выделения сигналов свя-занных с дыханием человека. В результате проведена сравнительная оценка диапазонных свойств антенных устройств для систем визуализации и контроля. Предложено использовать плоские спираль-ные антенны Архимеда как широкополосные антенны с высоким коэффициентом эллиптич-ности. Разработана методика и программное обеспечение численного моделирования ПСА, расположенных, как в изотропной, так и в биизотропной среде. Проведена серия численных экспериментов, позволяющая оценить влияние матери-альных параметров среды на характеристики излучения ПСА. Оценено влияние диэлектри-ческой и магнитной проницаемостей и проводимости изотропной среды на диапазонные и направленные свойства ПСА. Оценено влияние параметра киральности метасреды на элек-тродинамические свойства ПСА. Установлено, что наличие киральности приводит к форми-рованию однонаправленного излучения. На основе метода конечных элементов изучено влияние отражающего экрана на ха-рактеристики излучения ПСА. Для расширения диапазонных свойств, предложено использо-вать экран конической формы либо магнитодиэлектрическую подложку с переменными в радиальном направлении диэлектрической и магнитной проницаемостями. Рассмотрена математическая модель системы формирования микроволновых изобра-жений с апертурой в виде окружности. Показано, что функция рассеяния такой системы яв-ляется функцией Бесселя 1-го рода нулевого порядка. Проведена оценка разрешающей спо-собности системы формирования многочастотных микроволновых изображений с апертурой в виде окружности. Показано, что радиальное разрешение в основном определяется шириной спектра зондирующего сигнала и слабо зависит от размеров апертуры, а азимутальное раз-решение, наоборот, в основном определяется размерами апертуры. При увеличении ширины спектра зондирующего сигнала наблюдается незначительное снижение уровня боковых ле-пестков функции рассеяния в азимутальном направлении, что приводит к улучшению каче-ства изображений. Разработан алгоритм для обнаружения людей за оптически непрозрачными прегра-дами при помощи радиоголографической системы с апертурой в виде окружности. Алгоритм основан на оценке изменения во времени комплексного коэффициента отражения каждой точки исследуемой области пространства. Фаза коэффициента отражения области простран-ства, в которой находится человек, периодически изменятся за счет дыхания и сердцебиения. В алгоритме эти периодические изменения использованы для подавления изображений не-подвижных объектов. Одновременно с селекцией движущихся объектов использование апер-туры в виде окружности и широкополосного зондирующего сигнала позволяет получить не-обходимое пространственное разрешение. Разработано программное обеспечение для формирования и визуализации трехмер-ных многочастотных изображений объектов, совершающих колебательные движения. Разработана экспериментальная установка в составе сканирующего устройства для синтезирования апертуры в виде окружности, имитатора движущихся объектов и блока управления векторным анализатором цепей. Проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили возможность ис-пользования микроволновой радиоголографической системы с апертурой в виде окружности для обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами.