Толмазов Борис Борисович. Цифровая обработка сигналов и изображений в импульсном радиолокаторе подповерхностного зондирования

Краткое описание

Толмазов Борис Борисович. Цифровая обработка сигналов и изображений в импульсном радиолокаторе подповерхностного зондирования : Дис. ... канд. техн. наук : 05.12.04 : Москва, 2004 126 c. РГБ ОД, 61:04-5/4284

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ТОЛМАЗОВ БОРИС БОРИСОВИЧ
ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ В ИМПУЛЬСНОМ РАДИОЛОКАТОРЕ ПОДПОВЕРХНОСТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устрой¬ства радионавигации, радиолокации и телевидения

Москва
2004
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Сосулин Ю.Г.
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Регистрация и визуализация радиолокационных данных
1.1. Принцип работы и конструктивные особенности им¬пульсного радиолокатора подповерхностного зондирования
1.2. Регистрация данных зондирования
1.3. Визуализация данных зондирования
1.4. Выводы по главе 1
Глава 2. Повышение разрешающей способности
2.1. Синтезирование апертуры
2.2. Учет пространственной ориентации объектов
2.3. Фильтр сжатия импульса
2.4. Выводы по главе 2 .
Глава 3. Пороговая обработка
3.1. Адаптивная пороговая обработка
3.2. Новая процедура адаптивной пороговой обработки
3.3. Выводы по главе 3
Глава 4. Повышение качества изображений
4.1. Фильтрация изображений
4.1.1. Фильтр сглаживания
4.1.2. Медианная фильтрация
4.1.3. Трехмерная фильтрация
*
4.2. Масштабирование со сглаживанием
4.3. Выводы по главе 4
Глава 5. Обработка с учетом поляризационных характеристик
5.1. Поляризационные характеристики
-3¬
5.2. Совместная обработка двух наборов данных 96
5.3. Выводы по главе 5 99
Глава 6. Разработка программного обеспечения 100
105
109
113
115
117
120
6.1. Жизненный цикл разработки ПО ^ ^
6.2. Декомпозиция
6.3. Создание программного обеспечения
6.4. Методика проведения обработки
6.5. Выводы по главе 6 Заключение Список литературы
Актуальность темы
Первые идеи радиоволновых зондирований на основе фазовых измере¬ний были высказана немецкими учеными Г.Лови и ГЛеймбахом в начале двадцатого века. Сущность метода сводилась к изучению интерференции прямых и отраженных радиоволн с целью поиска руд и воды. В дальнейшем развивалось множество вариантов интерфереционного метода. В 1925 г.
А.А.Петровский провел ряд опытов по радиопросвечиванию (определение границ тени зоны высокой проводимости - теневой метод), а также разраба¬тывал ряд других методов. В середине 50-х годов А.Г.Тархов разработал ме¬тод, основанный на зависимости напряженности электромагнитного поля удаленных широковещательных радиостанций от геологического строения некоторого участка местности. Эти и другие методы начали внедрять в про¬изводство в 50-х годах XX века, что было обусловлено с техническими труд¬ностями и необходимостью решения вопросов электромагнитной совмести¬мости.
Применение радиолокации в геологической разведке стало возможным только после того, как появились полупроводниковые приборы, позволяю¬щие генерировать импульсы длительностью несколько наносекунд, обеспе¬чивающие разрешающую способность по глубине в единицы и доли метров. С 1960 года радиолокационный метод начинают широко использовать для определения толщины ледников. В СССР решением задач подповерхностной радиолокации с конца шестидесятых годов активно занималась кафедра ра¬диолокации Рижского института инженеров гражданской авиации под руко¬водством д.т.н., проф. М.И. Финкельштейна [3, 4]. В 1977 году решением Го¬сударственного комитета по науке и технике создана Проблемная лаборато¬рия авиационной подповерхностной радиолокации при Рижском авиацион¬ном университете. В последующие двадцать лет интерес к георадарному ме¬тоду не был стабильным, однако развитие микроэлектроники и повышение
скорости и эффективности компьютерной обработки данных зондирования вернули подповерхностную радиолокацию в число актуальных задач.
В течение последних лет интерес к подповерхностной радиолокации постоянно растет, эта область является наиболее быстро развивающейся в сфере инженерно-геофизических исследований. Начиная с 1986 года, регу¬лярно проводятся международные конференции по подповерхностной ра¬диолокации [1,2]. В разных странах выпускается большое количество радио¬локаторов подповерхностного зондирования (РЛПЗ), предназначенных для решения важных задач в различных областях: геологии и археологии, транс¬портном строительстве, оборонной промышленности, промышленном и гра¬жданском строительстве, при решении экологических проблем.
В геологии и археологии РЛПЗ используют для построения геологиче¬ских разрезов, определения положения уровня грунтовых вод [5], толщины льда, глубины и профиля дна рек и озёр, границ распространения полезных ископаемых в карьерах, положения карстовых воронок и пустот, для уста¬новления мест нахождения археологических объектов и границ их распро¬странения [6, 7].
В оборонной промышленности РЛПЗ нашли широкое применение для обнаружения мин [8-11], расположения подземных тоннелей и коммуника¬ций, складов оружия и техники [12]. Большое значение уделяется повыше¬нию вероятности обнаружения мин и боеприпасов, а также возможности их распознавания. В работе [13] проведено сравнение нескольких электромаг¬нитных моделей для неразорвавшихся снарядов в земле с результатами экс-периментальных исследований, отмечено влияние положения снарядов на их радиолокационные изображения и форму отраженного сигнала.
В промышленном и гражданском строительстве подповерхностная ра-диолокация используется для определения качества и состояния бетонных конструкций (мостов, зданий и т.д.), состояния дамб и плотин, выявления оползневых зон, месторасположения инженерных сетей (металлических и пластиковых труб, кабелей и других объектов коммунального хозяйства [14- 17]). В транспортном строительстве (автомобильные и железные дороги, аэ¬родромы) РЛПЗ применяются для определения толщины конструктивных слоев дорожной одежды и качества уплотнения дорожно-строительных мате¬риалов, оценки оснований под транспортные сооружения, определения глу¬бины промерзания в грунтовых массивах и дорожных конструкциях, содер¬жания влаги в грунте земляного полотна и подстилающих грунтовых основа¬ниях, эрозии грунтов на участках мостовых переходов.
В настоящее время увеличивается число РЛПЗ, используемых при ре¬шении вопросов охраны окружающей среды и рационального использования земель: для оценки загрязнения почв, обнаружения утечек из нефте- и водо¬проводов, мест захоронения экологически опасных отходов [18]. В [19] пред¬ставлена автономная система для обнаружения и извлечения малоразмерных подповерхностных объектов. Система состоит из управляемого дистанцион¬но гидравлического робота-экскаватора, лазерного обнаружителя для форми¬рования карты местности и подповерхностного датчика для обнаружения объектов. Основное применение подобной системы авторы видят в обнару¬жении и извлечении локальных источников токсичного и радиационного за¬ражения.
В [20] рассмотрены возможности применения подповерхностной ра-диолокации в медицине при диагностике некоторых видов заболеваний. В настоящее время осуществляются также попытки решения задач распознава¬ния и классификации подповерхностных объектов [21], а также автоматиза¬ции процесса обнаружения с помощью нейронных сетей [22].
В современной подповерхностной радиолокации есть несколько спе-цифических областей применения, в которых ведутся работы по усовершен-ствованию аппаратного и математико-программного обеспечения.
Основная задача радиолокатора подповерхностного зондирования (РЛПЗ) состоит в обследовании среды с целью обнаружения скрытых в ней объектов. Так как электропроводящие среды являются непрозрачными для электромагнитных волн, то РЛПЗ используются для исследования только ди¬электрических сред естественного (вода, лед, дерево) или искусственного (бетон, кирпич, песок) происхождения. Обнаруживаемые в среде объекты также можно разделить на естественные (водоносные слои, промоины) и ис¬кусственные (подземные коммуникации, мины, тайники), причем объекты обнаружения могут быть как диэлектрические, так и электропроводные, в том числе металлические.
Подповерхностные радиолокаторы применяются в диапазоне глубин от нескольких сантиметров до десятков метров, поэтому вид и длительность сигналов, соответствующая аппаратура и антенные системы, а также алго¬ритмы обработки существенно отличаются для разных глубин. Можно про¬вести некоторую классификацию РЛПЗ в зависимости от наблюдаемых глу¬бин и разрешающей способности [31]:
1) глубинная (геодезическая) — 6... 3 0 м и более;
2) средних (строительных) глубин — 1.. .7 м;
3) приповерхностная - 0... 1.5 м.
Высокая разрешающая способность по глубине является одним из важ-нейших требований к РЛПЗ средних и малых глубин. В среде с диэлектриче¬ской проницаемостью є происходит замедление электромагнитной волны в
корень из Га раз. Коэффициент диэлектрической проницаемости среды очень сильно зависит от ее влажности. Например, для воздуха є = 1, для природного песчаного грунта є = 2...6, для глины є = 3...15, для дистиллиро¬ванной воды є = 81. Поэтому для получения высокой разрешающей способ¬ности требуется применять короткие сигналы нано- и пикосекундной дли¬тельности. Для средних глубин длительность импульса составляет порядка нескольких наносекунд, для приповерхностных глубин - доли наносекунд.
Другой важной особенностью подповерхностной радиолокации сред¬них и малых глубин является сильное затухание сигнала в среде. В большин¬стве строительных конструкций применяемые материалы имеют сложный состав, поэтому затухание в них меняется в весьма широких пределах. Так, например, на частоте 1 ГГЦ величина затухания сигнала в сухом песке может лежать в пределах от 0.1 до 20 дБ/м, в бетоне — от 5 до 25 дБ/м, в кирпиче - от 3 до 20 дБ/м [33].
В отличие от распространения радиоволн в атмосфере, в грунте элек-тромагнитные сигналы претерпевают существенные дисперсионные искаже¬ния. Грунты и другие среды не являются полностью однородным фильтром для частот электромагнитного излучения, а пространственные вариации ди¬электрической проницаемости грунта более значительны, чем в атмосфере. В результате при прохождении сигнала через зондируемую среду одни частоты в данный момент времени затухают сильнее, другие подчиняются усреднен¬ной закономерности, а отдельные могут затухать слабее. Для узкополосного сигнала вариации параметров среды могут приводить к резкому уменьшению чувствительности прибора и даже полному пропаданию отраженного сигнала от объекта.
Как видно, современные РЛПЗ средних и малых дальностей должны удовлетворять взаимоисключающим требованиям при выборе длины волны зондирующего сигнала. Для минимальных энергетических потерь при рас-пространении в среде и для увеличения глубины проникновения необходимо использовать низкочастотный диапазон, а для обеспечения высокой разре¬шающей способности необходимо переходить к более высоким частотам. Для удовлетворения этих противоречивых требований необходимо использо¬вать сверхширокополосные радиосигналы. Перечисленные особенности под-поверхностной радиолокации решаются при построении видеоимпульсных РЛПЗ. Исследования показали, что наилучшей проницаемостью для типич¬ных сред при заданной разрешающей способности обладают РЛПЗ без несу¬щей частоты, в импульсе которых укладывается только один период колеба¬ния или меньше. При этом отношение ширины полосы к средней частоте спектра может быть больше 1 и даже приближаться к 2.
Среди локаторов подповерхностного зондирования малых дальностей большое применение нашли импульсные РЛПЗ. Существенными преимуще¬ствами таких РЛПЗ являются: простота схем формирования и приема сигна¬лов; обеспечение максимального проникновения излучения в грунт за счет снижения средней частоты при сохранении ширины спектра, обеспечиваю¬щей требуемую разрешающую способность по дальности; сравнительная простота отображения радиолокационной информации о подповерхностных объектах и определения глубины их залегания. При этом эффективность РЛПЗ определяется не только элементной базой и построением аппаратной части радара, но и математико-программным обеспечением, реализующим методы и алгоритмы цифровой обработки радиолокационных сигналов и изображений.
Одним из интенсивно развивающихся в последнее время методов ре¬шения задач инженерной геофизики является радиолокационный метод ис¬следования среды, называемый также подповерхностным зондированием или георадарным методом. Георадарный метод основан на явлении отражения электромагнитной волны от поверхностей, на которых скачкообразно изме¬няются электрические свойства контактирующих тел - электропроводность или диэлектрическая проницаемость. Электромагнитная волна, падающая на такую поверхность, порождает вторичную волну, распространяющуюся в на¬правлении, противоположном направлению распространения падающей вол¬ны. Имеется два вида волн этого типа. К первому типу относятся собственно отраженные волны, образующиеся в случае, когда поверхность раздела явля¬ется плоской (или квазиплоской). Примером такой поверхности является граница между слоями с разными диэлектрическими проницаемостями. Ин¬тенсивность отраженных волн при прочих равных условиях определяется только контрастностью электрических свойств контактирующих сред.
Ко второму типу относятся волны, возникающие на контактной по-верхности, один или все размеры которой сравнимы с длиной волны падаю¬щего на объект электромагнитного импульса. Примерами поверхностей рас-сматриваемого типа являются трубы в расположенные в грунте (их длины много больше диаметра), электрические кабели, локальные неоднородности, подземные полости и т.д. Волны второго типа называют дифрагированными. Интенсивность дифрагированных волн зависит от формы и площади кон¬тактной поверхности, контраста электрических свойств контактирующих тел и длительности зондирующего импульса.
В отличие от сейсморазведки, кинематические (время распространения зондирующего импульса от передающей антенны до отражающего или деф- рагирующего объекта и от этого объекта до приемной антенны) и динамиче¬ские характеристики (интенсивность и форма электромагнитных волн) при подповерхностном зондировании сложным образом зависят от спектрального состава зондирующего сигнала, диэлектрической проницаемости и проводи¬мости среды и обнаруживаемых объектов. Последние параметры сами могут быть частотнозависимыми функциями, и до настоящего времени отсутствует теория, позволяющая проводить точные расчеты динамических характери¬стик волнового поля [32]. Однако с практической точки зрения отсутствие теории, описывающей динамику электромагнитных волн, не означает невоз¬можность эффективной обработки данных радиолокационного зондирования.
Дополнительная информация о зондируемой среде и расположенных в ней объектах может быть извлечена из данных путем более сложной матема¬тической обработки и последующей интерпретацией. Хотя имеется возмож¬ность использовать большинство процедур, применяемых при сейсмической разведке, эффективность их применения во многом определяется видом ре¬шаемой задачи, разнообразие которых предполагает и довольно широкий выбор методов и процедур обработки [33-41]. Таким образом, в первую оче¬редь необходимо сформулировать цели обработки и определить круг задач, которые должны быть решены при обработке и интерпретации данных ра¬диолокационного зондирования.
Подобные задачи относятся к трудноформализуемым. В настоящее время при решении таких задач использовать полностью автоматизирован¬ные системы практически невозможно, поэтому их решением занимаются системы человек-машины. При этом человеку-обработчику (оператору или интерпретатору) должно быть предоставлено максимум возможностей для анализа данных зондирования. Решение задач максимально информативной визуализации и максимально эффективной и быстрой обработки возлагается на программное обеспечение.
В настоящее время РЛПЗ для неразрушающего исследования различ¬ных сред выпускаются различными российскими и зарубежными компания¬ми: Penetradar (США), GSSI (США), NTT (Япония), ERA Technology (Вели¬кобритания), Redifon (Великобритания), НПО «Радарные системы» (Латвия), ООО «Логические системы» (Россия), ЗАО «Таймер» (Россия) и другие.
В России выпуском РЛПЗ и разработкой математико-программного обеспечения занимается несколько компаний. В Лаборатории дистанционно¬го зондирования спроектирован и запущен в производство радиолокатор "РАСКАН", предназначенный для зондирования строительных конструкций с высоким разрешением [23-25].
ЗАО «Таймер» разрабатывает и выпускает совместно с ЗАО «ТЕХНО- ДАЛС» георадары серии Грот и Лоза [26-28] и занимается оказанием услуг по подповерхностному зондированию этими георадарами до глубины более 50м с разрешением по горизонтали и вертикали 0.1-0.5м, на тяжелых глини¬стых почвах до глубины не менее 12 м. Области применения: поиск подзем¬ных металлических и неметаллических коммуникаций, обнаружение карсто¬вых полостей, пустот и тектонических нарушений, обнаружение захоронений вредных веществ и экологически вредных отходов, неразрушающее картиро¬вание зарытых емкостей, скрытых траншей, границ загрязненных почв; оп¬ределение состояния опор, мостов, туннелей, фундаментов; исследование со¬стояния автомобильных и железнодорожных дорог, определение толщины насыпи и ее структуры.
ООО «Логические системы» и ГП НИИ Приборостроения им.
В.В .Тихомирова совместно разработан ряд георадаров серии «Око», обеспе-чивающих зондирование различных сред, грунтов и воды на глубинах от 0.5 до 30 м с разрешающей способностью от 0.05 до 2 м [29]. Эти георадары мо¬гут быть использованы при проведении археологических работ, строитель¬ных и ремонтных работах, поиске криминальных и контрабандных захороне¬ниях и т.п.
Научно-техническое предприятие «ТЕНЗОР» специализирующееся на создании систем и приборов для измерений во временной области (рефлек-тометры с зондирующим сигналом пикосекундной длительности, осцилло¬графы, генераторы сигналов пикосекундной длительности, антенны и прибо¬ры для измерения диэлектрической проницаемости), подповерхностных ра¬даров, СВЧ компонентов для станций спутниковой связи. НТП «Тензор» вы¬пускает несколько РЛПЗ для работы на разных глубинах [30].
Следует также отметить научно-производственную фирму «Радарные Системы» (Латвия), основанную в 1989 году на базе Проблемной лаборато¬рии авиационной подповерхностной радиолокации при Рижском авиацион¬ном университете, которая занимается разработкой методов и аппаратуры подповерхностного зондирования для решения задач неразрушающего мони-торинга среды, инженерно-геологических изысканий, измерения толщины морских и пресноводных льдов. В настоящее время этой фирмой выпускают¬ся радары серии «Зонд».
Для экспериментальных исследований была использована одна из мо¬делей РЛПЗ серии «Дефектоскоп» [44-46], выпускаемых ЗАО «Научно¬технический центр системного моделирования» (НТЦСМ). Достигнутые по¬казатели качества работы этого РЛПЗ (в частности, разрешающая способ¬ность в направлении зондирования 0.02 м и в поперечном направлении 0.03 м, а также возможности решения задач обнаружения, определения местопо¬ложения и распознавания подповерхностных объектов) обусловлены не только элементной базой и построением аппаратной части РЛПЗ, но и разра¬ботанным математическим и программным обеспечением и, прежде всего, алгоритмами, реализующими эффективные методы цифровой обработки ра¬диолокационных сигналов и изображений.
Большинство современных РЛПЗ обладают высокими показателями качества, однако требования к ним постоянно повышаются, появляются все новые, более сложные, задачи, связанные с обнаружением и распознаванием подповерхностных объектов. Возможности дальнейшего повышения эффек-тивности РЛПЗ за счет совершенствования элементной базы в значительной мере уже исчерпаны, в силу существования некоторых физических пределов, ограничивающих возможности радиоэлектронных элементов. В то же время возможности повышения эффективности РЛПЗ путем совершенствования математико-программного обеспечения, включая алгоритмы обработки ра-диолокационных сигналов и изображений, далеко не исчерпаны. Поэтому вопросы создания эффективных алгоритмов обработки радиолокационных сигналов и изображений и программного обеспечения РЛПЗ являются акту-альными. Решению этих вопросов посвящена данная диссертационная рабо¬та.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является повышение эффективности обработки данных импульсного радиолокационного зондирования при реше¬нии задач обнаружения малоразмерных объектов (металлические штыри, пластины, полые пластмассовые трубы) в различных средах, используемых в строительных конструкциях (песок, бетон, кирпич), а также разработка про¬граммного обеспечения, реализующего наиболее эффективные методы и ал¬горитмы. Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:
1. Исследование возможностей повышения эффективности процедуры син-тезирования апертуры для улучшения разрешающей способности в гори-зонтальном направлении, в частности, для протяженных объектов за счет учета угла между его продольной осью и базой антенной системы.
2. Разработка интерактивной процедуры адаптивной пороговой обработки, позволяющей эффективно выделять объекты вне зависимости от затуха¬ния в среде.
3. Исследование возможностей улучшения качества радиолокационных изо-бражений методами цифровой обработки оптических изображений. Выбор процедур обработки и порядок их применения, а также выбор их параметров.
4. Исследование возможностей повышения качества обнаружения и распо-знавания малоразмерных объектов в среде за счет совместной обработки двух наборов радиолокационных данных для ортогональных поляризаций зондирующего сигнала.
5. Разработка программного обеспечения, предназначенного для визуализа¬ции и обработки данных импульсного локатора подповерхностного зон¬дирования.
Методы исследования
При решении поставленных задач использовались методы статистиче¬ской радиотехники, цифровой обработки сигналов и изображений, объектно-ориентированного подхода для создания программного обеспечения, про-граммирования трехмерной графики, экспериментальных исследований в подповерхностной радиолокации.
Научная новизна работы
1. Разработана методика повышения эффективности синтезирования апер¬туры за счет выбора зоны синтезирования, а для протяженных объектов также за счет учета угла между продольной осью объекта и базой антен¬ной системы.
2. Предложена и проанализирована новая процедура адаптивной пороговой обработки, не чувствительная к затуханию в среде и позволяющая более эффективно устранять шумы и помехи без подавления полезного сигнала.
3. Разработана методика применения алгоритмов цифровой обработки оп-тических изображений для повышения качества радиолокационных изо-бражений. Методика включает в себя выбор фильтров и их параметров (тип и размер выборки), а также порядок их применения.
4. Разработана процедура совместной обработки двух наборов данных для ортогональных поляризаций, повышающая качество обнаружения и рас-познавания объектов, в том числе и тогда, когда одни из них заслоняют другие.
Практическая ценность и внедрение результатов работы
Проведен большой объем экспериментальных исследований с целью анализа эффективности различных процедур обработки данных радиолока-ционного зондирования. Результаты этой работы позволяют оператору выби¬рать последовательность применения алгоритмов обработки, даны рекомен¬дации по выбору параметров обработки.
Разработанное программное обеспечение предназначено для цифровой обработки данных радиолокационного зондирования. Программа использо¬валась в выпускаемых ЗАО «НТІ^СМ» радиолокаторах подповерхностного зондирования [42-46]. Структура программного обеспечения позволяет легко модифицировать программу визуализации и обработки данных в соответст¬вии со спецификой решаемых задач.
Результаты диссертационных исследований внедрены в разработки предприятия ЗАО «НТЦСМ», что подтверждается актом внедрения, а также в учебный процесс МАИ в виде лабораторной работы «Обработка сигналов радиолокатора подповерхностного зондирования».
Основные положения, выносимые на защиту
1. Разработанные процедуры выбора области синтезирования и учета угла между продольной осью протяженных объектов и базой антенной систе¬мы позволяют повысить эффективность синтезирования апертуры и уве¬личить разрешающую способность РЛПЗ.
2. Разработанная интерактивная процедура адаптивной пороговой обработ¬ки эффективно устраняет шумы и помехи без подавления полезного сиг¬нала.
3. Повышение качества радиолокационных изображений подповерхностной среды и расположенных в ней объектов достигается применением мето¬дов цифровой обработки оптических изображений, при этом фильтр сглаживания позволяет повысить качество последующей адаптивной по¬роговой обработки, а трехмерный медианный фильтр в большей степени устраняет отражения от мелких неоднородностей среды, оставшиеся на изображениях после адаптивной пороговой обработки, чем двумерный.
4. Совместная обработка двух наборов радиолокационных данных для орто-гональных поляризаций зондирующего сигнала обеспечивает обнаруже¬ние и различение пустот и металлических предметов в среде.
5. Разработанный комплекс программных средств и его отдельные модули целесообразно использовать при создании импульсных РЛПЗ.
Публикации и апробации
Апробация результатов работы:
Результаты диссертационной работы доложены на Всерос. межвуз. на- уч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 98» (Зеленоград, 1998), 3-й Всерос. науч. конф. «Применение дистанционных радиофиз. методов в исследованиях природной среды» (Муром, 1999), CIE Intern. Conf. On Radar (Beijing, China, 2001), 5-й Межд. конф. и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (Москва, Россия, 2003), Всероссийск. научн. конф. «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и аккустики» (Муром, 2003), Intern. Radar Symposium (Dresden, Ger¬many, 2003).
Публикации 
Основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах: 2 ста¬тьи в журналах «Радиотехника» и «Радиотехника и электроника», 2 работы в трудах МАИ и 6 работ в трудах всероссийских и международных научно¬технических конференций.
Объем и структура работы
#
Диссертационная работа изложена на ... листах машинописного текста, включая ... листов иллюстраций. Диссертационная работа состоит из введе¬ния, шести глав, заключения, списка литературы, включающего ... наимено¬ваний.

Список литературы

* Разработано программное обеспечение, предназначенное для вторич-
* ной обработки данных радиолокационного зондирования.
Декомпозиция системы позволила выделить три функционально неза-висимые группы: блок считывания и записи данных, блок визуализации, блок обработки данных.
Программное обеспечение разработано в соответствии с объектно¬ориентированной концепцией и реализовано на языке программирования C++. Использование библиотеки MFC позволило повысить скорость работы ПО. Разработка ПО в соответствии со стандартами программирования поль¬зовательского интерфейса в операционной среде Windows существенно уменьшает время освоения программы оператором и повышает производи-тельность его работы.
При разработке ПО учтена специфика обработки данных в РЛПЗ «Де¬фектоскоп», которая заключается в возможности совместной обработки двух наборов данных для различных поляризаций.
По результатам исследований разработана методика работы с ПО, включающая в себя последовательное применение наиболее эффективных алгоритмов с целью повышения эффективности обнаружения и распознава¬ния объектов в среде и увеличения скорости работы оператора.
Структура программного обеспечения позволяет легко модифициро¬вать программу визуализации и обработки данных в соответствии со специ¬фикой решаемых задач.
В диссертационной работе разработаны новые алгоритмы обработки данных подповерхностного радиолокационного зондирования, предложены модификации существующих методов и разработано программное обеспече¬ние:
1. Разработана методика выбора зоны синтезирования и учета угла между продольной осью протяженных объектов и базой антенной системы, по-вышающие эффективность синтезирования апертуры. Зоны синтезирова¬ния выбираются в зависимости от типов объектов, а размер зоны синтези¬рования - от глубины их залегания. Ширину зоны синтезирования целесо¬образно выбирать в 2-4 раза больше глубины обнаруживаемых объектов. Для пустот синтезирование апертуры наиболее эффективно при ширине зоны в 2-3 раза большем глубины, отношение сигнал/шум улучшается при этом на 2-3 дБ. Для металлических объектов ширину зоны целесообразно выбирать в 3-4 раза больше глубины, отношение сигнал/шум улучшается после синтезирования апертуры на 3-4 дБ. Допустимая погрешность зада¬ния скорости V, при которой синтезирование апертуры остается доста¬точно эффективным методом повышения разрешающей способности, со¬ставляет около 20%. Показано, что если угол между продольной осью протяженного объекта и базой антенной системы превышает 15-20°, то необходим учет этого угла для повышения разрешающей способности.
2. Предложен и проанализирован новый алгоритм адаптивной пороговой об-работки, учитывающий затухание сигнала в среде и эффективно подав¬ляющий помехи без потери полезного сигнала. Параметры порогов под¬бираются по двум классифицированным выборкам. Алгоритм эффективен при применении его как при визуализации данных методом плоских сече¬ний, так и вместе с динамической пространственной визуализацией.
3. Показано, что применение фильтра сглаживания повышает отношение сигнал/шум, причем фильтр с квадратной маской эффективнее фильтра с крестообразной маской и дает дополнительный выигрыш на 1-2 дБ. Также фильтр сглаживания повышает качество последующей пороговой обра¬ботки. Выбор типа маски и размера выборки определяется желаемым по¬давлением шумов при сохранении достаточной четкости изображения. В большинстве проведенных экспериментах наиболее эффективным оказа¬лось применение фильтра сглаживания с квадратной маской, размер маски N которого лежал в пределах от 3 до 7.
4. Разработана методика применения медианой фильтрации для повышения качества радиолокационных изображений. Показано, что медианная фильтрация позволяет эффективно устранять импульсные помехи и ос-тавшиеся после адаптивной пороговой обработки отражения от мелких неоднородностей среды, сохраняя четкость и контрастность радиолокаци-онных изображений. Выбор типа и размера окна зависит от минимальных размеров обнаруживаемых объектов и должен осуществляться таким об¬разом, чтобы число элементов разрешения для изображения объекта было, больше половины рабочей выборки медианного фильтра.
5. Проведено сравнение двумерной и трехмерной медианной фильтрации. Эффективность трехмерной медианной фильтрации для квадратной маски значительно больше, чем для крестообразной, при этом линейный размер маски N редко превышает 5.
6. Предложена процедура трехмерного масштабирования массива данных зондирования со сглаживанием, позволяющая улучшить качество форми-руемых радиолокационных изображений и тем самым повысить наблю-даемость расположенных в среде объектов.
7. Предложена процедура одновременной обработки двух наборов радиоло-кационных данных, полученных для ортогональных поляризаций зонди-рующих сигналов, позволяющая провести обнаружение и распознавание некоторых малоразмерных объектов (металлические пластины и штыри, полые пластмассовые трубы) в среде, в том числе и в случаях, когда одни объекты заслоняют другие.
8. Проведен большой объем экспериментальных исследований с целью изу¬чения практической эффективности рассмотренных в работе процедур об¬работки данных радиолокационного зондирования. По результатам иссле¬дований разработана методика проведения обработки, включающая в себя последовательное применение наиболее эффективных алгоритмов с целью повышения эффективности обнаружения и распознавания объектов в сре¬де и увеличения скорости работы оператора.
Разработано программное обеспечение, предназначенное для цифровой обработки данных радиолокационного зондирования. Программа исполь¬зовалась в выпускаемых ЗАО «НТЦСМ» радиолокаторах подповерхност¬ного зондирования серии «Дефектоскоп». Структура программного обес¬печения позволяет легко модифицировать программу визуализации и об¬работки данных в соответствии со спецификой решаемых задач.