Рейтинг@Mail.ru




Теоретические и экспериментальные исследования методов восстановления радиоголограмм объектов, заглубленных в сложных неоднородных средах


Одним из методов получения изображений объектов, находящихся в оптически непрозрачных средах, является радиоголография, при этом радиоизображение подповерхностого объекта восстанавливается по рассеянному объектом полю (радиоголограмме), регистрируемому либо с помощью набора передающих и приемных элементов, либо с помощью единственного приемопередатчика, перемещаемого по некоторой поверхности, называемой апертурой. Очень часто при обработке радиоголограмм используется относительно простая модель однородного полупространства с плоской границей раздела. Однако в реальных ситуациях часто оказывается, что среда, в которой расположен требующий обнаружения объект, имеет либо неплоскую границу раздела воздух–среда, либо внутренние неоднородности. Примером среды с неплоской поверхностью являются стены, отделанные фигурными гипсовыми панелями. Также неплоские поверхности часто встречаются при обследовании объектов культурного наследия. Внутренние неоднородности среды создают проблемы, например, при диагностике теплозащиты топливных баков космических аппаратов, из-за того что металлическая поверхность бака создает дополнительные переотражения сигнала. Использование при восстановлении радиоизображений объектов, расположенных в таких средах, модели однородного полупространства приводит к тому, что на получаемых радиоизображениях объект в лучшем случае получается размытым, а в худшем — результат восстановления радиоголограммы не имеет отношения к реальности.

Данный проект посвящен разработке подходов к восстановлению объектов, расположенных в сложных средах, с использованием априорной информации о среде. Для оцифровки рельефа поверхности планируется использовать RGB-D видеосенсор, позволяющий измерять дальность до каждой точки регистрируемого оптического изображения, а для получения рельефа металлической подложки при диагностике теплозащиты будет использоваться двухчастотный метод, заключающийся в регистрации радиоголограмм на двух близких частотах и измерении дальности по разности фаз между ними. Также будут исследованы другие виды неоднородных сред. Для решения обратной задачи восстановления планируется использовать метод моментов с реализацией в виде итеративной процедуры Гаусса–Ньютона с регуляризацией Тихонова. Разработанные методы будут проверены экспериментально с помощью имеющихся у коллектива исполнителей подповерхностных голографических радиолокаторов и экспериментальных стендов, предназначенных для диагностики теплоизоляционных покрытий объектов ракетно-космической техники в СВЧ диапазоне.

Аннотация отчета за 2018 год:

Радиоголография является одним из методов получения изображений объектов, находящихся в оптически непрозрачных средах, при этом радиоизображение подповерхностого объекта восстанавливается по рассеянному объектом полю (радиоголограмме), зарегистрированному на некоторой, обычно плоской, апертуре. В реальных ситуациях часто оказывается, что среда, в которой расположен требующий обнаружения объект, имеет неплоскую верхнюю границу. При регистрации радиоголограммы на плоской апертуре, расположенной на небольшом расстоянии от такой поверхности, отражения от поверхности, которые по амплитуде обычно превышают отражения от подповерхностного объекта, не позволяют получить качественное радиоизображение объекта.

В данном проекте предложен метод получения радиоизображений объектов, расположенных в средах с неровной поверхностью, включающий следующие шаги:

  • регистрация радиоголограммы на плоской апертуре, в данную радиоголограмму вносят вклад отражения от объекта (полезная составляющая) и отражения от поверхности (мешающая составляющая);
  • оцифровка рельефа поверхности (способы оцифровки будут обсуждаться далее);
  • моделирование радиоголограммы поверхности с использованием полученного рельефа;
  • пространственное совмещение экспериментальной и смоделированной радиоголограмм;
  • подгонка амплитуды и фазы экспериментальной и смоделированной радиоголограмм;
  • вычисление разности между экспериментальной радиоголограммой (включающей информацию о поверхности и об объекте) и смоделированной радиоголограммой (включающей информацию только о поверхности);
  • получение радиоизображения подповерхностного объекта путем применения метода обратного распространения к разностной радиоголограмме.

Разумеется, предположение об аддитивности радиоголограмм поверхности и подповерхностного объекта является достаточно грубым, так как неровная граница воздух–среда влияет на электромагнитную волну при ее распространении от антенны к подповерхностному объекту и обратно, а также между объектом и поверхностью возникают многократные переотражения. Поэтому в результате вычитания будет получена не истинная радиоголограмма объекта (которая была бы зарегистрирована при расположении объекта в однородном пространстве, а радиоголограмма, искаженная неровной поверхностью. Однако проведенные эксперименты показали, что даже при восстановлении искаженной радиоголограммы получается радиоизображение объекта, позволяющее уверенно определить его форму.

Предложено два подхода к оцифровке рельефа поверхности. Первый заключается в использовании RGB-D видеосенсора, позволяющего измерять дальность до каждой точки регистрируемого оптического изображения (карту глубины). Второй метод не требует дополнительных каналов измерения и заключается в использовании широкополосного радиолокационного сигнала.

Проведенные эксперименты показали эффективность предложенных подходов.

Материал, в научно-популярной форме иллюстрирующий основные результаты проекта

Публикации по проекту:

  1. Разевиг В. В., Бугаев А. С., Журавлев А. В, Ивашов С. И., Чиж М. А. Радиовидение в средах с неровной поверхностью // Успехи современной радиоэлектроники. 2018. № 11. С. 3–10. DOI: 10.18127/j20700784-201811-01


© RSLab, 1999-2018 Тел.: (499) 263-6509, (495) 632-2219
Моб.: 8-903-687-2291
E-mail: sivashov@rslab.ru