авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ РОССИИ 4 РАДИОЭЛЕКТРОНИКА 2006 ...»

-- [ Страница 3 ] --

площадь конденсатора определяется площадью перекрытия нижнего и верхнего электродов, поэтому точность получения его заданной площади зави сит от точности размеров каждого из электродов и их взаимного расположения.

Диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность Eпр, диэлектрические потери tg, температурный коэффициент емкости (ТКЕ), нелинейность емкости, сопро тивление изоляции, гладкость поверхности и стабильность всех этих величин относятся к наиболее важным свойствам диэлектрических пленок. Указанные параметры являются функцией состава и структуры диэлектрического слоя и, следовательно, определяются применяемыми материалами и технологическими условиями нанесения пленок.

Оксид титана TiO 2 является перспективным материалом для диэлектрических слоев тонкопленочных конденсаторов благодаря высокому значению. Конденсаторы на основе Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== TiO 2 имеют удельную емкость 1600 пФ мм 2, tg 102 и пробивное напряжение 40 В.

Для изготовления электродов конденсаторов используются различные металлы. Темпера тура плавления титана равна 1940 К, а температура кипения составляет 3575 К. Титан час то применяется в качестве контактного подслоя. Как и другие переходные металлы, титан обладает высокой адгезией к кремнию, оксиду кремния и к фосфоросиликатному стеклу.

Исходную титановую пленку можно получить катодным распылением, электронно лучевым испарением или окислением слоя титана до TiO 2 в кислороде при температуре 700…950 °С.

Преимущество титана (как и тантала) состоит в том, что на основе этих металлов можно изготавливать как тонкопленочные резисторы, так и конденсаторы с высокими электрическими параметрами, не привлекая других материалов. Это является важным фактором технологичности процесса производства интегральных микросхем.

Пленка TiO 2 может быть получена за счет окисления при температуре 700…950 С титановой пленки, сформированной катодным распылением или электронно-лучевым ис парением титана [1]. Основным недостатком этого способа получения диэлектрических пленок является высокая температура.

Авторами статьи разработана технология получения тонких пленок TiO 2 для ИС.

Сущность технологии состоит в формировании на поверхности подложки тонкопленочно го диэлектрика TiO 2 при температурах 140…400 °С осаждением из газовой фазы за счет реакции между пентахлоридом титана, кислородом и закисью азота. Добавка к основному окислителю – кислороду O 2 – закиси азота NO снижает температуру окисления титана.

Нижняя температурная граница процесса определена температурой возгонки пентахлори да титана. При увеличении температуры выше 400 °С все большая часть TiO 2 окисляется в газовой фазе, засоряя реакционную камеру и ухудшая качество образующейся пленки.

Мольное соотношение компонентов окислителя 1:(2.8…3.2) ( O2 NO ) обусловлено тем, что уменьшение содержания оксида азота ниже 2.8 и увеличение выше 3.2 приводит к ухудшению качества тонкопленочного диэлектрика из оксида тантала [1].

Термодинамические расчеты позволяют определить оптимальные технологические параметры: температуру, давление и состав потоков материалов, участвующих в химиче ском процессе [2]. Проведем анализ термодинамических расчетов диффузии из газовой фазы с целью определения константы равновесия.

При постоянных температуре и давлении термодинамически вероятнее химическая реакция, сопровождающаяся более значительным уменьшением свободной энергии Гиб бса G. Предельное время протекания реакции определяется моментом наступления рав новесия, условие которого G = 0. Значение G связано с константой химического рав новесия K р соотношением G = RT lg K р (R – универсальная газовая постоянная).

Следовательно, при значениях температуры, для которых K р = 1, G = 0, и наблю дается химическое равновесие. Отличие значений K р от единицы и, соответственно, G ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. G, Дж lg K р 0 – 60 – 2 – –2000 t, °C (1 t ) 103, 1 °С 200 400 1.0 1.5 2.0 2.5 3. Рис. 1 Рис. от нуля, характеризует направленность химической реакции в сторону образования ко нечных или начальных продуктов реакции. В рассматриваемом процессе получения плен ки TiO 2 реализуются следующие химические реакции:

TiCl4 + 4NO + O 2 TiO 2 + 4NOCl;

(1) 4TiCl4 + 4NO + 6O 2 4TiO 2 + 4NOCl + 6Cl2 ;

(2) 2TiCl4 + 4NO + 2O 2 2TiO 2 + 4NOCl + 2Cl2. (3) Для определения того, в какую сторону и при каких температурах протекают эти ре акции, нужно найти для них температурные зависимости свободной энергии Гиббса и константы равновесия. Необходимые для расчета данные взяты из [2], [3]. Результаты расчетов зависимостей свободной энергии Гиббса и констант равновесия от температуры для рассматриваемых реакций показаны на рис. 1 и 2. Кривые 1–3 соответствуют химиче ским реакциям (1)–(3).

Термодинамический анализ технологического процесса не является полным без рас чета парциальных давлений всех компонентов, входящих в газовую смесь, из которой ве дется осаждение пленок титана.

Составим системы нелинейных уравнений для всех реакций, учтя, что по закону Дальтона общее давление смеси газов p равно сумме парциальных давлений компонен тов [3]: p = p1 + p2 + … + pn ( p1, p2, …, pn – парциальные давления компонентов).

Рассмотрим реакцию (1). В ней все вещества, кроме TiO 2, находятся в газообразном виде. TiO 2 находится в твердой фазе и при расчете парциальных давлений не учитывает ся. Для данной реакции система уравнений будет иметь вид (сумма всех парциальных давлений газов составляет одну атмосферу):

pТiCl4 + pNO + pO2 + pNOCl = 1;

pNOCl ( pТiCl4 pNO pO2 ) = K p ;

pТiCl 4 pNO = 1: 4;

pNO pO2 = 4 :1.

Для реакции (2) в газообразном виде находятся все компоненты, кроме TiO2. Для этой реакции система уравнений имеет вид:

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== pTiCl4 + pNO + pO2 + pNOCl + pCl2 = 1;

( ) pNOCl p6 pTiCl pNO pO = K p ;

4 4 4 Cl pTiCl pNO = 4 : 4;

4 pNOCl pCl2 = 4 : 6;

pNOCl pO 2 = 4 : 6.

И, наконец, для реакции (3) система уравнений имеет вид:

pTiCl4 + pNO + pO2 + pNOCl + pCl2 = 1;

( ) pNOCl p 2 pTiCl pNO pO = K p ;

4 4 4 Cl pTiCl pNO = 2 : 4;

4 pNOCl pCl2 = 4 : 2;

pNO pO2 = 4 : 2.

Поскольку нельзя заранее определить, в каких степенях будут стоять парциальные давления, то для расчета уравнений такого типа применяют ЭВМ.

В [4] рассчитаны зависимости парциальных давлений от температуры для диапазона 136…400 C. Показано, что все три реакции, протекающие в газовой фазе, практически равновероятны в этом диапазоне температур. Так как отрицательное значение свободной энергии Гиббса велико ( 107… 1700 ккал моль ), то и константа химического равнове сия всех трех реакций очень велика, т. е. эти реакции практически необратимы. Выше температуры 400 C константы равновесия стремятся к единице, а значения свободной энергии Гиббса – к нулю, т. е. реакции будут идти в обратном направлении. При анализе зависимостей, приведенных на рис. 1 и 2, можно выделить первую реакцию, протекаю щую с большей скоростью, чем две остальные. Поэтому в данном диапазоне температур термодинамически наиболее вероятной является реакция (1).

Из результатов [5], [6] следует, что равновесные давления исходных компонентов при всех температурах данного диапазона весьма малы, что говорит о практической необ ратимости рассмотренных трех реакций. По этой же причине изменения парциальных давлений исходных веществ не влекут за собой существенных изменений парциальных давлений продуктов реакции.

Библиографический список 1. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. М.: Радио связь, 1987. 463 с.

2. Киреев В. А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. 775 с.

3. Карапетьянц М. Х., Карапетьянц М. Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1968. 471 с.

4. Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. 583 с.

5. Низкотемпературное осаждение тонких диэлектрических пленок Al2 O3 / Г. А. Мустафаев, Р. Ш. Те шев, Т. Э. Саркаров, А. Г. Мустафаев // Тр. Сев.-Кавказ. гос. техн. у-та / Сев.-Кавказ. ГТУ. Владикавказ, 2001.

С. 12–15.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 6. Саркаров Т. Э., Султанмагомедов С. Н. Изучение зарядовых свойств границ и разделов // Тез. III респ. науч.-практ. конф. Махачкала, 19 апр. 1999 г. / Сев.-Кавказ. ГТУ. Владикавказ, 1999. С. 87–89.

T. A. Ismailov, B. A. Shangereeva, A. R. Shaсhmaeva Dagestan state technical university Technology of obtaining of the titanium oxide thin films for integral schemes Methods of thin oxide films obtaining on a semiconductor materials surface for integrated circuits are considered. The titanium oxide film – thin-film dielectric – is shaped on a surface of a substrate at the temperature 180…400°С by precipitation from a gas phase at the expense of reaction between titanium pentachlorid, oxygen and nitric oxide.

Thin oxide films, thin-film integrated circuits, titanium oxide, temperature, pressure, contact layer, chemical reaction, Gibbs energy, equilibrium constant Cтатья поступила в редакцию 23 сентября 2005 г.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== Радиолокация и радионавигация УДК 621.319. В. К. Клочко Рязанский государственный радиотехнический университет Алгоритм формирования трехмерного радиолокационного изображения поверхности Предлагается алгоритм, позволяющий на основе имеющейся матрицы двухмерного амплитудного изображения поверхности сформировать матрицу высот. Высоты объ ектов измеряются по длине радиолокационной тени на границах отсегментированного изображения, а высота поверхности – сканированием луча РЛС по углу места. Приведе ны результаты моделирования работы алгоритма в системе автоматического распозна вания изображений.

Радиолокация, радиолокационное изображение В радиолокационных системах наблюдения за поверхностью на базе бортовой РЛС с повышенным разрешением по азимуту, работающей в режимах синтезирования апертуры антенны [1] или реального луча с перекрытием диаграммы направленности антенны (ДНА) [2], образуется двухмерное радиолокационное изображение (РЛИ) поверхности в координа тах "дальность – азимут". Однако высота поверхности при этом не определяется, что за трудняет идентификацию изображений объектов при их распознавании, в связи с чем воз никает необходимость измерения высоты и формирования трехмерных РЛИ.

Рассмотрим, например, метод получения двухмерного (плоского) РЛИ поверхности [3] в режиме синтезирования апертуры с помощью узкополосной доплеровской фильтра ции. В соответствии с данным методом формируется матрица изображения A, элементы A ( i, j ) которой представляют амплитуды сигналов отражения, измеренные в полярной системе координат "радиальная дальность (координата i) – доплеровская частота (коорди ната j)"1). При выводе на экран плоское изображение A обычно дается в прямоугольной сетке координат "дальность–азимут" ( R, ).

При таком методе формирования РЛИ высоты поверхности и объектов на ней не оп ределяются. Вместе с тем данная информация содержится в изображении A в виде радио локационной тени (РЛ-тени). Признаком РЛ-тени расположенного на поверхности высот ного объекта, отражающего РЛ-сигнал в i-м элементе разрешения дальности при j-м по ложении луча отражения по азимуту, являются следующие подряд в матрице A элементы j-го столбца A ( i + 1, j ), A ( i + 2, j ), …, A ( i + n, j ), амплитуды сигнала в которых подчине Значение доплеровской частоты определяется углом отклонения луча РЛС от вектора путевой скорости, 1) который в частном случае переднего обзора в горизонтальной плоскости совпадает с азимутом.

© Клочко В. К., ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. ны закону распределения шумов аппаратуры2), причем число таких элементов n зависит от высоты объекта и от его удаления от РЛС.

Идеи формирования трехмерных РЛИ поверхности на основе измерения высоты по верхности и объектов на ней известны в радиолокации [4], однако конкретное алгоритми ческое описание этих идей отсутствует. Далее приводится описание алгоритмов получе ния трехмерного РЛИ поверхности, основанных на измерении высоты в точках (пикселях) изображения, граничащих с РЛ-тенью, а также на определении высоты сканированием луча РЛС с повышением разрешения по углу места.

Алгоритм формирования трехмерного изображения по РЛ-тени.

1. В режиме повышенного разрешения по азимуту формируется матрица РЛИ поверх ности A в координатах "дальность – азимут". Для повышения отношения "сигнал/шум" и подавления спекл-шумов используется предварительное осреднение A ( i, j ) методом последовательно-временнй фильтрации [5], [6].

2. С помощью специальной пороговой обработки матрицы A с несколькими поро гами 1 2... k формируется матрица контрастностей K { K ( i, j )}, в которой каж дому ( i, j ) -му элементу присваивается метка соответствующего уровня амплитуды, при чем элементам с амплитудой на уровне шумов аппаратуры A ( i, j ) 1 присваивается мет ка K ( i, j ) = 0, являющаяся признаком РЛ-тени.

3. С помощью алгоритма сегментации ненулевые элементы матрицы K, имеющие одинаковые метки и образующие связные непересекающиеся подмножества, объединяют ся в сегменты. Элементы каждого сегмента помечаются соответствующей ненулевой мет кой M ( i, j ), а для нулевых элементов матрицы K оставляется нулевая метка M ( i, j ) = 0.

Тем самым формируется матрица меток M.

4. Для каждого j-го столбца матрицы M просматриваются i-е элементы, начиная с i = 1, и выделяются последовательности следующих подряд элементов с нулевыми метка ми M ( i0, j ), M ( i0 + 1, j ), …, M ( i0 + n, j ).

5. Так как выделенная нулевая последовательность может принадлежать как тени, так и фону со слабым отражением, то на основе вычисленного среднего значения дополнитель но принимается решение о принадлежности последовательности амплитуд A ( i0, j ), A ( i0 + 1, j ), …, A ( i0 + n, j ) шуму аппаратуры, подчиненному модели A ( i, j ) = Z, (1) ( ) где Z N 0, ш – случайная величина, распределенная по нормальному закону с нуле вым средним и дисперсией ш. В противном случае принимается решение о принадлеж ности этой последовательности альтернативе – флуктуациям отраженного сигнала, под чиненным композиции рэлеевского и нормального законов распределения:

Т. е. отсутствует отражение от других объектов или от поверхности.

2) Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== ( ) ( ) A ( i, j ) = X 2 + Y 2 + Z ;

X, Y N 0, a ;

Z N 0, ш ;

a ш, 2 (2) где X и Y – случайные величины, распределенные по нормальному закону с нулевым средним и дисперсией а.

6. Если последовательность принадлежит тени, то первому следующему за ней не нулевому элементу M ( i1, j ) 0;

i1 = i0 + n + 1, присваивается значение высоты H ( i1, j ), вычисленное по формуле H ( i1, j ) = [ n ( n + m )] h, где n – длина РЛ-тени, измеряемая чис лом элементов нулевой последовательности;

m – расстояние между РЛС и начальной точ кой образования РЛ-тени i1, измеряемое числом элементов разрешения по наклонной дальности;

h – высота полета носителя РЛС.

7. Это же значение высоты H ( i1, j ) присваивается всем элементам сегмента с мет кой M ( i1, j ), граничащего с данной нулевой последовательностью, или запоминается зна чение высоты для одной общей метки сегмента. Если с сегментом граничит несколько ну левых последовательностей, то для всех его элементов (или для метки сегмента) запоми нается максимальное значение высоты.

8. В элементах матрицы H, которым не было присвоено расчетное значение высоты, сохраняется нулевое значение: H ( i, j ) = 0.

9. Полученная таким образом матрица высот H совместно с матрицей амплитуд A представляет трехмерное изображение поверхности, которое далее передается для ото бражения и для распознавания изображений протяженных объектов на поверхности.

Определение высоты участков поверхности сканированием луча РЛС. Рассмот ренный алгоритм позволяет сформировать трехмерное изображение для не поглощающей радиосигнал поверхности. Сигнал от участков поверхности (объектов на ней), поглощаю щих энергию зондирующих сигналов, не отличается от шумов (1), что не позволяет отли чить такие участки от РЛ-тени. В этом случае для измерения высоты требуется дополни тельное исследование участка поверхности. Известны методы определения высоты воз душных объектов на основе измерения угла места с помощью пеленгационной характери стики [7], получаемой при смещении луча РЛС, но они рассчитаны на фиксацию одиноч ных точечных объектов. Известен также интерферометрический фазовый метод измере ния угла места для разрешаемого по дальности и по азимуту объекта [4], требующий, од нако, специальной антенной системы – интерферометра. Далее предлагается метод изме рения высоты для бортовой РЛС, работающей в режиме доплеровского обужения луча [4], с одновременным электронным сканированием луча по углу места с перекрытием ДНА, что позволяет определять угол места с повышением разрешающей способности РЛС по углам [8], [9]. Алгоритм измерения высоты сводится к следующему.

1. Для каждого µ -го ( µ = 1, 2, …) сегмента, высота которого требует уточнения, оп ределяются координаты его центра ( iµ, jµ ) в координатах "дальность–азимут".

2. При фиксированных значениях ( iµ, jµ ) луч РЛС посредством электронного скани рования смещается по углу места на n-ю часть ширины ДНА и при каждом k-м положении ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. измеряется амплитуда отраженного сигнала u ( k ) = A ( iµ, jµ, k ) в iµ -м элементе разрешения по дальности и в jµ -м элементе разрешения по азимуту ( jµ -м фильтре доплеровских частот).

4. Находятся оценки u ( k ) = A ( iµ, jµ, k ), представляющие амплитуды сигнала отраже ния в k-х синтезированных элементах разрешения по углу места с повышенным разрешением:

n u (k ) = h (l ) u ( k + l ), (3) l = n где n – нечетное;

– символ целой части числа;

h ( l ) – весовые коэффициенты, рассчи тываемые по методике [2].

4. Определяется положение kµ, соответствующее минимальному значению угла места µ линии визирования антенны (или максимальной высоте поверхности, поскольку отсчет угла места ведется от горизонтальной плоскости положения объекта-носителя РЛС), при ко тором амплитуда u ( kµ ) превышает порог обнаружения сигнала отражения от поверхности.

5. Вычисляется высота поверхности H ( iµ, jµ ) в точке ( iµ, jµ ) по формуле H ( iµ, jµ ) = h Rµ sin µ, где Rµ – расстояние по наклонной дальности между РЛС, распо ложенной на высоте h, и элементом разрешения дальности iµ.

6. Значение высоты H ( iµ, jµ ) присваивается данному µ-му сегменту.

Вместо операций определения µ на основе повышения разрешающей способности РЛС по углу места (пп. 3, 4) может быть использован более простой способ измерения мак симального значения, заключающийся в определении положения kµ луча РЛС по углу места при его последовательном смещении на n-ю часть ширины ДНА, при котором сигнал отражения от поверхности в ( iµ, jµ ) -м элементе разрешения исчезает (луч выходит за пре делы поверхности в данном элементе разрешения). При этом угол места µ определяется по нижней границе ДНА. Соответствующая оценка амплитуды u ( kµ ) находится по формуле u ( kµ ) = A ( iµ, jµ, kµ ) n, (4) где n – коэффициент усиления антенны в n-й части ДНА. Однако отношение "сиг нал/шум" на периферии ДНА значительно меньше, чем в ее центральной части, и оценка (4) в большей степени подвержена влиянию помех, чем оценка (3).

Определение высоты всех элементов поверхности сканированием луча РЛС. За счет сканирования луча РЛС возможны измерения высоты не только для отдельных µ-х сегментов, но и для каждого ( i, j ) -го элемента матрицы РЛИ. При этом отпадает необхо димость сегментации исходной матрицы РЛИ и измерения высоты по РЛ-тени, однако Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== требуются дополнительные затраты на сканирование луча РЛС. Соответствующий алго ритм сводится к следующему.

1. В режиме повышенного разрешения по азимуту для первого положения луча РЛС по углу места 1 формируется матрица амплитудного изображения поверхности A1 в ко ординатах i-х элементов разрешения по дальности Ri и j-х синтезированных элементов разрешения по азимуту j.

2. Электронным сканированием луча РЛС он смещается по углу места на n-ю часть ширины ДНА в положение 2 (в направлении против часовой стрелки), и в режиме по вышенного разрешения по азимуту формируется вторая матрица изображения A2 в тех же элементах разрешения.

3. Аналогично, в результате последовательного поворота луча РЛС против часовой стрелки по углу места на n-ю часть ширины ДНA в положения 3, 4, …, k получается последовательность матриц A3, A4, …, Am.

4. Для каждого ( i, j ) -го элемента разрешения рассматривается последовательность измеренных амплитуд u (1) = A1 ( i, j ) ;

u ( 2 ) = A2 ( i, j ) ;

…;

u ( m ) = Am ( i, j ) сигналов отра жения, полученных при m положениях луча РЛС по углу места. Для этой последователь ности по формуле (3) вычисляются оценки u ( µ ) = Aµ ( i, j ), µ = 1, 2, …, m и определяется минимальный угол µ, при котором оценка u ( kµ ) превышает порог обнаружения сигнала ( i, j, kµ ) -го отражения от поверхности. Значение угла места µ элемента поверхности за поминается в координатах ( i, j ) в матрице µ = {µ ( i, j )}, а оценка амплитуды сигнала { } этого же элемента u ( kµ ) – в матрице A = u ( i, j, kµ ).

5. Для более удобного визуального восприятия РЛИ матрицы µ и A пересчиты ваются в прямоугольную систему координат ( xi, y j ) с ( i, j ) -ми элементами дискретиза ции, размеры которых меньше линейных размеров элементов разрешения, и представ ляются в виде матрицы высот H и матрицы амплитуд A, причем в ( i, j ) -м элементе дискретизации из нескольких возможных значений запоминается только максимальная высота и соответствующая ей амплитуда. Высота вычисляется по формуле H ( i, j ) = h RI sin µ ( I, J ), где RI – расстояние по наклонной дальности между РЛС, расположен ной на высоте h, и ( I, J ) -м элементом разрешения, в который попадает ( i, j ) -й элемент дискретизации прямоугольной сетки.

6. Полученные матрицы H и A передаются для индикации, а также для вторичной обработки и распознавания РЛИ.

Учет высоты при распознавании РЛИ объектов. Алгоритм определения высоты по длине РЛ-тени (так же, как и алгоритм определения высоты сканированием луча РЛС) ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. A ( i, j ) 1 Пороговая K ( i, j ) M ( i, j ), Vk Сегментация обработка Sэ ( x, y ), xэ, yэ Vэ S ( i, y ), x0, y0 Поворот S 4 Оценка xэ, yэ 3 э Селекция координат вокруг x0, y Рис. может быть использован в системах распознавания РЛИ протяженных объектов на фоне не поглощающей радиосигнал поверхности. На рис. 1 представлена блок-схема алгоритма распознавания без учета высоты [10], включающего следующие операции.

1. Каждый элемент матрицы РЛИ A сравнивается в блоке адаптивной пороговой об работки 1 с k меняющимися порогами a0 = 0 a1 … ak ak +1 = ( k + 1 – число уровней контрастности). Если as 1 A ( i, j ) as, то K ( i, j ) = ms ( ms – целочисленная метка s-гo уровня). Результатом пороговой обработки является матрица контрастностей K = { K ( i, j )}, которая передается на вход блока сегментации 2.

2. Блок сегментации 2 объединяет элементы матрицы K в связные непересекающие ся подмножества (сегменты) с одинаковым уровнем контрастности. Каждому такому под множеству присваивается определенная метка3). Результатом операции сегментации явля ется матрица меток M = {M ( i, j ) = k }, в которой каждому ( i, j ) -му элементу присваива ется номер сегмента, которому он принадлежит. Для снижения объема последующих вы числений в процессе сегментации рекуррентно вычисляются и запоминаются в векторе признаков Vk k-го сегмента его геометрические характеристики: координаты центра тя жести, площадь (число элементов), габариты и др.

3. После сегментации матрица меток M или векторы признаков Vk, k = 1, 2, …, m (m – число сегментов) подаются на блок селекции 3, в котором выбираются группы сег ментов, соответствующих по совокупности геометрических характеристик Vk в про странстве признаков изображениям предполагаемых объектов Vэ. Результатом селекции являются матрица объединенных сегментов S = M k предполагаемого изображения k : Vk V объекта или несколько таких матриц, которые вместе с координатами ( x0, y0 ) центра тя жести S передаются на блок поворота 4.

4. Блок поворота работает по принципу коррелятора. Вначале центры тяжести ( xэ0, yэ0 ) каждого из нескольких эталонных изображений Sэ предполагаемого объекта4) Возможны и другие схемы сегментации, см. например [5].

3) Эталонные изображения формируются заранее и хранятся в памяти.

4) Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== ( x0, y0 ) совмещаются с центром тяжести подлежащего распознаванию изображения S.

Далее Sэ поворачиваются относительно S с определением угла наилучшего совмещения изображений в смысле минимума меры расстояния ( S, Sэ ) между S и Sэ, и по значе нию этой меры принимается решение о соответствии S и Sэ. При положительном реше нии координаты центра тяжести ( x0, y0 ) и оценка угла поворота совместно с заданны ми на эталоне координатами точки ( xэ0, yэ0 ), подлежащей обнаружению на текущем изо бражении, подаются на блок оценивания координат, где вычисляются оценки координат ( xэ, yэ ) точки, соответствующей точке ( xэ0, yэ0 ) на исходном изображении.


Описанный алгоритм позволяет распознавать плоские изображения объектов на поверх ности. Однако если несколько объектов с близкой конфигурацией имеют разную высоту, то алгоритм их не различает. Предложенный алгоритм получения трехмерных РЛИ позволяет дополнительно с матрицей меток M определять значение высоты hk для каждого k-го сег мента ( k = 1, m ). Это дает возможность различать РЛИ объектов с близкой конфигурацией, но различной высоты. Алгоритм распознавания при этом модифицируется следующим образом.

1. В блоке сегментации 2 дополнительно определяется высота hk для каждого k-го выделенного сегмента M k, k = 1, m.

2. На выходе блока селекции 2 элементы объединенного сегмента S в общем случае имеют разные значения высоты hk. Эти значения запоминаются в матрице высот H, ко торая вместе с матрицей S подается на вход блока поворота 4.

3. В блоке поворота 4 при совмещении Sэ и S для принятия окончательного решения о взаимном соответствии этих изображений используется мера близости ( S,Sэ, H, H э ), зависящая от H и H э ( H э – матрица высот для эталонного РЛИ).

При распознавании малоразмерных изображений со сложной конфигурацией преду сматривается распознавание в пространстве признаков. При этом для каждого подлежа щего распознаванию объединенного сегмента S вычисляются A – средняя по всем эле ментам сегмента амплитуда сигнала отражения;

N – количество элементов сегмента, ха рактеризующее его площадь;

H – средняя по входящим в S объединенным сегментам высота, а также другие более сложные геометрические инварианты, которые сравнивают ся с соответствующими эталонными значениями при вычислении функции близости.

Результаты моделирования. Алгоритм распознавания с определением высоты мо делировался при выделении изображения заданного объекта с определением на текущем изображении координат точки, соответствующей заданной на эталонном изображении точке ( xэ, yэ ). Объект наблюдения – наземное сооружение прямоугольной формы высотой H = 9R ( R – разрешение по дальности), длиной a = H и шириной b = ( 0.2… 0.4 ) R (рис. 2, а – вид сбоку;

б – план) – помещался на расстоянии R = 30 H по наклонной даль ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. ности от объекта – носителя РЛС, распо- e ложенного на высоте h = 10 H. Разреше ние по азимуту в линейных единицах l полагалось равным R, тогда площадь R объекта наблюдения составила N = элементов разрешения. При этих условиях в элементах разрешения по дальности ока зывались одновременно окружающая по верхность (фон), стена и крыша сооруже ния, имеющие различные коэффициенты Подстилающая поверхность отражения. РЛ-Тень образовывалась в на- а правлении, противоположном вектору лу R чей отражения e в элементах разрешения дальности, в которых отсутствует отраже ние от поверхности.

Элементы матрицы нормированного б РЛИ фона и объекта (амплитуды сигнала Рис. отражения) рассчитывались в соответст вии с моделью, подчиняющейся закону Рэлея–Райса (2) вида A ( i, j ) = X + Y + k ak + Z, k = где a1 = 0.33, a2 = 0.33, a3 = 1 нормированные значения амплитуды сигнала отражения от фона, от стены и от крыши соответственно;

1, 2, 3 коэффициенты, учитывавшие площади фона, стены и крыши, соответственно, в пределах ( i, j ) -го элемента разрешения.

Для РЛ-тени принималась модель изображения вида (1).

Угловое положение объекта по отношению к наблюдателю составляло 45. При по роговой обработке применялся метод с несколькими фиксированными окнами и порога ми, преобразующий РЛИ A и Aэ в многоуровневые целочисленные изображения K и K э соответственно.

Задача распознавания считалась решенной правильно, если найденная алгоритмом точка сопровождения, расположенная вблизи внешней части контура, отклонялась от мо делируемой точки на величину, не превышающую заданную допустимую погрешность = 1.5R. Оценка вероятности Р события {d } вычислялась на множестве реализаций случайных величин X, Y, Z.

Для характеристики точности определения высоты объекта вычислялись H сред нее значение оценки высоты и H среднеквадратическое отклонение (СКО) оценки вы соты на ансамбле элементов разрешения. В табл. 1 представлены зависимости H и H от Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== СКО ошибок флуктуации отраженного Таблица 1 Таблица сигнала a при фиксированном СКО шума a H a H P P H H 0.1 0.90 4.55 0. 0.1 0.92 8.82 0. аппаратуры ш = 0.01 при A = 1.

0.2 0.72 4.66 0. 0.2 0.83 9.12 1. При отношении 0.3 0.50 4.44 0. 0.3 0.71 8.94 1. "сигнал/шум" 0.4 0.62 8.59 1. A a = 5…10 ( a = 0.1… 0.2 ) задача рас познавания с учетом формы объекта площадью N = 20… 30 элементов разрешения реша лась с достоверностью 0.8…0.9. С увеличением уровня шумов флуктуации a форма вос становленного изображения объекта искажалась и все характеристики ухудшались, одна ко алгоритм сохранял устойчивость по отношению к изменению a.


Исследование работы алгоритма в зависимости от уровня разрешающей способности РЛС отражено в табл. 2. Здесь даны результаты моделирования, полученные при сжатии изображения A в два раза по строкам и по столбцам, что равносильно ухудшению разре шающей способности РЛС в два раза по дальности и по азимуту. Сжатие осуществлялось с помощью усреднения A ( i, j ) в апертуре 2 2 элемента. В результате значительно искажа лась форма изображения объекта, а вероятность P {d } не превышала 0.5. Поэтому вместо определения в результате распознавания координат точки сопровождения принималось ре шение о принадлежности изображения сегмента S искомому объекту в пространстве призна ков, имеющих следующие значения: амплитуда A = 1 ± 0.5 ;

площадь N = 12 ± 4 и высота H = 5 ± 2 новых (увеличенного размера) элементов разрешения. В табл. 2 P – оценка вероят ности принятия описанного решения;

остальные параметры сохраняют прежний смысл.

Следует отметить, что искажение формы изображения объекта существенно не из менило относительную погрешность определения его высоты H H, что говорит об ус тойчивости работы алгоритма.

В статье показана принципиальная возможность определения высоты поверхности и объектов на ней в рамках рассматриваемой модели РЛИ, что делает возможным использо вание предложенного алгоритма в системах автоматического распознавания РЛИ. Рас смотренные алгоритмы позволяют совместно с амплитудным изображением A = { A ( i, j )} выводить на экран индикатора матрицу высот H = { H ( i, j )} с указанием высоты либо в градациях основных цветов (соответственно уровню высоты), либо в изометрии. Это дает возможность пилоту своевременно обнаруживать препятствия при маловысотном полете, что увеличивает безопасность подобных полетов, а также правильно идентифицировать изображения объектов на поверхности при высотном полете, что увеличивает вероятность обнаружения и распознавания РЛИ объектов.

Библиографический список 1. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / А. Н. Антипов, В. Т. Го ряинов, А. Н. Кулин и др.;

Под ред. В. Т. Горяинова. М.: Радио и связь, 1988. 304 с.

2. Клочко В. К. Повышение разрешающей способности РЛС по данным суммарного и разностного ка налов // Вестн. РГРТА. 2004. Вып. 15. С 5660.

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 3. Кондратенков Г. С., Фролов А. Ю. Радиовидение в передней зоне обзора бортовой радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны // Радиотехника. 2004. № 1. С. 47–49.

4. Кондратенков Г. С., Фролов А. Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зон дирования Земли: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Г. С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.

5. Клочко В. К., Ермаков А. А. Алгоритмы фильтрации и сегментации трехмерных радиолокационных изображений поверхности // Автометрия. 2002. № 4. С. 41–47.

6. Клочко В. К. Пространственно-времення обработка информации бортовой РЛС при получении трехмерных изображений поверхности // Радиотехника. 2004. № 6. C. 3–11.

7. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1983. 536 с.

8. Пат. РФ 2249832 C1. МПК 7 G01S13/02, H01Q21/00. Способ наблюдения за поверхностью на базе борто вой РЛС / В. К. Клочко, Г. Н. Колодько, В. И. Мойбенко, А. А. Ермаков (РФ). Опубл. 10.04.05. Бюл. № 10.

9. Пат. РФ 2256193 C1. МПК 7 G01S13/02. Способ наблюдения за поверхностью и воздушной обста новкой радиолокационной станцией / В. К. Клочко, Г. Н. Колодько, В. И. Мойбенко, А. А. Ермаков (РФ).

Опубл. 10.07.05. Бюл. № 19.

10. Клочко В. К., Курилкин В. В., Шейнина И. В. Сравнительный анализ алгоритмов распознавания ра диолокационных изображений объектов по данным бортовой РЛС // Радиотехника. 2003. № 12. С. 3–9.

V. K. Klochko Ryazan state radio engineering university Algorithm of forming of a three-dimensional radiolocation surface image Algorithm of forming a height matrix based on a available matrix of two-dimensional am plitude surface image by measuring height according to length of radiolocation shadow on the border of the image, separated into segments, and define altitude by the scanning of radio loca tion station beam by place angle is suggested. The results of algorithm modeling in a system of automatic recognition are presented.

Radiolocation, radiolocation image Статья поступила в редакцию 30 сентября 2005 г.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== Редакционный отдел Наши авторы Абденов Амирза Жакенович Доктор технических наук (1999), профессор (2002) кафедры защиты информации Но восибирского государственного технического университета (НГТУ). Автор более 100 науч ных работ. Сфера научных интересов – математическое моделирование нелинейных систем.

Баруздин Сергей Анатольевич Доктор технических наук (2003), доцент (1995), профессор кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического уни верситета "ЛЭТИ". Автор около 70 научных работ. Сфера научных интересов – ядерный магнитный резонанс и его применения, случайные процессы, стохастический резонанс.

Девятков Геннадий Никифорович Кандидат технических наук (1975), доцент (1980) кафедры конструирования и техно логии радиоэлектронных средств НГТУ. Автор более 100 научных публикаций. Сфера на учных интересов – автоматизированный синтез широкополосных пассивных и активных устройств ВЧ- и СВЧ-диапазонов.

Иванов Дмитрий Игоревич Магистр техники и технологии (2005), аспирант Санкт-Петербургского государст венного политехнического университета по кафедре радиотехники и телекоммуникаций.

Автор более 10 научных работ. Сфера научных интересов – информационные и телеком муникационные технологии.

Исмаилов Тагир Абдурашидович Доктор технических наук (1992), профессор (1994), ректор Дагестанского государст венного технического университета (ДГТУ). Академик Международной академии холода Российской Федерации, Международной Нью-Йоркской академии наук, Международной академии информатизации. Автор более 400 научных работ. Сфера научных интересов – термоэлектрическое приборостроение.

Клочко Владимир Константинович Кандидат технических наук (1983), доцент (1985) кафедры высшей математики Ря занской государственной радиотехнической академии. Автор 60 научных работ. Сфера ======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. научных интересов – методы и алгоритмы обработки информации в системах информаци онного обеспечения полета летательных аппаратов.

Красовская Людмила Владимировна Старший преподаватель кафедры информатики ДГТУ. Окончила ДГТУ (2000) по спе циальности "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети". Автор пяти научных публикаций. Сфера научных интересов – математическое моделирование, численные мето ды и комплексы программ.

Матвеев Сергей Юрьевич Кандидат технических наук (1990), генеральный директор научно-производственно го предприятия "Триада ТВ". Автор более 70 научных работ. Сфера научных интересов – широкополосные устройства СВЧ большой мощности.

Петров Борис Михайлович Доктор технических наук (1976), профессор (1977) кафедры антенн и радиопере дающих устройств Таганрогского государственного радиотехнического университета (ТГТУ). Действительный член академии инженерных наук РФ им. А. М. Прохорова, по четный радист РФ. Автор около 300 научных работ. Сфера научных интересов – дифрак ция электромагнитных волн на структурах с адаптирующимися и нелинейными свойства ми, построение строгих нелинейных электродинамических моделей преобразователей электромагнитной энергии, противорадиолокационная защита объектов и прикладная электродинамика при вращении.

Разинкин Владимир Павлович Кандидат технических наук (1981), доцент (1985) кафедры теоретических основ ра диотехники НГТУ. Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – широко полосные устройства СВЧ.

Рубанович Михаил Григорьевич Кандидат технических наук (2003), доцент кафедры радиоэлектроники Сибирской государственной геодезической академии. Автор более 70 научных работ. Сфера научных интересов – широкополосные устройства СВЧ.

Савченко Владимир Васильевич Доктор технических наук (1994), профессор (1998), заведующий кафедрой математики и информатики Нижегородского государственного лингвистического университета. Автор более 100 научных работ, 21 изобретения. Область научных интересов – статистические ме тоды обработки информации, распознавание и прогнозирование случайных сигналов.

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2006. Вып. 4====================================== Суанов Тимур Александрович Аспирант устройств ТГРУ по кафедре антенн и радиопередающих устройств. Окон чил ТГРУ (2004) с квалификацией "Инженер-радиофизик". Автор 3 научных публикаций.

Сфера научных интересов – прикладная электродинамика.

Таранин Сергей Владимирович Ассистент кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ.

Окончил НГТУ (2000). Автор пяти научных публикаций. Сфера научных интересов – авто матизированный синтез широкополосных устройств СВЧ-диапазона.

Хрусталёв Владимир Александрович Доктор технических наук (2003), доцент (1989), профессор кафедры защиты инфор мации НГТУ. Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – СВЧ-устройст ва большой мощности.

Цикин Игорь Анатольевич Доктор технических наук (1972), профессор (1975), заведующий кафедрой радиотех ники и телекоммуникаций Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Автор более 200 научных работ. Сфера научных интересов – информацион ные и телекоммуникационные технологии.

Шангереева Бийке Алиевна Старший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники ДГТУ.

Окончила Саратовский политехнический институт (1988) по специальности "Технология электрохимических производств". Автор 20 научных работ. Сфера научных интересов – микроэлектроника и наноэлектроника.

Шахмаева Айшат Расуловна Кандидат технических наук (1999), декан факультета повышения квалификации и переподготовки, доцент кафедры вычислительной техники ДГТУ. Автор 45 научных ра бот. Сфера научных интересов – микроэлектроника и наноэлектроника.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.