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) / БГУ ; 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 микроволновых изображений, методы и аппаратура измерения параметров СВЧ поля. Целями НИР являются проведение вычислительного эксперимента по определению конструкции широкополосной антенны эллиптической поляризации для СПЗ, разработка алгоритмов и программного обеспечения формирования изображений для радиоголографических систем с апертурой в виде окружности, разработка программного обеспечения для обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами путем выделения сигналов связанных с дыханием человека. В результате проведена сравнительная оценка диапазонных свойств антенных устройств для систем визуализации и контроля. Предложено использовать плоские спиральные антенны Архимеда как широкополосные антенны с высоким коэффициентом эллиптичности. Разработана методика и программное обеспечение численного моделирования ПСА, расположенных, как в изотропной, так и в биизотропной среде. Проведена серия численных экспериментов, позволяющая оценить влияние материальных параметров среды на характеристики излучения ПСА. Оценено влияние диэлектрической и магнитной проницаемостей и проводимости изотропной среды на диапазонные и направленные свойства ПСА. Оценено влияние параметра киральности метасреды на электродинамические свойства ПСА. Установлено, что наличие киральности приводит к формированию однонаправленного излучения. На основе метода конечных элементов изучено влияние отражающего экрана на характеристики излучения ПСА. Для расширения диапазонных свойств, предложено использовать экран конической формы либо магнитодиэлектрическую подложку с переменными в радиальном направлении диэлектрической и магнитной проницаемостями. Рассмотрена математическая модель системы формирования микроволновых изображений с апертурой в виде окружности. Показано, что функция рассеяния такой системы является функцией Бесселя 1-го рода нулевого порядка. Проведена оценка разрешающей способности 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 разрешение, наоборот, в основном определяется размерами апертуры. При увеличении ширины спектра зондирующего сигнала наблюдается незначительное снижение уровня боковых лепестков функции рассеяния в азимутальном направлении, что приводит к улучшению качества изображений. Разработан алгоритм для обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами 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 пространства, в которой находится человек, периодически изменятся за счет дыхания и сердцебиения. В алгоритме эти периодические изменения использованы для подавления изображений неподвижных объектов. Одновременно с селекцией движущихся объектов использование апертуры в виде окружности и широкополосного зондирующего сигнала позволяет получить необходимое пространственное разрешение. Разработано программное обеспечение для формирования и визуализации трехмерных 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 использования микроволновой радиоголографической системы с апертурой в виде окружности для обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами.