Введение
Глава 1. Критический обзор современных методов и технологий построения и анализа СВЧ изображений применительно к задаче досмотра человека 17
1.1. Технологии построения СВЧ-изображений объектов, используемые для решения задачи досмотра человека 17
1.1.1. Общие сведения 17
1.1.2. Преимущества использования СВЧ-волн в технологиях досмотра 18
1.1.3 Особенности конструкций систем построения СВЧ-изображения 21
1.1.3.1 Основные различия в конструкциях систем построения СВЧ-изображения 21
1.1.3.2 . Источники СВЧ-излучения, используемые в системах построения СВЧ-изображения 26
1.1.3.3. Детекторы, используемые в системах построения СВЧ-изображения 27
1.2. Методы получение СВЧ-изображений применительно к задаче досмотра человека 27
1.2.1. Активные методы получения СВЧ-изображений объекта применительно к задаче
досмотра человека 27
1.2.2. Методы обработки результатов измерений рассеянного СВЧ-поля, используемые в активных методах получения СВЧ-изображений 29
1.2.2.1. Метод пространственно-согласованной фильтрации 29
1.2.2.2. Метод миграции во временной области 30
1.2.2.3. Метод Столта 31
1.2.3. Пассивные методы получения СВЧ-изображений применительно к задаче досмотра человека 31
1.3. Обзор современных систем досмотра человека, основанных на технологии анализа СВЧ-изображений 32
1.3.1. Активные СВЧ-системы 32
1.3.2. Пассивные СВЧ-системы 37
1.4. Проблема задачи досмотра динамических целей. Обеспечение досмотра цели в режиме реального времени 38
1.5. Постановка задачи 41
1.6. Выводы к главе 1 43
Глава 2. Методы построения и анализа СВЧ-изображений объектов для многопозиционных информационно-измерительных СВЧ систем
1. Задача восстановления пространственного распределения комплексных амплитуд СВЧ поля. Классическое понятие СВЧ-изображения. «Классический» метод восстановления
распределения комплексных амплитуд СВЧ-поля для многопозиционных СВЧ
систем 44
2.1.1 Понятие СВЧ-изображения. Параметры волнового поля, существенные для получения СВЧ-изображений 44
2.1.2. Частотная характеристика и отклик свободного пространства 47
2.1.3. Физическая постановка задачи восстановления СВЧ-поля для многопозиционных СВЧ систем 48
2.1.4. «Классический» метод восстановления распределения комплексных амплитуд СВЧ поля для многопозиционной ИИС построения СВЧ-изображений 49
2.1.5. Когерентное и некогерентное сложение СВЧ-полей приемных антенн 52
2.1.6. Оценка вычислительной сложности «классического» метода. Причины необходимости снижения вычислительной сложности метода 54
2. Приближенное решение задачи восстановления пространственного распределения комплексных амплитуд СВЧ-поля. «Быстрый» метод восстановления распределения комплексных амплитуд СВЧ-поля для многопозиционных СВЧ систем 55
2.2.1 Физические основы «быстрого» метода восстановления распределения комплексных
амплитуд СВЧ-поля 55
2.2.2. Оценка вычислительной сложности «быстрого» метода. Сравнение вычислительной сложности «классического» и «быстрого» методов 58
3. Результаты работы «быстрого» и «классического» метода при решении задачи восстановления пространственного распределения комплексных амплитуд СВЧ-поля ...59
2.3.1. Теоретическая оценка качества получаемых СВЧ-изображений. Результаты, основанные на моделировании входного сигнала измерительной системы. Оценка разрешения. Сравнение качества СВЧ-изображений, полученных «классическим» и «быстрым» методом 59
2.3.1.1. Критерии оценки качества СВЧ-изображений. Теоретическая оценка разрешения 59
2.3.1.2. Оценка качества получаемых СВЧ-изображений, основанная на моделировании входного сигнала измерительной системы. Сравнение качества
СВЧ-изображений, полученных «классическим» и «быстрым» методом 61
2.3.2. Построение изображений объектов с различными электрическими свойствами. Отличия СВЧ-изображений проводящих и диэлектрических объектов 66
2.3.2.1. Построение изображения металлической плоскости 66
3.2.2. Построение изображения металлического объекта перед металлической плоскостью 67
2.3.2.3. Построение изображения диэлектрического объекта перед металлической плоскостью 69
2.3.2.4. Выводы 71
2.4. Построение СВЧ-изображений. Обработка пространственного распределения амплитуд восстановленного СВЧ-поля. Формирование точек поверхности объектов на основе обработки СВЧ-изображения. Карта глубины СВЧ-изображения 71
2.4.1. Назначение алгоритмов обработки СВЧ-изображения 71
2.4.2. «Адаптивная» фильтрация. Фильтрация максимальных значений 73
2.4.3. Фильтрация СВЧ-изображений с использованием видеосистемы 74
2.4.4. Фильтрация связных областей 75
2.4.5. Карта глубины СВЧ. Альтернативная концепция понятия СВЧ-изображения 77
2.5. Методика определения свойств объекта на основе анализа СВЧ-изображения объекта применительно к задаче досмотра человека 78
2.5.1. Построение «карты опасности» и методика определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на человеческом теле с использованием видеосистемы 78
2.5.2. Методика определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на человеческом теле без использования видеоизображения 80
2.5.3. Решение задачи локализации двух поверхностей диэлектрического объекта 81
2.6. Выводы к главе 2 86
Глава 3. STRONG Реализация и применение комплекса методов построения и анализа СВЧ-изображений
для работы на активных многопозиционных СВЧ системах STRONG 88
3.1. Программная реализация комплекса методов построения и анализа СВЧ-изображений
для многопозиционных СВЧ систем 88
3.1.1. Структура и общее описание особенностей программной реализации методов построения и анализа СВЧ-изображений объектов 88
3.1.1.1. Источники данных 88
3.1.1.2. Вычислительные модули 89
3.1.1.3. Последовательность обработки 90
3.1.1.4. Конфигурация 93
3.1.1.5. Начало и завершение работы 94
3.1.1.6. Общая структура программной реализации комплекса методов построения и анализа СВЧ-изображений 96
3.1.2. Особенности программной реализации метода восстановления СВЧ-поля для высокопроизводительных вычислительных систем, основанных на технологии США 96
3.1.2.1. Последовательность операций алгоритма восстановления комплексной амплитуды СВЧ-поля в і-ой точке пространства 97
3.1.2.2. Потоковая структура алгоритма восстановления комплексной амплитуды СВЧ-поля 99
3.1.3. Быстродействие программных реализаций алгоритмов восстановления СВЧ-поля
3.1.3.1. Быстродействие программной реализации алгоритма восстановления СВЧ-поля на различных вычислительных системах 101
3.1.3.2. Сравнение быстродействия программных реализаций «быстрого» и «классического» алгоритмов 102
3.2. Обеспечение требований к ИИС для решения задачи восстановления и анализа СВЧ изображений. Комплексная методика коррекции исходных сигналов в приемо передающем тракте СВЧ системы для обеспечения требований задачи построения СВЧ-изображения 103
3.2.1. Формулировка требований к характеристикам пробного объекта, выбор оптимального пробного объекта. Постановка коррекционного эксперимента 105
3.2.2. Структура методики коррекции входных сигналов 107
3.2.3. Предварительная обработка экспериментальных данных 108
3.2.4. Нахождение точных координат приемо-передающих элементов
3.2.4.1. Методика нахождения точных координат массива излучателей 109
3.2.4.2. Методика нахождения координат приемных антенн
3.2.5. Методика определения фазовых набегов во внутренних трактах многопозиционной СВЧ системы 116
3.2.6. Определение диаграммы рассеяния волны СВЧ-излучения на пробном объекте. Расчет амплитудной и фазовой диаграмм рассеяния в рамках
теории рассеяния Ми 119
3.2.7. Определение амплитудных и фазовых диаграмм направленности приемных и излучающих элементов СВЧ системы 123
3.2.7.1. Излучающая система 123
3.2.7.2. Приемная антенна 124
3.2.8. Получение конечных коэффициентов коррекции 125
3.2.8.1. Случай одной частоты 125
3.2.8.2. Многочастотная коррекция 126
3.2.9. Применение методики коррекции. Результаты восстановления СВЧ-поля,
основанные на экспериментальных данных ИИС АМУ-256 после проведения процесса коррекции 127
3.3 Выводы к главе 3 129
Глава 4. Результаты применения разработанных методов к задачам досмотра. Испытания ИИС АМУ-256 при поиске опасных объектов на теле человека в режиме реального времени 131
4.1. Экспериментальная ИИС построения СВЧ-изображений АМУ-256. Описание
конструкции, назначение, технические характеристики 131
4.1.1. Общее описание конструкции системы АМУ-256 131
4.1.2. Принцип работы и назначение системы АМУ-256 132
4.1.3. Функциональная схема системы АМУ-256 1 4.3.1.1. Блок СВЧ 137
4.1.3.1. Многоканальное устройство передачи, сбора данных и управления 141
4.1.3.2. Персональный компьютер 142
4.1.3.3. Блок питания 142
4.1.3.4. Блок Видео 142
4.2. Применение методов анализа СВЧ-изображения объекта
к использованию в системах досмотра. Результаты построения и анализа СВЧ-изображений макетов человеческого тела 143
4.2.1. Построение СВЧ и видео изображений макетов тела человека на системе АМУ-256 143
4.2.2. Классификация и автоматическое обнаружение диэлектрических объектов, расположенные на макете тела человека 145
4.3. Результаты построения и анализ СВЧ-изображений человеческого тела. Испытания ИИС
АМУ-256 на различных имитаторах взрывчатых веществ, скрытых на теле человека.
Оценка получаемых характеристик скрытых объектов в динамическом и статическом режиме. Метрологическое обеспечение ИИС АМУ-256 149
4.3.1. Экспериментальная проверка способности системы получать трехмерные изображения человека в видео и СВЧ диапазонах 149
4.3.2. Экспериментальная проверка способности системы АМУ-256 дифференцировать скрытые на теле человека объекты по значениям их объема, массы в тротиловом эквиваленте и диэлектрической проницаемости в автоматическом режиме при нахождении человека в зоне досмотра 151
4.3.2.1. Условия проводимых испытаний 151
4.3.2.2. Экспериментальные результаты определения значений объема, массы в
тротиловом эквиваленте и диэлектрической проницаемости носимых человеком объектов 153
4.3.2.3. Выводы из полученных результатов. Методические рекомендации по эксплуатации системы АМУ-256 160
4.4. Выводы к главе 4 161
Заключение 162
Список литературы
