ВОЛНОВОЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ Российский патент 2007 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к радиотехнике и системам неразрушающего контроля (диагностики). Оно может быть использовано в системах радиолокации, системах ультразвуковой диагностики и т.д., то есть при приеме и обнаружении квазигармонических сигналов с неизвестной несущей частотой, резонирующих, в том числе с большим декрементом затухания, на облучаемых неоднородностях.

При построении высококачественных и помехоустойчивых радиотехнических систем, например радиолокационных радиосистем и систем ультразвуковой диагностики, важнейшей проблемой является максимально помехоустойчивое обнаружение неоднородностей и целей с помощью радиоимпульсных сигналов и использованием резонансных свойств зондирующих объектов.

Известны системы с синтезируемой апертурой и накоплением сигналов, следящие фильтры [1. Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. - М.: Связь, 1977. 2. Шелухин О.И. Радиосистемы ближнего действия. - М.: Радио и связь 1989. 3. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. 4. Теория обнаружения сигналов/ П.С.Акимов, П.А.Бакут, А.А.Богданович и др.; под. ред. П.А.Бакута. - М.: Радио и связь, 1984]. Однако к их недостаткам можно отнести их стационарную структуру, что снижает реальную помехоустойчивость подобных устройств. Некоторое усложнение структуры, например, за счет простых устройств адаптации улучшает помехоустойчивость незначительно.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является волновой обнаружитель неоднородностей, содержащий последовательно соединенные генератор радиоимпульсной последовательности, синтезатор радиоимпульсов, у которого в каждом канале имеются регулируемые линии задержки, и передающий излучатель, также содержащий приемное устройство в виде последовательного соединения приемного излучателя и усилителя-ограничителя, схему управления и решающую схему, вход которой подключен к выходу устройства, причем второй выход генератора радиоимпульсной последовательности соединен с первым входом схемы управления, у которой управляющие выходы по шине управления соединены с соответствующими управляющими входами регулируемых линий задержек [5. Радиотехнические системы: Учебник для вузов по специальности «Радиотехника»/ Ю.П.Гришин и др.; Под ред. Ю.М.Казаринова. - М.: Высшая школа, 1990, стр.309 - рис.14.6, стр.312 - рис.14.9].

Недостатком прототипа является недостаточная помехоустойчивость, так как в нем отсутствует когерентное (синхронное) накопление радиоимпульсов при их приеме, а также не используется синхронное подавление пространственных помех.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет как использования резонансных свойств при широкополосном зондировании, так и синфазного возбуждения резонансного колебательного процесса в неоднородности.

Поставленная цель достигается тем, что волновой обнаружитель неоднородностей, содержащий последовательно соединенные генератор радиоимпульсной последовательности, синтезатор радиоимпульсов, в каждом канале которого имеются регулируемые линии задержки, и передающий излучатель, также содержащий приемное устройство в виде последовательного соединения приемного излучателя с усилителем-ограничителем, блок управления и решающее устройство, вход которого подключен к выходу обнаружителя, причем второй выход генератора радиоимпульсной последовательности соединен с первым входом блока управления, у которого управляющие выходы по шине управления соединены с соответствующими управляющими входами регулируемых линий задержки, согласно изобретению, он снабжен генератором широкополосного сигнала, подключенным к входу генератора радиоимпульсной последовательности, в обнаружитель введены дополнительные передающие излучатели, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующей регулируемой линии задержки синтезатора радиоимпульсов, а также введены последовательно соединенные адаптивный робастный полосовой фильтр и амплитудный детектор, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу приемного устройства, а выход амплитудного детектора - ко второму входу блока управления.

Повышение помехоустойчивости производится за счет синхронного суммирования отражаемых на неоднородности сигналов с последующей адаптивной робастной обработкой принимаемого случайного квазигармонического колебания из адаптивных некоррелированных шумов. Неоднородности зондируются широкополосными сигналами с различных излучателей, разнесенных пространственно. При этом пространственные помехи являются некоррелированными, а для формирования синфазного возбуждения резонансного волнового процесса в неоднородности используются, во-первых, широкополосные зондирующие сигналы, во-вторых, временные соответствующие сдвиги для сигналов в каждом излучателе, в-третьих, адаптивная робастная фильтрация отраженного, принимаемого и обрабатываемого сигнала. Робастный адаптивный фильтр, в качестве которого может быть использовано устройство автоматической настройки полосового фильтра [6. Патент RU №2248088, H01J 3/30], является существенно менее чувствительным к фазовым рассогласованиям, имеющими место в процессе настройки устройства, по сравнению с другими фильтрующими системами, например линейными полосовыми фильтрами.

На чертеже приведена структурная схема предложенного волнового обнаружителя неоднородностей.

Волновой обнаружитель неоднородностей содержит последовательно соединенные генератор широкополосного сигнала 1, генератор радиоимпульсной последовательности 2, синтезатор радиоимпульсов 3, блок излучателей 4. При этом синтезатор 3 и блок излучателей 4 образуют многоканальную систему зондирования, состоящую соответственно из 2n блоков: блока линий задержки 5-1,..., 5-n; блока передающих излучателей 6-1,..., 6-n. Приемная часть обнаружителя состоит из последовательно соединенных приемного устройства 7 в виде излучателя с усилителем-ограничителем, адаптивного робастного фильтра 8, амплитудного детектора 9, блока управления 10 и решающего устройства 11. Формирование суммарного отраженного сигнала производится непосредственно на неоднородности 12.

Волновой обнаружитель неоднородностей работает следующим образом.

В генераторе 1 формируется широкополосный сигнал типа

(τ_u, ω соответственно длительность и текущая частота сигнала) или с ЛЧМ (ЛЧМ - линейная частотная модуляция). Этим сигналом запускается радиоимпульсная последовательность в генераторе 2 для заданного диапазона дальностей (зондируемых расстояний). С помощью регулируемых линий (5-1, ..., 5-n) задержек в блоке 3 (синтезаторе радиоимпульсов) устанавливаются радиоимпульсы с соответствующими некоторыми начальными временными сдвигами. Через блок 4 излучателей 6-1, ..., 6-n производится облучение среды, содержащей неоднородности или одну неоднородность 12. Вследствие граничных эффектов на разделе сред с различными условиями распространения волновых процессов возникает резонансное отражение на каждый зондирующий сигнал. В случае совпадений начальных условий возбуждения колебаний от каждого излучателя в неоднородности произойдет суммирование этих колебаний, так что в отраженном (принимаемым приемником 7) сигнале полезный сигнал будет формироваться в виде когерентной суммы, а шумы - как не коррелированные. Дальнейшее выделение полезного сигнала из шумов производится блоками 7 и 9, после которых процесс настройки обнаружителя (максимизация отклика фильтра 8) осуществляется блоком управления 10. Окончательное решение об обнаружении неоднородности производится решающим устройством 11, работающим, например, как пороговое устройство или устройство индикации.

Промышленная применимость

Устройство может быть применено в различных областях радиотехники и системах диагностики в качестве эффективного волнового обнаружителя неоднородностей, а именно в системах радиолокации, в системах неразрушающего контроля и т.д.

Волновой обнаружитель неоднородностей относится к системам неразрушающего контроля и может быть использован в различных радиотехнических устройствах, в том числе в системах радиолокации и ультразвуковых системах диагностики. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости обнаружения производится за счет использования резонансных свойств при широкополосном зондировании и синфазного возбуждения резонансного колебательного процесса в неоднородности. Волновой обнаружитель неоднородностей содержит генератор широкополосного сигнала (1), генератор радиоимпульсной последовательности (2), синтезатор радиоимпульсов (3), блок излучателей (4). Синтезатор (3) и блок излучателей (4) образуют многоканальную систему зондирования, состоящую из блока линий задержки (5-1, ..., 5-n), блока передающих излучателей (6-1, ..., 6-n). Приемная часть обнаружителя состоит из приемного излучателя с усилителем-ограничителем (7), адаптивного робастного фильтра (8), амплитудного детектора (9), блока управления (10), решающего устройства (11). Формирование суммарного отраженного сигнала производится непосредственно на неоднородности (12). 1 ил.

Волновой обнаружитель неоднородностей, содержащий последовательно соединенные генератор радиоимпульсной последовательности, синтезатор радиоимпульсов, в каждом канале которого имеются регулируемые линии задержки, и передающий излучатель, а также приемное устройство, в виде последовательно соединенных приемного излучателя и усилителя-ограничителя, и последовательно соединенные блок управления и решающее устройство для принятия решения об обнаружении неоднородностей, причем второй выход генератора радиоимпульсной последовательности соединен с первым входом блока управления, управляющие выходы которого по шине управления соединены с соответствующими управляющими входами регулируемых линий задержек, отличающийся тем, что дополнительно снабжен генератором широкополосного сигнала, подключенным к входу генератора радиоимпульсной последовательности, дополнительными передающими излучателями, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующей регулируемой линии задержки синтезатора радиоимпульсов, а также последовательно соединенными адаптивным робастным полосовым фильтром и амплитудным детектором, при этом вход адаптивного робастного полосового фильтра подключен к выходу приемного устройства, а выход амплитудного детектора - ко второму входу блока управления, который осуществляет настройку волнового обнаружителя неоднородностей на максимум отклика адаптивного робастного полосового фильтра.