ВОЛНОВАЯ ЗОНДИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С ОПТИМАЛЬНОЙ ВЗАИМНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ РЕШЁТКИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ И РЕШЁТКИ ПРИЁМНИКОВ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАССЕИВАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ
ВОЛНОВАЯ ЗОНДИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С ОПТИМАЛЬНОЙ ВЗАИМНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ РЕШЁТКИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ И РЕШЁТКИ ПРИЁМНИКОВ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАССЕИВАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ
Авторы
Суханов Дмитрий Яковлевич, д-р физ.-мат. наук, профессор ТГУ, e-mail: sdy@mail.tsu.ru.
Халил Амун, аспирант ТГУ, e-mail: amoon.khalil16@gmail.com.
Ключевые слова
ультразвуковое зондирование; широкополосные сигналы; согласованная фильтрация; множество излучателей и множество приёмников.
Аннотация
Предложена система для широкополосного волнового зондирования с множеством излучателей и множеством приёмников. Элементы в решётке излучателей и в решётке приёмников упорядочены в гексагональную сетку одинаковым шагом. Решётки расположены в одной плоскости, но повёрнуты на оптимально подобранный угол, что существенно снижает уровень артефактов при сохранении высокого разрешения восстанавливаемых волновых изображений. Система может быть реализована как для радиоволн в скалярном приближении, так и для ультразвуковых волн. Изготовлена система ультразвукового зондирования в воздухе из 32 излучателей и 61 приёмника с полосой рабочих частот от 38 до 43 кГц, что позволяет получать разрешение до 10 мм в параллельной плоскости и 60 мм по дальности. Для оцифровки применена технология субдискретизации на частоте 18 кГц. Экспериментальными исследованиями подтверждена возможность получения ультразвуковых изображений высокого разрешения с помощью предложенной системы.
Литература
1. Velichko A., & Wilcox P. D. An analytical comparison of ultrasonic array imaging algorithms // The Journal of the Acoustical Societyof America. 2010. Vol. 127(4), pp. 2377–2384. URL: https://doi.org/10.1121/1.3308470.
2. Самокрутов А. А., Шевалдыкин В. Г. Оценка дефектов при ультразвуковом контроле методом цифровой фокусировки апертуры: условия, возможности, границы применимости // Контроль. Диагностика. 2017. Сентябрь. C. 6–18. DOI: 10.14489/td.2017.09.pp.006-018.
3. Wang Q. H., Ivanov T., & Aarabi P. Acoustic robot navigation using distributed microphone arrays // Information Fusion. 2004. Vol. 5(2), pp. 131–140. DOI: 10.1016/j.inffus.2003.10.002.
4. Zhuge X. & Yarovoy A. G. Three-dimensional near-field MIMO array imaging using range migration techniques // IEEE Trans. Image Process. Vol. 21, no. 6, pp. 3026–3033, Jun. 2012.
5. Sheen D. M., McMakin D. L., & Hall T. E. Three-dimensional millimeter-wave imaging for concealed weapon detection // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 49(9), 1581–1592 (2001). URL: https://doi.org/10.1109/22.942570.
6. Pinchera D., Migliore M. D., Schettino F., Lucido M., & Panariello G. An Effective Compressed-Sensing Inspired Deterministic Algorithm for Sparse Array Synthesis // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 66(1), 149–159 (2018). URL: https:// doi.org/10.1109/tap.2017.2767621.
8. Goldsmith P. F., Hsieh C. T., Huguenin G. R., Kapitzky J. & Moore E. L. Focal plane imaging systems for millimeter wavelengths // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. 41, no. 10, pp. 1664–1675, Oct. 1993, doi: 10.1109/22.247910.
9. Stolt R. Migration by Fourier transform techniques // Geophys. 1978. Vol. 43, no. 1, pp. 23–48.
10. Zhuge X., Yarovoy A. G., Savelyev T. G., & Ligthart L. P. Modified Kirchhoff migration for UWB MIMO array-based radar imaging // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. Vol. 48, no. 6, pp. 2692–2703, Jun. 2010.
11. Holmes C., Drinkwater B. W., & Wilcox P. D. Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation // NDT & E International. 38(8), 701–711 (2005). URL: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2005.04.002.
12. Hunter A. J., Drinkwater B. W., & Wilcox P. D. The wavenumber algorithm for full-matrix imaging using an ultrasonic array // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 55(11), 2450–2462 (2008). URL: https://doi.org/10.1109/tuffc.952.
13. Jie Zhang, Drinkwater B. W., & Wilcox P. D. Comparison of Ultrasonic Array Imaging algorithms for Nondestructive Evaluation // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. Vol. 60(8), pp. 1732–1745 (2013). URL: https:// doi.org/10.1109/tuffc.2013.2754/
14. Portzgen N., Gisolf D., & Blacquiere G. Inverse wave field extrapolation: A different NDI approach to imaging defects // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 54(1), 118–127 (2007). URL: https://doi.org/10.1109/tuffc.2007.217.
15. Liang S., Fang Z., Sun G., Liu Y., Qu G., & Zhang Y. Sidelobe Reductions of Antenna Arrays via an Improved Chicken Swarm Optimization Approach // IEEE Access, 8, 37664–37683 (2020). URL: https://doi.org/10.1109/access.2020.2976127.
16. Суханов Д. Я., Калашникова М. А. Дистанционная ультразвуковая дефектоскопия звукоизлучающих объектов через воздух //Акустический журнал. 2014. Т. 60, №3. С. 279–283.
Для цитирования
Суханов Д. Я., Халил А. Волновая зондирующая система с оптимальной взаимной ориентацией решётки излучателей и решётки приёмников для визуализации рассеивающих объектов // Техника радиосвязи. 2022. Выпуск 3 (54). С. 62–70.