WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |

«Проект 9.1.1: Радиолокационное зондирование планет и объектов Солнечной системы Научный руководитель: д.ф.-м.н. Смирнов В. М. (ФИРЭ РАН) 1. Введение В настоящее время ...»

-- [ Страница 1 ] --

1

Направление 9. Методы исследований Солнечной системы

Координаторы: М.В. Герасимов (ИКИ), Г.К. Боровин (ИПМ), В.Ф. Гальченко (ИНМИ)

Направление включает 20 проектов в семи подразделах.

Подразделы раздела 9 программы:

9.1 Новые дистанционные и контактные методы и приборы для научных

исследований

9.2 Перспективные аппараты для солнечных, гелиосферных и планетных исследований 9.3 Баллистические сценарии и необходимые характеристики новых проектов.

9.4 Бортовые приборы ориентации, управления, сбора и обработки научной информации 9.5 Наземные системы обработки и распределения научной информации 9.6 Методы обнаружения биологических и палеобиологических объектов, а также их биомаркеров 9.7 Устойчивость земных биоформ в космической и инопланетной среде Подраздел 9.1. Новые дистанционные и контактные методы и приборы для научных исследований Проект 9.1.1: «Радиолокационное зондирование планет и объектов Солнечной системы»

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Смирнов В. М. (ФИРЭ РАН) 1. Введение В настоящее время радиолокационное зондирование является наиболее продуктивным, а зачастую и единственным способом исследования подповерхностной структуры космических тел. Проведённые эксперименты [1–5] по зондированию планет (Венеры, Марса) и их спутников показали перспективность данного метода исследования.

Целью данной работы является разработка основных принципов создания универсального радиолокационного комплекса для проведения подповерхностного зондирования космических тел с различных высот.

2. Основные задачи проекта Постановка задачи сводится к определению радиофизических свойств (толщины слоев, их диэлектрической проницаемости, проводимости) грунта и включенных в него объектов (камней, пустот и пр.) по измеренным характеристикам отраженного радиосигнала [6].

3. Подход Выбор частотного диапазона, типа сигнала и его характеристик определяется характером решаемой задачи: расстоянием до поверхности, шероховатостью поверхности, характерными размерами обнаруживаемых объектов и предполагаемой глубиной их залегания. Схема проведения подповерхностного зондирования грунта заключается в следующем (рис. 1). Космический аппарат с установленным на борту радиолокационным комплексом подповерхностного зондирования находится на расстоянии R от исследуемой. На глубине Zo находится поверхности грунта с диэлектрической проницаемостью или слой ( ) с диэлектрической локальный объект с линейным размером. Для малых высот и малых глубин зондирования (R Zo или R Zo) и проницаемостью ( ) наиболее оптимальным представляется короткий видеоимпульс (моноимпульс) – сигнал, состоящий из одного или нескольких (2-3) полупериодов быстро затухающей синусоиды (рис.2). Такой сигнал обеспечивает хорошее разрешение по глубине, однако при больших дальностях неприменим, так как обладает слабой энергетикой. Повышение энергетики сигнала усреднением по нескольким импульсам возможно только на малых высотах и при малых скоростях движения, когда за время излучения и приема пачки импульсов не происходит существенного изменения фазы принимаемых сигналов.

Рис.1. Общая схема размещения радарного комплекса над объектом исследования Рис. 2. Форма (а) и спектр (б) зондирующего видеоимпульса (моноимпульса).

–верхняя граница частоты, –характерный размер исследуемого объекта, Пусть измеряемый в направлении движения радарного комплекса, R – расстояние до объекта, v – –период следования импульсов при накоплении, – скорость перемещения радара, количество накоплений. Тогда, в предположении, что за время накопления фаза принимаемого сигнала не должна изменяться больше чем на 0,1, можно вывести оценочное соотношение между скоростью движения и количеством накоплений:

где с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.

На больших дальностях (RZo) более предпочтительными являются сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сигналы). Такие сигналы при излучении имеют практически равномерный спектр в заданной полосе частот (рис.3), что существенно упрощает обработку и анализ принимаемого сигнала. Для обработки ЛЧМ-сигналов разработаны специализированные методы, такие как: корреляционный, согласованная фильтрация, фильтрация в частотной области. Одним из дополнительных преимуществ ЛЧМ-сигнала является его высокий коэффициент усиления при постобработке:

, – длительность импульса, увеличении дальности R в несколько раз, во столько же раз можно увеличить длительность импульса, чтобы поднять его энергетику. Этот способ можно использовать только для крупных объектов, там где мощность отраженного сигнала падает пропорционально квадрату расстояния (амплитуда сигнала соответственно будет обратно пропорциональна расстоянию). Для локальных объектов зависимость мощности от расстояния будет вида 1/R3 или даже 1/R4, что простым увеличением длительности импульса компенсировать невозможно. К недостаткам ЛЧМ-сигналов можно отнести наличие мертвой зоны, пропорциональной длительности импульса (особенно это касается космических радаров, где излучение и прием сигнала, как правило производится одной и той же антенной), кроме того предъявляются жесткие требования к температурной стабильности схемы формирования ЛЧМ-сигнала.

Для существенно переменных дальностей (когда расстояние от радара до исследуемого объекта меняется от малых до очень больших значений) оптимальным является использование фазо-кодо-манипулированных сигналов, сформированных по алгоритму М-последовательности: чем больше дальность, тем больше используется элементов М-последовательности. Таким образом, уменьшение уровня принимаемого сигнала, вызванное увеличением дальности R, компенсируется увеличением соотношения сигнал-шум при обработке сигнала:



где Ku – коэффициент улучшения сигнала за счет обработки, – длительность подимпульса, коэффициент масштабирования отражающего объекта, который меняется в пределах от для плоского слоя до 2 для локального объекта ( ).

Рис.3. Вид ЛЧМ-сигнала (вверху) и его амплитудный спектр (внизу).

5. Результаты В рамках данного проекта была развита методика моделирования приема и обработки ЛЧМ-сигналов. На рис.4 вверху показан вид ЛЧМ-сигнала, отраженного от двуслойной поверхности, внизу – спектр отраженного сигнала. Как следует из анализа рис.4, в спектре сигнала появляются характерные «биения», которые зависят от толщины слоя. На рис. приведен результат моделирования обработки ЛЧМ-сигнала отраженного от одинаковых объектов, находящихся на разных расстояниях от радара. Вверху показан вид отражённого сигнала во временной области, внизу – результат обработки методом согласованной фильтрации. Для упрощения анализа было принято, что амплитуда отраженных сигналов от всех 6 объектов одинакова. Из анализа результатов обработки следует, что итоговые сигналы также имеют одинаковую амплитуду и их взаиморасположение соответствует исходным параметрам выбранной модели.

Рис.4. Моделирование отражения ЛЧМ-сигнала от одного слоя: вверху отраженный Рис.5. Моделирование отражения ЛЧМ-сигнала от нескольких объектов (слоев): вверху отраженный сигнал, внизу – результат его обработки методом согласованной фильтрации.

Основные проблемы, которые нужно решить при разработке многоканального радара для космических применений:

калибровка и настройка каналов для формирования одинаковых сигналов по форме, амплитуде и фазе;

устранение влияния соседних антенн на качество излучаемого сигнала путем подбора их оптимального взаимного расположения и изоляции их поглощающим материалом;

теоретически-экспериментальное обоснование оптимального зазора между антенной системой и исследуемым грунтом;

минимизация весовых характеристик прибора;

повышение точности позиционирования антенной системы в процессе проведения экспериментов.

1. Porcello L.J., Jordan R.L., Zelenka J.S. et al. The Appolo Lunar Sounder Radar System.

//Proceedings of the IEEE. 1974. V.62. N6.

2..Picardi G., Plaut J., et al. Radar sounding of the surface of Mars. // Science. 2005. V.310.

3. Seu R., Biccari D., Orosei, R. et al. SHARAD: The MRO 2005 shallow radar. //Planet Space Sci. 2004. №52. P.157.

4. Carter L.M., Campbell B.A., Watters T.R. et al. Shallow radar (SHARAD) sounding observations of the Medusae Fossae Formation Mars. Icarus 199 (2009). P.295.

5. Phillips R.J., Zuber M.T.,. Smrekar S.E. and et Mars North Polar Deposits: Stratigraphy, Age, and Geodynamical Response/Scienceexpress www.sciencexpress.org / 15 May 2008 / Page 1 / 10.1126/science. 6. Гринев А.Ю.,. Багно Д. В.,. Темченко В.С.,. Ильин Е.В. Программно-аппаратный комплекс подповерхностного зондирования // 15-я Международная Конференция “Цифровая обработка сигналов и её применение” Москва, Россия 27 - 29 марта 2012 г.

7. Marchuk V. N., Smirnov V. M., Byshevski-Konopko O. A. Multi-channel ground penetrating radar for space applications // The third Moscow Solar System Symposium (3M-S3), Moscow 8-12 October 2012 abst 270-271.

Публикации за 2012 г.:

1. Marchuk V. N., Smirnov V. M., Byshevski-Konopko O. A. Multi-channel ground penetrating radar for space applications / The third Moscow Solar System Symposium (3M-S3), Moscow 8October 2012 abst 270-271.

2. Смирнов В.М., Марчук В.Н., Юшкова О.В., Бышевский-Конопко О.А., Бажанов А.С., Бездудный В.Г. Обработка радиолокационных данных многоканального 3d-георадара. VI Всероссийская конференция “Радиолокация и радиосвязь”, 19-22 ноября 2012 г, Москва.

Проект 9.1.2 «Зондирование грунта и радиопросвечивание атмосферы Венеры методом бистатической локации»

Научный руководитель: к.т.н., Павельев А.Г., ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Московская обл., alxndr38@mail.ru Принцип локальности и метод спутникового радиозондирования атмосфер и ионосфер Земли и планет симметричной слоистой среды принцип локальности, в соответствии с которым основной вклад в вариации амплитуды и фазы прошедших через неоднородную среду радиоволн вносят окрестности тангенциальных точек, где градиент показателя преломления перпендикулярен лучевой траектории. Принцип локальности утверждает, что при равенстве рефракционных ослаблений, измеренных раздельно по вариациям амплитуды и фазы зондирующих радиоволн, и отсутствии поглощения, тангенциальная точка совпадает с перигеем радиолуча относительно центра сферической симметрии. На основе принципа создан одночастотный метод измерения поглощения, основанный на исключении рефракционного ослабления из измерений интенсивности прошедших через слоистую среду радиоволн. Получены ранее неизвестные соотношения, определяющие высоту и пространственное смещение тангенциальной точки при наличии в среде горизонтальных градиентов, что позволяет определять по экспериментальным данным положение и наклон слоев. Соотношения проверены и подтверждены экспериментально на основе анализа данных спутниковых радиозатменных миссий CHAMP, FORMOSAT-3 и других.

Создана методика, позволяющая раздельно измерять характеристики турбулентных и атмосферных (ионосферных) волн, что существенно расширяет возможности и открывает новое направление геофизических применений дистанционного радиозондирования, в том числе, для исследования слоистых структур и волновых процессов в атмосферах и ионосферах Земли, Венеры и других планет.

Публикации за 2012 г [1-3] Для формулировки принципа локальности применим впервые полученное в [4] соотношение, связывающее ускорение эйконала a и рефракционное ослабление X p (t ) радиоволны, излучаемой передатчиком G и принимаемой антенной L после прохождения через сферически симметричную среду (трасса GTL, рис.1):



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
 



Похожие работы:

«УТВЕРЖДАЮ: Проректор по учебной работе УрГПУ _ Т.Н. Шамало _ 2010 г. ПРОГРАММА ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА ПО БИОЛОГИИ И МЕТОДИКЕ ОБУЧЕНИЯ специальность 050102 Биология квалификация – учитель биологии Екатеринбург 2010 Программа итогового государственного экзамена по биологии и методике обучения / Урал. гос. пед. ун-т; составители Дьяченко А. П., Данилова М.Н., Комарова Т.А. – Екатеринбург, 2010. - 50 с. Рабочая учебная программа обсуждена на заседании Ученого совета...»

«в.в. ГорБатовский охранЯеМые Животные, растениЯ и ГриБы россии БиБЛиоГраФиЧеский справоЧник Москва – 2007 УДК 502: 581+582.28+591(470) Горбатовский В.В. Охраняемые животные, растения и грибы России. Библиографический справочник. – М.: МПР России, 2007. – 420 c. Впервые обобщен библиографический массив, посвященный животным, растениям и грибам, занесенным или предполагаемым к занесению в Красные книги Российской Федерации и ее отдельных субъектов. В перечень включены преимущественно работы,...»

«Издается с декабря 1996 года №2 ФИЗИЧЕСКОЕ ВОСПИТАНИЕ СТУДЕНТОВ ТВОРЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ХАРЬКОВ- 2009 1 ББК 75.1 УДК 796.072.2 Ф изич е с кое в ос пит ание с туде нтов творч е ских специальностей: сб.научн.тр.под ред. проф. Ермакова С.С. - Харьков: ХГАДИ (ХХПИ), 2009. - №2. - 180с. (Русск.яз.) В сборник включены статьи, освещающие новые технологии физического воспитания молодежи и подготовки спортсменов. Рассмотрены проблемы физического воспитания студентов. Сборник предназначен для учителей...»

«Содержание Куда пойти лечиться? Роддом на Фурштатской – 4 дом, где исполняются мечты Клиника ФГБУ Научно-исследовательский институт детских инфекций ФМБА: 8 Здесь лечат всю семью Лучевая диагностика в Детской 14 больнице Святой Марии Магдалины Высокие технологии Стволовые клетки пупочного канатика – 16 биологическая страховка для всей семьи 18 Соединительная ткань От первого лица 22 Травмы у детей. А. Г. Баиндурашвили 26 Детские инфекции. Ю. В. Лобзин 34 Онкологические заболевания у детей. А....»

«РАССМОТРЕНО СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ на заседании МО председатель МС директор школы протокол №_1_ Борзенков В.В. _ _ _28_ 08 2013г. _29_082013г. _31_082013г. Рабочая программа по биологии 10А, 10Б классы Учитель: Лаптева Наталья Юрьевна Количество часов в неделю – 1, всего 35 Практических работ - 4 Калининград 2013 1 Пояснительная записка. Рабочая программа составлена на основе: федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования на базовом уровне, требований...»

«АНТРОПОЛОГИЯ 4-е издание Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по биологическим специальностям УДК 572 Б Б К 28. 7 Х93 Рецензенты: кафедра зоологии и цитологии Ярославского государственного университета (зав. кафедрой доцент В. П. Семирной); доктор биологических наук, профессор П. М. Мажуга; доктор исторических наук, профессор АЛ. Зубов Хрисанфова Е. Н. Антропология: учебник / Е. Н....»

«2009 РД 52.04.700-2008 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Государственным учреждением Главная Геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (ГУ ГГО) Росгидромета 2 РАЗРАБОТЧИКИ В.И. Кондратюк, канд. геогр. наук (руководитель разработки); О.А. Мясникова; Т.П. Светлова, канд. геогр. наук 3 СОГЛАСОВАН Управлением гидрометеорологии и кадров (УГМК) Росгидромета Государственным учреждением 26.12.2008, Научнопроизводственное объединение Тайфун 09.10.2008 4 УТВЕРЖДЕН Руководителем Росгидромета А.И. Бедрицким...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.