Тема: Разработка программно-аппаратного модуля для ЛЧМ георадиотомографа

В современный век высоких технологий и компьютерной техники методы неразрушающего контроля позволяют проводить оценку основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующих выведения объекта из работы либо его демонтажа. При проектировании и ремонте дорог часто встают задачи следующего рода:
- определение толщин и структуры конструктивных слоев дорожной «одежды»;
- картирование подземных коммуникаций;
- контроль соответствия строения дорожной «одежды» проектной документации;
- выявление разуплотненных и обводненных участков;
- изучение особенностей армирования бетонных плит покрытия;
- изучение инженерно-геологических условий участков, подверженных деформациям.
Для решения этих задач как основные используются методы радиоволновой томографии. В данный момент для решения задачи радиовидения, т.е. получения изображения при помощи радиоволн, пользуются методом радиоволновой томографии, который заключается в пересчете данных полученных на основе разностороннего (многоракурсного) радиоволнового зондирования исследуемых объектов, в его форму [1].
Георадиотомографы - это приборы радиолокационного зондирования, для подповерхностных исследований направленных на получение детальной информации об объекте в реальном режиме времени. Работа
георадиотомографа основана на явлении отражения высокочастотного
электромагнитного сигнала от границ объектов с отличными от среды их нахождения электрическими характеристиками (например, диэлектрической проницаемостью или проводимостью). В отличие от классической радиолокации, в георадиотомографах радиоимпульсы излучаются не в свободное пространство, а в среды с большим затуханием радиоволн. Широко используемые в обычной радиолокации радиоимпульсы (с несущей частотой от 5 ГГц и выше) и методы их обработки не пригодны для
подповерхностного зондирования, т. к. не обеспечивают заданную глубину зондирования (из-за большой величины затухания) и требований к разрешающей способности по глубине (из-за большой длительности импульса) [2]. Поэтому в георадиотомографах используются
сверхширокополосные сигналы, состоящие лишь из 1-2 периодов высокочастотных колебаний. Выбор длительности импульса является компромиссом между необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора - чем короче импульс (соответственно, выше центральная частота), тем выше разрешающая способность, но меньше глубина зондирования.
В текущей работе был разработан программно-аппаратный модуль управления ЛЧМ (линейно-частотная модуляция) георадиотомографом, предназначенным для обнаружения и пространственной локализации объектов и неоднородностей, скрытых в различных средах (грунт, дорожные покрытия, строительные конструкции и др).
Для достижения указанной цели ставились следующие задачи диссертационной работы:
1) Разработка ключевых элементов схемы программно-аппаратного модуля высокоскоростной регистрации данных ЛЧМ зондирования.
2) Разработка программного обеспечения для предварительной обработки и передачи данных ЛЧМ зондирования по Ethernet каналу.
3) Изготовление и тестирование программно-аппаратного модуля с использованием ЛЧМ георадиотомографа.
На защиту выносится следующее положение:
программно-аппаратный модуль управления на базе ПЛИС Xilinx XC7A50T- 1FGG484I позволяет осуществлять сбор данных ЛЧМ зондирования с частотой 10 кГц, что обеспечивает необходимый набор данных для радиотомографии на скоростях движения автомобиля до 90 км/ч с использованием 32-х канальной антенной решетки.
Научная ценность и практическая применимость: был разработан георадиотомограф сплошных сред «ГРТ-2Х» (на основе линейно-частотной модуляции), который на сегодняшний день используется в передвижных автолабораториях АДС «МАДИ» (при Московском автомобильно-дорожный государственном техническом университете).

Купить

По результатам выполнения выпускной квалификационной работы был разработан программно-аппаратный модуль управления ЛЧМ георадиотомографа сплошных сред «ГРТ-2Х».
Разработанный программно-аппаратный модуль управления ЛЧМ позволил достичь поставленных в рамках этой работы задач:
1. Обеспечить сбор данных ЛЧМ зондирования на скоростях движения автомобиля до 90 км/ч с использованием 32-х каналов измерения (максимальная ширина сканирования за один проход = 2, 4 м) с плотностью измерений в 5 см.
2. Обеспечить обработку принятых данных ЛЧМ зондирования с выводом этих обработанных данных на экран оператора в режиме реального времени.
На сегодняшний день эффективность георадиотомографа сплошных сред «ГРТ-2Х» подтверждена специалистами ФГУП «Росдорнии». Также георадиотомограф сплошных сред «ГРТ-2Х» используется в передвижных автолабораториях АДС «МАДИ» (при Московском автомобильно-дорожный государственном техническом университете).

Купить