Введение
1. Аналитический обзор методов реконструкции параметров плоскослоистых сред 25
1.1. Введение 25
1.2. Эвристические подходы диагностики плоскослоистых сред
1.2.1. Метод средней точки 29
1.2.2. Метод поверхностного отражения 38
1.2.3. Алгоритм инверсии при последовательном демонтаже слоев 41
1.3. Алгоритмы диагностики на основе электродинамического моделирования 44
1.3.1. Электромагнитная инверсия 44
1.3.2. Метод вычислительной диагностики - разложение по плоским волнам 46
1.3.3. Метод вычислительной диагностики — виртуальный источник 46
1.3.4. Метод вычислительной диагностики — виртуальный комплексный источник .48
1.3.5. Метод вычислительной диагностики - дипольное моделирование 48
Выводы 49
2. Пространственно-временные и пространственно частотные характеристики антенн, возбуждаемых сверхширокополосными сигналами 52
2.1. Пространственно-временная векторная импульсная характеристика антенны 53
2.1.1. Векторная импульсная характеристика антенны в дальней зоне 55
2.1.2. Скалярная пространственно-временная импульсная характеристика антенны с плоской апертурой 55
2.2.Пространственно-временная векторная импульсная характеристика антенны с произвольным распределением эквивалентного тока 59
2.3. Пространственно-временная импульсная характеристика плоской антенной решетки 61
2.4. Векторная импульсная и передаточная характеристики Т- рупорной антенны.
2.4.1. Векторная импульсная характеристика Т-рупорной антенны. Ближняя зона...65
2.4.2. Векторная импульсная характеристика Т-рупорной антенны. Дальняя зона... 66
2.5. Векторная передаточная характеристика Т - рупорной антенны. Аппроксимация
пространственно-частотным спектром плоских Е- и Н-волн з
Выводы 73
3. Принципы реконструкции электрофизических и геометрических параметров плоскослоистых сред, зондируемых сверхширокополосными короткоимпульсными сигналами ... 75
3.1. Электродинамические основы реконструкции электрофизических и геометрических параметров диэлектрических объектов. Выбор модели подповерхностной среды 76
3.1.1. Выбор модели подповерхностной среды. Дисперсия среды 79
3.2. Постановка задачи реконструкции плоскослоистых сред. Метод вычислительной диагностики 81
3.3. Решение прямой задачи при использовании метода вычислительной диагностики 83
3.4. Методы глобальной оптимизации 84
3.5. Алгоритмы глобальной оптимизации функционала сравнения в методе вычислительной диагностики 86
3.6. Генетический алгоритм 86
3.7. Алгоритм роя пчел 87
3.8. Сравнение генетического алгоритма и алгоритма роя пчел 88
3.9. Тестирование алгоритмов глобальной оптимизации на примере восстановления геометрических и электрофизических параметров плоскослоистой среды 3.9.1. Восстановление параметров трехслойной плоскослоистой среды 90
3.9.2. Восстановление параметров четырехслойной плоскослоистой среды 93
ЗЛО. Восстановление параметров элементарных электрических диполей по известным
характеристикам излучаемого поля на основе генетического алгоритма 96
Выводы 99
4. Метод вычислительной диагностики - разложение по плоским волнам 101
4.1. Определение пространственно-временной и пространственно-частотной векторной импульсной характеристик антенны 101
4.1.1. Импульсная и передаточная характеристики приёмо-передающей антенны и радиочастотного тракта РПЗ 103
4.2. Представление поля антенны в виде разложения по плоским волнам и связь с векторной импульсной характеристикой антенны 106
4.2.1. Формализация задачи зондирования плоскослоистой среды. Регистрация отраженного поля 111
4.2.2. Аппроксимация непрерывного пространственно-частотного спектра волн,рассеянных плоско слоистой средой 113
4.3. Моделирование поля излучения конечным числом плоских Е- и Н-волн 115
4.4. Моделирование передаточной функции плоскослоистой среды, зондируемой СШП Т- рупорной антенной. Метод КРВО и разложение по плоским волнам 121
Выводы 126
5. Метод вычислительной диагностики - виртуальный комплексный источник 128
5.1. Полевые характеристики элементарного электрического и элементарного
магнитного диполей в режиме передачи. Регистрация полей в режиме приема 130
5.2. Скалярная функция Грина комплексного точечного источника 132
5.2.2. Характеристики комплексных элементарных диполей в режиме передачи
и приема 133
5.3. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ на основе метода комплексного
виртуального источника. Решение прямой задачи 134
5.3.1. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ обычным виртуальным источником. Метод калибровки 135
5.3.2. Представление ЭМ поля излучения комплексного ЭЭД (ЭМД) по плоским Е и Н-волнам 138 .
5.3.3. Аппроксимация скалярной функции Грина комплексного точечного источника ограниченным числом плоских волн 141
5.3.4. Аппроксимация поля излучения комплексного ЭЭД ограниченным числом плоских волн 1 5.4. Определение отраженного ЭМ поля при возбуждении плоскослоистой среды полем горизонтального комплексного ЭЭД (ЭМД) в виде плоских Е- и Н- волн 148
5.5. Моделирование Т-рупорной антенны РПЗ виртуальным комплексным источником на основе метода калибровки 150
5.5.1. Результаты моделирование Т-рупорной антенны РПЗ виртуальным комплексным источником 152
5.6. Интегральные представления излучаемого и рассеянного полей ЭЭД, расположенного над слоистой средой 155
5.7. Моделирование полей излучения и рассеяния ЭЭД, расположенного над слоистой среды. Метод КРВО 157
5.7.1. Реконструкция параметров плоскослоистых сред при моделировании методом КРВО 159 Выводы 162
6. Метод вычислительной диагностики - дипольное моделирование 165
6.1. Диполыгое моделирование характеристик приемопередающей Т-рупорной антенны РПЗ. Решение прямой задачи 165
6.1.1. Моделирование поля излучения Т-рупорной антенны эквивалентными диполями на основе метода КРВО 166
6.1.2. Дипольное моделирование широкополосных антенн. Постановка задачи
6.1.3. Дипольное моделирование Т-рупорной антенны на основе измерений в ближней зоне 172
6.1.4. Результаты дипольного моделирования Т-рупорной антенны радара подповерхностного зондирования 174
6.2. Дипольное моделирование Т-рупорной антенны на основе метода калибровки 177
6.3. Интегральное представление электромагнитных полей излучения и отражения горизонтального ЭЭД, расположенного над слоистой средой 182
6.4. Определение функции Грина плоскослоистой среды на основе численного интегрирования в плоскости комплексных углов. Выбор оптимального пути интегрирования: 184
6.4.1. Прямой путь интегрирования в плоскости комплексных углов 185
6.4.2. Двухуровневая аппроксимация при традиционном пути интегрирования- в плоскости комплексных углов 186
6.4.3. Выбор оптимального пути интегрирования в плоскости комплексных углов 187
6.5. Результаты моделирование Т-рупорной антенны РПЗ эквивалентными диполями 190
Выводы 194
7. Экспериментальные исследования восстановления электрофизических и геометрических параметров плоскослоистых сред с помощью многоканального радара подповерхностного зондирования с сшп короткоимпульсным сигналом . 197
7.1. Описание многоканальных радаров подповерхностного зондирования с СШП
короткоимпульсным сигналом 198
7.1.1. Принцип действия многоканальных РПЗ 199
7.1.2. Устройство многоканального РПЗ
7.3. Программное обеспечение многоканального радара подповерхностного
зондирования 208
7.3.1 Структура комплекса прикладных программ «ComDia» 209
7.3.2. Основные операции, реализованные в программе «Multilmage» 210
7.3.2.1. Особенности реализации программы «Multilmage» 211
7.3.3. Реализация генетического алгоритма 214
7.3.4 Главное окно программы «Multilmage» 216
7.3.5 Вычитание фоновых отражений 218
7.3.6 Формирование радиоизображений 219
7.3.7 Просмотр трехмерных радиоизображений 221
7.4. Измерение характеристик сверхширокополосных антенн РПЗ во временной области 222
7.4.1. Определение пространственно-временной и пространственно-частотной характеристик антенны 223
7.4.2. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований и измерение олевых характеристик антенные ближней и дальней зоне 225
7.4.3 Результаты экспериментальных исследований Т-рупорной антенны РПЗ 230
7.5. Процедуры калибровки тракта и измерение параметров приемо-передающей антенны. Экспериментальные исследования 233
7.5.1. Условия проведения эксперимента 233
7.5.2. Процедуры калибровки 235
7.5. Результаты экспериментальных исследований реконструкции параметров подповерхностных сред радаром подповерхностного зондирования 241
Выводы 247
Заключение 250
Список используемых источников
