Спектральный анализ сигнала, отраженного от решетки пассивных отражателей, пересекающей луч системы ближней радиолокации

Аннотация

Системы ближней радиолокации (СБРЛ) позволяют решать широкий класс практических задач диагностики оборудования, механизмов, аппаратов и систем. В данных областях радиолокационные датчики используются как быстрый, надежный, точный метод неразрушающего бесконтактного измерения расстояний, вибраций, перемещений, толщины материалов, влажности с целью диагностики состояния объекта. Особенность систем ближней радиолокации состоит в том, что объект исследования находится в ближней или промежуточной зоне антенны, поэтому при обработке данных следует принимать во внимание дифракцию электромагнитных волн из-за конечных размеров как антенны, так и объекта. Предложена математическая модель системы ближней радиолокации с учетом дифракции электромагнитных волн. В качестве модели электромагнитной волны взяты пучки Гаусса–Эрмита (ПГЭ). Объект представлен в виде структуры, состоящей из решетки плоскостей, совершающих движение по замкнутой траектории поперек пучка. Реальная структура заменяется ее разверткой с периодом равным длине орбиты. Каждая плоскость решетки повернута на некоторый угол относительно своей продольной оси. Модель позволяет описать движение таких объектов, как конвейерные линии, транспортерные ленты, цепные передачи, вентиляторы. Показано, что отраженный сигнал представляет собой взаимокорреляционную функцию аппаратной и объектной функций. Произведение спектров этих функций является спектром сигнала СБРЛ. Спектр аппаратной функции в модели ПГЭ выражается в аналитической форме. Объектная функция определяется формой и параметрами объекта. Для решетки плоскостей она выражается в аналитической форме, для других конфигураций ее можно найти, используя процедуру БПФ. При необходимости зависимость коэффициента отражения от времени восстанавливается с помощью БПФ. Получены спектры коэффициента отражения для некоторых конкретных конфигураций. Продемонстрирована возможность диагностики состояния структуры по спектру огибающей отраженного сигнала. Это существенно сокращает время расчета и расширяет возможности численного моделирования. Рекомендовано использовать модельный спектр при обработке реального сигнала в качестве цифрового фильтра. Характеристики такого фильтра можно адаптировать к реальному сигналу, меняя параметры модели. Фильтрация увеличит надежность диагностики состояния объекта. В рамках предложенной модели показано, что дефекты структуры можно моделировать, меняя углы поворота плоскостей, координаты их осевых линий, перемещение решетки в целом. Разработанный алгоритм расчета комплексного коэффициента отражения от объекта, находящегося в ближней зоне излучателя СБРЛ и совершающего движение по замкнутой траектории, позволяет имитировать сигналы, отраженные от конкретных машин и механизмов. Это даст возможность перейти к разработке процедур диагностики состояния подобных объектов.