dja vladimira

udk 621.396.96; 532; 534-143

analiz wliqniq powerhnostnyh woln ot dwivu}egosq ob•ekta

na ego izobravenie pri rekonstrukcii s ispolxzowaniem aperturnogo sinteza

w. p. `]ENKO, w. n. lEGKIJ, s. a. lITWINENKO, s. a. bUDNOW

nOWOSIBIRSKIJ GOSUDARSTWENNYJ TEHNI^ESKIJ UNIWERSITET, 630073, G. nOWOSIBIRSK, PROSP. k. mARKSA, 20

E-mail: jwp@aport2000.ru

rASSMOTRENA REKONSTRUKCIQ IZOBRAVENIQ SE^ENIQ TONKOJ PROWOLOKI, POLU^ENNOGO S POMO]X@ ULXTRAZWUKOWOGO LOKATORA W WODNOJ SREDE NA ^ASTOTE 1,3 mgC PRI MONOHROMATI^ESKOM ZONDIRU@]EM SIGNALE. rEKONSTRUKCIQ IZOBRAVENIQ OSU]ESTWLENA S ISPOLXZOWANIEM SINTEZIROWANNOJ APERTURY PUT<M KORRELQCIONNOJ OBRABOTKI TRAEKTORNOGO DOPLEROWSKOGO SIGNALA S RASS^ITANNYMI OPORNYMI TRAEKTORNYMI SIGNALAMI OT TO^E^NYH OB_EKTOW. u^TENO ME[A@]EE DEJSTWIE NA REKONSTRUKCI@ IZOBRAVENIQ OTRAV<NNOJ ULXTRAZWUKOWOJ WOLNY OT POWERHNOSTNOJ WOLNY, OSTAWLQEMOJ DWIVU]EJSQ PROWOLOKOJ. pRIWEDENY REZULXTATY REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ SE^ENIQ PROWOLOKI PO MODELXNYM I \KSPERIMENTALXNYM TRAEKTORNYM SIGNALAM PRI NALI^II POWERHNOSTNOJ WOLNY.

kL@^EWYE SLOWA: POWERHNOSTNAQ WOLNA, ULXTRAZWUK, MONOHROMATI^ESKIJ ZONDIRU@]IJ SIGNAL, APERTURNYJ SINTEZ, REKONSTRUKCIQ IZOBRAVENIQ, TRAEKTORNYJ SIGNAL, TOMOGRAFIQ.

DOI: 10.15372/AUT20180309

wWEDENIE. sU]ESTWU@T RAZLI^NYE METODY REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ S PRIMENENIEM AKUSTI^ESKIH WOLN. pREDSTAWLQET INTERES DLQ PRAKTI^ESKOJ DEQTELXNOSTI RAZWITIE METODA REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ WNUTRENNEJ STRUKTURY OB_EKTA, OSNOWANNOGO NA FOKUSIROWKE, POLU^AEMOJ PRI SINTEZE APERTURY PUT<M MONOHROMATI^ESKOGO ZONDIROWANIQ [1{7]. wYBOR AKUSTI^ESKIH WOLN DA<T WOZMOVNOSTX, NAPRIMER, OBESPE^ITX PRONIKA@]EE ZONDIROWANIE BIOLOGI^ESKIH OB_EKTOW, DOBITXSQ WYSOKOJ RAZRE[A@]EJ SPOSOBNOSTI S POMO]X@ TOMOGRAFIROWANIQ, A TAKVE ISKL@^ITX WREDNOE WOZDEJSTWIE sw~-IZLU^ENIQ [8{10]. iSPOLXZOWANIE MONOHROMATI^ESKOGO SIGNALA IZBAWLQET OT DISPERSIONNYH ISKAVENIJ REKONSTRUIROWANNOGO IZOBRAVENIQ, KOTORYE IME@T MESTO PRI IMPULXSNOM ZONDIROWANII. pOD DISPERSIONNYMI ISKAVENIQMI PONIMAETSQ UHUD[ENIE KA^ESTWA IZOBRAVENIQ, WYZWANNOE NEODINAKOWOJ SKOROSTX@ RASPROSTRANENIQ RAZLI^NYH KOMPONENTOW SPEKTRA IMPULXSNOGO ZONDIRU@]EGO SIGNALA W DISPERSIONNOJ SREDE, K KOTOROJ OTNOSQTSQ TKANI VIWOGO ORGANIZMA. oDNAKO ESTX PREPQTSTWIQ, KOTORYE TREBUETSQ PREODOLETX, ^TOBY POLU^ITX IZOBRAVENIE BEZ DISPERSIONNYH ISKAVENIJ.

sINTEZ APERTURY SWQZAN S PEREME]ENIEM OB_EKTA OTNOSITELXNO LOKATORA. kAZALOSX BY NE WAVNO, ^TO PEREME]ATX: LOKATOR S ANTENNAMI ILI PREDMET. gLAWNOE | OBESPE^ITX IH OTNOSITELXNOE PEREME]ENIE. s PROBLEMOJ PEREME]ENIQ PRIHODITSQ STALKIWATXSQ KAK PRI SINTEZE APERTURY PRI DWIVENII PO PRQMOLINEJNOJ TRAEKTORII [1, 3], TAK I PRI SINTEZE APERTURY PRI DWIVENII PO KRUGU [2, 5, 6]. eSLI PREDMET MINIAT@RNYJ, TO EGO PEREME]ENIE BUDET SOPROWOVDATXSQ SLABYMI POWERHNOSTNYMI WOLNAMI, NO ESLI PREDMET IMEET ZNA^I- TELXNYE RAZMERY, TO EGO PEREME]ENIE POROVDAET POWERHNOSTNYE WOLNY BOLX[OJ AMPLITUDY. pOKAVEM, KAK \TO OTRAZITSQ NA REZULXTATAH REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ TESTOWYH OB_EKTOW.

rIS. 2

NOSTNOJ WOLNY, SOZDAWAEMOJ DWIVU]EJSQ PROWOLOKOJ, HARAKTERNAQ DLQ GRAWITACIONNOKAPILLQRNYH WOLN [11, S. 109]); 3 = 0;4i (i | RASSTOQNIE MEVDU TO^KAMI MODELI FRONTA W WERTIKALXNOM NAPRAWLENII, T. E. PO GLUBINE); m | PORQDKOWYJ NOMER TO^KI FRONTA PO WERTIKALI; M | KOLI^ESTWO TO^EK PO WERTIKALI.

mODELXNOE PREDSTAWLENIE SIGNALA DLQ FRONTA POWERHNOSTNOJ WOLNY. iSHODQ IZ GEOMETRI^ESKOJ SHEMY SBORA DANNYH I MNOGOTO^E^NOJ MODELI POWERHNOSTNOJ WOLNY (SM. RIS. 2, a), MOVNO WYRAZITX DALXNOSTX Rn; m(i) OT PXZODAT^IKOW 1, 2 DO WSEH n m TO^EK FRONTA MODELI POWERHNOSTNOJ WOLNY W i-J MOMENT WREMENI ^EREZ KOORDINATY PROMAHA a+n 2, KOORDINATY GLUBINY m 3 I RASSTOQNIE WDOLX TRAEKTORII n 1 VOTidt S POMO]X@ FORMULY pIFAGORA

wSE TO^KI MODELI FRONTA POWERHNOSTNOJ WOLNY W SUMME DADUT TRAEKTORNYJ SIGNAL

NM

CIONNU@ FUNKCI@ TRAEKTORNOGO SIGNALA S OPORNYMI SIGNALAMI OT TO^E^NYH OB_EKTOW W KOORDINATAH RASSTOQNIQ WDOLX TRAEKTORII W DISKRETNYE MOMENTY WREMENI I W DISKRETNYH KOORDINATAH PROMAHA. s POSTROENIEM KORRELQCIONNOJ FUNKCII MOVNO OZNAKOMITXSQ W RABOTAH [1, 3, 4, 6, 7]. nA RIS. 3, d POKAZAN WID KORRELQCIONNOJ POWERHNOSTI SWERHU, POLU^ENNYJ W REZULXTATE SE^ENIQ GORIZONTALXNYMI PLOSKOSTQMI NA RAZNOJ WYSOTE. oBOZNA^ENIQ NA RISUNKAH: Wi | SPEKTR TRAEKTORNOGO SIGNALA, POLU^ENNYJ S POMO]X@ BYSTROGO PREOBRAZOWANIQ fURXE; B | DWUMERNAQ KORRELQCIONNAQ FUNKCIQ, OBRAZOWANNAQ PUT<M KORRELQCII TRAEKTORNOGO SIGNALA S KAVDYM OPORNYM SIGNALOM, PREDSTAWLQ@]IM SOBOJ TRAEKTORNYJ SIGNAL OT TO^E^NOGO OB_EKTA PRI RAZLI^NYH PROMAHAH; Si | OTS^<TY TRAEKTORNOGO SIGNALA.

kAVDAQ m-Q TO^KA WERTIKALXNOJ MODELI PROWOLOKI W i-J MOMENT WREMENI UDALENA OT PXEZODAT^IKOW LOKATORA NA RASSTOQNIE Rm(i), KOTOROE OPREDELQETSQ FORMULOJ

tRAEKTORNYJ SIGNAL W DISKRETNYE MOMENTY i OT WSEH TO^EK MODELI PROWOLOKI OPREDELQETSQ WYRAVENIEM

oBOZNA^ENIQ W FORMULAH (5){(8) ANALOGI^NY OBOZNA^ENIQM W (1){(4); 4 | RASSTOQNIE MEVDU TO^KAMI MODELI PROWOLOKI PO WERTIKALI. pRI \TOM AMPLITUDY SIGNALOW, OTRAV<N- NYE OT KAVDOJ TO^KI MODELI PROWOLOKI, WYBIRALISX RAWNYMI EDINICE: A = 1.

rEZULXTATY MODELIROWANIQ TRAEKTORNOGO SIGNALA OT PROWOLOKI S U^<TOM RASKRYWA DIAGRAMMY NAPRAWLENNOSTI 6 W WERTIKALXNOJ PLOSKOSTI I REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ PO \TOMU SIGNALU PRIWEDENY NA RIS. 4.

pREDSTAWLQET INTERES MODELXNAQ SITUACIQ, PRI KOTOROJ SIGNAL OT PROWOLOKI SOIZMERIM S SIGNALOM OT FRONTA POWERHNOSTNOJ WOLNY (RIS. 5).

rEZULXTATY OBRABOTKI \KSPERIMENTALXNYH DANNYH. uSLOWIQ \KSPERIMENTA SLEDU@]IE: PXEZODAT^IKI RASPOLAGA@TSQ NA GLUBINE 1 SM OT POWERHNOSTI WODY, ^TO SOIZMERIMO S DLINOJ WOLNY, PRI \TOM W SLOE BUDET PRISUTSTWOWATX POWERHNOSTNAQ WOLNA. e< INTENSIWNOSTX NA TAKOJ GLUBINE UPAD<T PRIMERNO W 65 RAZ [11{13]. oDNAKO NELXZQ ISKL@^ITX, ^TO W RASKRYW DIAGRAMMY NAPRAWLENNOSTI POPAD<T ZNA^ITELXNAQ ^ASTX \NERGII WOLNY S PREDPOWERHNOSTNOGO SLOQ, GDE ONA NE PRETERPELA SILXNOGO OSLABLENIQ.

rEZULXTATY \KSPERIMENTA PREDSTAWLENY NA RIS. 6, ANALIZ KOTORYH POKAZYWAET, ^TO POWERHNOSTNAQ WOLNA PRONIKAET NA NEKOTORU@ GLUBINU I POPADAET W RASKRYW DIAGRAMMY NAPRAWLENNOSTI PXEZODAT^IKOW. pRI \TOM, KAK WIDNO IZ SOPOSTAWLENIQ RIS. 6, a S RIS. 5, a I RIS. 4, a, SIGNAL OT PROWOLOKI NA RIS. 6, a NE PRISUTSTWUET. w DANNOM SLU^AE ESTX TOLXKO SIGNAL, OTRAV<NNYJ OT POWERHNOSTNOJ WOLNY, PO\TOMU NEWOZMOVNO WOSSTANOWLENIE IZOBRAVENIQ OB_EKTA W SE^ENII PO POLU^ENNOMU SIGNALU.

d

rIS. 6

oBSUVDENIE REZULXTATOW MODELIROWANIQ I \KSPERIMENTOW. sOPOSTAWLENIE RIS. 3 I 6 SWIDETELXSTWUET O SHODSTWE REZULXTATOW MODELIROWANIQ I \KSPERIMENTA. tAKIM OBRAZOM, S POMO]X@ PROSTOJ MNOGOTO^E^NOJ MODELI POWERHNOSTNOJ WOLNY UDALOSX OPISATX WZAIMODEJSTWIE ULXTRAZWUKOWOGO ZONDIRU@]EGO SIGNALA S POWERHNOSTNOJ WOLNOJ, OBRAZOWANNOJ DWIVU]IMSQ PREDMETOM.

w \KSPERIMENTAH PO TOMOGRAFIROWANI@ W WODNOJ SREDE WPERWYE WYQWLENO OTRAVENIE ZONDIRU@]EJ ULXTRAZWUKOWOJ WOLNY OT POWERHNOSTNOJ WOLNY, OSTAWLQEMOJ NA WODE DWIVU]IMSQ PREDMETOM. pROCESS DWIVENIQ NEOBHODIM DLQ SINTEZA APERTURY ANTENNY, S POMO]X@ KOTOROJ PROIZWODITSQ REKONSTRUKCIQ IZOBRAVENIQ OB_EKTA. pRI REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ NEOBHODIMO U^ITYWATX SLEDU@]IE OBSTOQTELXSTWA, SWQZANNYE S POWERHNOSTNOJ WOLNOJ.

1.pOWERHNOSTNAQ WOLNA OBRAZUETSQ W SLOE WODY TOL]INOJ DO 1 SM I REZKO ZATUHAET PO \KSPONENCIALXNOMU ZAKONU W SLOE TOL]INOJ 1 SM.

2.eSLI SIGNAL OT POWERHNOSTNOJ WOLNY ZNA^ITELXNO PREOBLADAET NAD SIGNALOM OT OB_EKTA, TO POWERHNOSTNAQ WOLNA NE DAST WOZMOVNOSTI REKONSTRUIROWATX IZOBRAVENIE.

3.pRI OBRAZOWANII POWERHNOSTNOJ WOLNY SLEDUET PREDPO^ESTX PEREDWIVENIE OBTEKAEMYH ANTENN LOKATORA TOMOGRAFIRUEMYM OB_EKTAM.

mOVNO DATX REKOMENDACII PO UMENX[ENI@ WLIQNIQ POWERHNOSTNOJ WOLNY NA REZULXTATY REKONSTRUKCII IZOBRAVENIQ.

1.sLEDUET OTKAZATXSQ OT PEREME]ENIQ PREDMETOW W WODE, LU^[E PEREME]ATX ANTENNY LOKATORA, SDELAW IH KONSTRUKTIWNO OBTEKAEMYMI.

2.wARXIRUQ SKOROSTX PEREME]ENIQ, MOVNO OSLABITX DAWLENIE PLOTNOJ VIDKOSTI W POWERHNOSTNOJ WOLNE I TEM SAMYM OSLABITX OTRAVENIE ZONDIRU@]EGO SIGNALA OT NE<. uMENX[ENIE SKOROSTI OTNOSITELXNOGO PEREME]ENIQ UWELI^IWAET WREMQ SBORA DANNYH, ^TO MOVET SOZDATX NEUDOBSTWA DLQ PACIENTA ILI ZAMEDLITX TEHNOLOGI^ESKIJ PROCESS SBORA DANNYH DLQ TOMOGRAFIROWANIQ.