2005 р.
НДР “РАДИКАЛ”

Дистанційне зондування Землі

Продовжені роботи з дистанційного зондування культурної рослинності та лісових масивів характерних для Східної частини України з досить великим різноманіттям біометричних характеристик та порід дерев різного віку та лісотаксаціонних характеристик. При аналізі використана багаточастотна інформація, отримана синхронно літаковими радіолокаторами бічного огляду в діапазоні довжин хвиль від міліметрів до метрів на різних поляризаціях випромінювання і прийому. Здійснено великий  набір статистичних характеристик відбитих радіолокаційних сигналів в різних діапазонах радіохвиль від різноманітної культурної рослинності, хвойного та листяного лісу; проведено процедури розпізнавання, проведено моделювання впливу рельєфу місцевості в сумарний відбитий від поверхні сигнал та створено регресійні залежності. Проведено застосування фрактального аналізу для класифікації рослинного покриву та лісів. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.,Васильєв О.С., Єгорова Л.О )

При виконанні робот по створенню бази даних дистанційного зондування поверхні Землі з аерокосмічних носіїв були розроблені та отримали подальший розвиток ряд алгоритмів, що дозволяють скоротити час передачі даних ДЗЗ в розподілених обчислювальних мережах. Проведено аналітичну оцінку середньої затримки пакета даних для основних методів маршрутизації інформаційних потоків, а також оцінка параметрів, що впливають на її зміну. Сформульовано основне завдання адаптивної маршрутизації інформаційних потоків, що дозволяє мінімізувати середню затримку пакета даних у мережі. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.т.н. Кучук Г.А., Швець О.В, Сухаревський І.О.)

Проведені дослідження були спрямовані на виявлення особливостей розсіювання як від середовищ із просторовою неоднорідністю, так і від середовищ, неоднорідних по вертикалі.

Розвинена теорія розсіювання від шорсткуватої напівпрозорої границі розподілу: повітря – неоднорідне середовище у випадку сильної шорсткості поверхні, що викликає сильне розсіювання. Розсіяне поле для довільного профілю неоднорідності отримано з використанням методу функцій Гріна. Даний підхід є узагальненням наближення Кирхгофа (метод інтегральних рівнянь), отриманого Фангом для однорідного випадку.

Розглянуто розсіювання від структур, розташованих під поверхнею в неоднорідних середовищах в умовах сильного зворотного розсіювання від поверхні. Було показано, що використання кореляційної функції дозволяє розподілити сигнали від близько розташованих до повеpхні об’єктів і від самої поверхні, тому що забезпечується фазове усереднення випадкового розсіяного сигналу.

Побудовано теорію розсіювання від підповерхневих шарів. Застосований метод досить чутливий до змін діелектричної проникності й може бути використаний для виявлення вологих шарів, похованих під шаром піску.

Розвитий підхід був спрямований на те, щоб дати рекомендації щодо того, які параметри виявляються найбільш інформативними з погляду роздільної реєстрації характеристик середовища й шорсткостей поверхні. Зокрема, було показано, що можна істотно поліпшити методику виявлення підповерхових об’єктів, застосовуючи додаткові коригувальні функції, що дозволяє ефективно знизити вплив розсіювання від шорсткостей границі на сигнал від підповерхневих структур.

Розроблені теоретичні моделі дозволяють адекватно інтерпретувати радіолокаційні зображення підповерхневих шарів і неоднорідностей, розташованих під шорсткуватою поверхнею.

Було показано, що використання спеціальних вагових функцій дозволяє pозділити сигнали від близько розташованих до повеpхні об’єктів і від самої поверхні.

З погляду розробки теоретичних моделей навколишнього середовища значимість моделі визначається тим фактом, що модель дозволяє враховувати як регулярні процеси дифракції на обмежених структурах, так і стохастичне розсіювання на випадково-нерівній поверхні. Рішення цієї проблеми важливо для багатьох галузей науки.  (к.ф.-м.н Тімченко А.І)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Проведено аналіз записів сигналів навігаційних станцій у сейсмоактивних регіонах. Знайдено аномальні відхилення амплітуди сигналу, які супроводжували землетрус 8,3 балів за шкалою Ріхтера, що стався біля острова Хоккайдо у 2003 році. Запропоновано схему взаємодії сейсмічної активності із нижніми шарами іоносфери з врахуванням планетарних і акусто-гравітаційних хвиль, які розповсюджуються в атмосфері.                Запропоновано теоретичну інтерпретацію експериментальних спостережень аномального зростання сигналу Шумановського резонансу (ШР) перед землетрусом у Тайвані що стався у 2000 році. Показано, що модифікація спектрів сигналу могла бути пов’язана з широкомасштабною неоднорідністю нижньої іоносфери, яка сформувалась над місцем майбутнього землетрусу.                Продовжено теоретичні дослідження взаємозв’язку сонячної активності і параметрів сигналу ШР з метою розв’язання зворотної проблеми з’ясування параметрів збурень іоносфери, які викликані потоками сонячних протонів, і характеру сонячно-земних зв’язків.                Проведено детальний аналіз записів трьох компонентів твік-атмосфериків задля з’ясування поведінки нижніх шарів іоносфери у продовж нічних умов. Знайдено монотонне збільшення висоти нижньої іоносфери при збільшенні сонячного зенітного кута. Проаналізовано сезонні зміни висоти нічної іоносфери.               Продовжено розробку моделей варіацій світової грозової активності із використанням даних наземних спостережень ШР та космічних спостережень блискавок.(д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, к.ф.-м.н. Рабинович Л.М., Яцевич О.І, Горишня Ю.В.)

Дослідження аномальних механізмів поширення хвиль над поверхнею моря

На основі експериментальних даних, отриманих під час морської кругосвітньої антарктичної експедиції, досліджено закономірності загоризонтного поширення ультракоротких радіохвиль у південних полярних широтах.

Відзначено аномально високі рівні сигналів гігагерцового діапазону. Проведено порівняльний аналіз застосування декількох варіантів теорії приграничного атмосферного шару Моніна-Обухова для розрахунку вертикального профілю коефіцієнта заломлення атмосфери над поверхнею моря. Досягнуто точність оцінки висоти  хвилеводу випаровування по стандартних метеорологічних вимірах, що дорівнює 2.5 метра. (д.ф.-м.н. Іванов В.К,  к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.) 

НДР “ІКАР” 

Вивчення ЕМ полів у поглинаючих середовищах з частотною дисперсією

Оцінено додаткові похибки у визначенні діелектричної проникності різних середовищ методом відкритого кінця коаксіальної лінії в діапазоні частот від 2 до 18 ГГц, що виникають в наслідок того, що застосовувані моделі не враховують особливостей реальної геометрії задачі (відсутності фланця у зонда й близькості апертури до поверхні середовища), або збудження вищих мод на апертурі зонда. Показано, що останній фактор є найбільш суттєвим при вимірюваннях діелектричних властивостей середовищ із високою діелектричною проникністю (вода, м’язова тканина).

Отримано оцінки чутливості методу відкритого кінця коаксіальної лінії при вимірюваннях діелектричних характеристик біологічних тканин у НВЧ діапазоні зондами з різними діаметрами апертури. Показано, що для тканин з високим змістом води прийнятна чутливість методу в діапазоні частот від 2,45 до 10 ГГц забезпечуються коаксіальними зондами з діаметрами апертури від 2 мм до 4 мм. Для тканин з низьким змістом води прийнятна точність на частотах від 5 ГГц до 10 ГГц може бути забезпечена при використанні зонда з діаметром апертури близько 4 мм, а на частотах нижче 5 ГГц – із ще більшим діаметром. (д.ф.-м.н. Іванов В.К., Сілін О.О., к.ф.-м.н. Стадник О.М.) 

  1. Виконання конкурсної тематики.

“Моніторинг”

Договір №7/354-2001 от “01 ” 10.2001 “Використання радіолокаційних методів для картографування і моніторингу ґрунтів” в якому ІРЕ НАНУ є співвиконавцем по  договору з Науковим Центром “Інститут ґрунтознавства та агрохімії” УААН та ДФФД № Ф7/354-2001 “Сучасна методологія кількісного картографування і моніторингу земель”.

Розглянуто теоретичні і емпіричні особливості розсіяння радіохвиль різноманітними ґрунтами (з різною шорсткістю, гранулометричним складом, вологістю, діелектричною сталою та ін.), рослинністю та лісами різноманітного складу. Проведено аналіз багаточастотної інформації, отриманої с борта літака-лабораторії та отриманої на тестових ділянках при проведені на них польових робіт. ( д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

2006 р.
НДР “РАДИКАЛ

Дистанційне зондування Землі

Розроблені на основі фрактальних методів алгоритми і програми дешифрування радіолокаційних зображень (РЛЗ) дозволили: виділяти на РЛЗ характерні типи лісових масивів з різними лісотаксаційними характеристиками, сільськогосподарські поля з різними біометричними характеристиками в різні періоди вегетації, дороги, вододіли, ерозійні особливості місцевості; по дистанційним даним вивчати динаміку зміни границі сніжного покриву і його областей з різним вмістом вологи; виділяти на РЛЗ границю лід-море, області морських течій з різною фрактальною структурою, проводити сегментацію границь забруднення морської поверхні, виділяти зони циклонів з різними енергетичними характеристиками (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Розроблено систему керування розподіленими базами даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), що дозволяє на відміну від існуючих на цей час систем зберігати й обробляти в підтримуваних системою базах даних радіолокаційну інформацію ДЗЗ великих обсягів; забезпечує оперативний доступ до РЛЗ для забезпечення потреб користувачів інформації.

При дослідженні фрактального трафіка в телекомунікаційних системах передачі даних ДЗЗ виконане моделювання фрактального шуму і броуновского руху, що спостерігається в мережних буферах і при передачі великих файлів; досліджений характер побудови черг при мережному проектуванні; побудована модель мережного процесу з урахуванням компенсації втрати пакетів інформації. Розроблено нові методи керування інформаційними потоками в телекомунікаційних мережах обміну й обробки даних ДЗЗ. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.т.н. Кучук Г.А., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.)

Створено розрахункову модель для обчислення комплексної діелектричної проникності води, що забезпечує збіг розрахункових значень із усіма відомими на сьогодні експериментальними даними з погрішністю не більш, ніж 5% як у частотному, так і в температурному ході. Модель призначена для використання на робочих частотах дистанційного зондування від мікрохвильового до ІЧ діапазону, у тому числі заповнила багаторічну прогалину у так називаному “терагерцному” діапазоні. (к.ф.-м.н. Малишенко Ю.І.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Виконано аналіз атмосфериків, що показав можливість моніторингу регулярних змін нижньої іоносфери, обумовлених залежністю від добових варіацій зенітного кута сонця, а також сезонних змін. Зокрема, показано, що зміни висоти нижньої границі іоносфери становлять 4-5 км протягом ночі.

Наведено експериментальні дані з шумановського резонансу: середні за місяці добові варіації пікових частот та інтенсивності електричної та магнітної компонент поля. Показано, що в рамках двокомпонентної моделі можна домогтися гарної згоди між експериментальними й модельними інтенсивностями ННЧ поля. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, к.ф.-м.н. Рабинович Л.М., Яцевич О.І, Горишня Ю.В.)

НДР ІКАР

Вивчення ЕМ полів у поглинаючих середовищах з частотною дисперсією

Проведено чисельне моделювання факторів, що впливають на погрішність визначення комплексної діелектричної проникності методом відкритого кінця коаксіальної лінії: збудження вищих мод в апертурі зонда, кінцевість розмірів фланця й зразка, що досліджується. Розглянуто питання чутливості методу стосовно до зондування біологічних тканин, вироблені рекомендації з оптимального вибору розмірів зонда. Запропоновано конструкцію ізольованого коаксіального зонда, для якої розроблена півноволнова модель адмитансу, адаптована методика вимірювання й отримані оцінки чутливості. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., Сілін О.О.)

2007 р.
НДР “ІРІДІЙ”

Дистанційне зондування рослинних покривів багаточастотними радіофізичними методами і засобами.

Дослідження спрямовані на виявлення особливостей розсіювання від рослинних покривів з метою побудови адекватної моделі розсіювання.

У процесі роботи був проведений аналіз впливу різних типів розсіювачів, що є присутні у рослинних покривах, на характеристики розсіяного випромінювання й оцінений їхній внесок в інтегральні значення потужності розсіювання. Розглянуто вплив поглинання на інтенсивність розсіювання при різних природних станах рослинних покривів. На підставі проведеного аналізу встановлено, що найбільш адекватною моделлю для ідентифікації типів рослинних покривів є модель, що враховує переважне розсіювання від верхнього шару рослинного покриву.

Для побудови вищевказаної моделі розвинута теорія розсіювання від шорсткуватої напівпрозорої границі розподілу: повітря – рослинний покрив у випадку сильної шорсткості поверхні, що викликає сильне розсіювання, і довільне поглинання. Розсіяне поле для довільного профілю шорсткості отримано з використанням методу узагальнених функцій Гріна для обмежених ділянок розсіювання, що відповідає експериментальним ситуаціям.

На основі розвитого підходу були отримані вираження для розсіяного поля у випадку довільного профілю верхньої границі рослинного покриву. Попередній аналіз дозволив зробити висновок про те, що верхній шар біля границі розподілу рослинний покрив – повітря є досить інформативним з погляду  класифікації типів рослинності. (к.ф.-м.н. А.І. Тімченко)

У процесі роботи розглянуті актуальні для математичного моделювання процесів розсіювання радіохвиль від рослинних покривів питання поводження і зміни в часі і погодних умовах параметрів культурної рослинності, що виростає на території України, такий як пшениця, кукурудза, соняшник, цукровий буряк.

Оброблено експериментальні дані по біомасі рослинних покривів, вологості, архітектоніці і густоті посівів, необхідних при рішенні як прямої так і зворотної задачі. Оцінено параметри шорсткості поверхонь сільськогосподарських полів тестового полігона аерокосмічного зондування й оцінені їхні статистичні характеристики. Отримано оцінки впливу структурності і гранулометричного складу ґрунтів полів тестового полігона на радіолокаційні дані дистанційного зондування.

Показано що найкращий зв’язок із щільністю ґрунтів у сантиметровому діапазоні радіохвиль, а також із гранулометричним складом при комбінації сантиметрового і дециметрового діапазонів. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Для експериментальних досліджень рослинних покривів розроблено багаточастотний скатерометр. Проведено його калібрування за новою методикою.  Створено систему введення інформації одержаної за допомогою скатерометра у комп’ютер.

Модернізовано ранцеву РЛС 1Р133 (“Кредо”) для проведення досліджень методів  ідентифікації і визначення стану рослинних покривів. Розроблено і виготовлено систему цифрової реєстрації амплітуди, частоти і допплерівського зсуву частоти відбитих сигналів. Розроблено методику проведення досліджень. Проведено виміри різних  покривів, що підстилають, (овес, жито, ячмінь, озима пшениця і т.д.). Здійснено попередню обробку отриманих експериментальних даних. Розроблено метод аналізу сигналів відбитих від рослинних покривів з використанням фазових портретів та фрактальної розмірності. Запропоновано багатомасштабну модель  сигналу, відбитого від різних поверхонь. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Пащенко Р.Е., Сілін О.О., Фатєєв О.М.).

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Розв’язано проблему природного глобального електромагнітного резонансу порожнини Земля – іоносфера із гіротропною іоносферою. Доведено, що виродження коливань є повністю знятим завдяки анізотропії іоносферної плазми. Це спостерігається за допомогою вимірювань поляризації вектору горизонтального магнітного поля, яка виявляється круговою біля першої та другої резонансних частот.

За допомогою формального аналізу та чисельного моделювання оцінено внесок від глобальної полярної неоднорідності іоносфери, що посилюється під час сонячних протонних подій (СПП). Дані розрахунків порівняно з записами моніторингу глобального резонансу, що дозволило оцінити глибину модуляції полярної іоносфери: її провідність спадає вдвічі протягом СПП.

Розроблено просту модель світової грозової активності, що враховує існування “подіуму” у резонансному сигналі, який виникає завдяки рівномірно розподіленим вздовж екватору фоновим грозам. Ця фонова активність, що має тенденцію існувати завжди, комбінується із компактним світовим екваторіальним центром на 17 годинах за місцевим часом. Така двокомпонентна модель описує дані спостережень не гірш ніж комплексна модель, що базується на даних оптичних спостережень блискавок із космосу за допомогою супутника Optical Transient Detector – OTD. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В,  Яцевич О.І.) 

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею.

Проведено аналіз сучасного стану розробок синтезаторів частоти, генераторів та множників частоти вхідних прийомних пристроїв дециметрового діапазону хвиль. Розроблено принципову схему АПЧ датчика рефрактометра, високостабільного гетеродина і прийомного пристрою радіометеорологічного вимірювального комплексу.

Проведено чисельний аналіз поширення радіохвиль сантиметрового діапазону в приповерхньому хвилеводі з урахуванням розсіювання на корельованих турбулентних флуктуаціях коефіцієнта заломлення тропосфери. Показано, що висвітлення енергії з хвилеводу приводить до додаткового ослаблення середньої потужності радіохвиль. Амплітуда випадкових змін потужності над хвилеводом виявляється значно вищою в порівнянні зі змінами у середині хвилеводу. Збільшення вертикального радіуса кореляції неоднорідністей коефіцієнта заломлення приводить до зростання вертикального радіуса кореляції інтенсивності радіохвиль.

Здійснено збір, аналіз і відбракування метеоданих по Світовому океану для розрахунку радіометеорологичних параметрів за розробленими програмами. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.). 

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

Розроблено методику досліджень діелектричних характеристик рідких речовин ізольованим коаксіальним зондом та проведено її експериментальне опрацювання. Отримано попередні результати чисельного моделювання розподілу електромагнітних полів НВЧ випромінювачів у фантомах біологічних середовищ. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., Сілін О.О.)

2008 р.
НДР «ІРІДІЙ»

Дистанційне зондування рослинних покривів багаточастотними радіофізичними методами і засобами.

Дослідження, виконані в 2008 році, були направлені на побудову адекватної моделі розсіяння електромагнітного випромінювання від рослинних покривів. Головною особливістю розробленої моделі є можливість опису розсіяння в широкому діапазоні частот.

Проведений аналіз попередніх експериментальних і теоретичних результатів дозволив встановити, якими основними характеристиками повинна володіти теоретична модель. На основі цього аналізу була розроблена модель розсіяння з наступними параметрами середовища що розсіює: розглядався шар довільної товщини, в порівнянні з довжиною хвилі зондуючого випромінювання, з довільним поглинанням; верхня межа шару має шорсткості довільного розміру в порівнянні з довжиною хвилі; площа розсіяння обмежена.

Для побудови вищезгаданої моделі використовувався метод узагальнених дискретних функцій Гріна для обмежених середовищ, модифікований для випадку середовища з шорсткої напівпрозорої межі розділу, що знаходиться усередині неї.

Отримані вирази для розсіяного поля дозволяють: досліджувати широкосмугове розсіяння від верхньої межі рослинного покриву у разі сильного поглинання електромагнітного випромінювання, яке безпосередньо пов’язане з вологістю рослинного покриву, що дозволяє визначати стан цього рослинного покриву; проводити широкосмугові дослідження для рослинних покривів з різною глибиною проникнення електромагнітних хвиль в глиб шару, з метою отримання як характеристик рослинності, так і ґрунтів під нею; проводити адекватне порівняння даних, отриманих для різних площ опромінювання, для зіставлення супутникового/літакового зондування з наземними вимірюваннями.(к.ф.-м.н. А.І. Тімченко)

Оброблено нові багаточастотні радіолокаційні експериментальні дані отримані з борту літака – лабораторії «Марс» для різноманітних рослинних покривів та лісових масивів Центральної та Східної України, необхідних при рішенні як прямої так і зворотної задачі. Проведено вибір параметрів сільськогосподарських полів тестового полігона аерокосмічного зондування, отриманих в час проведення радіолокаційної зйомки, й оцінені їхні статистичні та біометричні характеристики.

Показано що найкращий зв’язок із біометричними характеристиками існує в міліметровому та сантиметровому діапазонах, а з вологістю ґрунтів у сантиметровому та дециметровому діапазонах радіохвиль при різноманітних поляризаційних характеристиках випромененого та прийнятого радіолокаційного сигналу.(д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Згідно плану проведена серія експериментів, що до визначення можливостей 2-х сантиметрової когерентно – імпульсної РЛС у штатному режимі «СРЦ», а також можливостей, реалізуємих за допомогою аналізу форми (структури) сигналів на основі фазових  портретів та фрактальної розмірності. В штатному режимі РЛС дозволяє впевнено розпізнавати людину, що рухається кроком, біжить, здійснює перебігання, а також транспорт, що рухається. Але розпізнавання характеру руху людини чи транспорту, за допомогою звукового сигналу, потребує довгострокового тренування оператора РЛС.

Основою автоматичного розпізнавання і селекції є обробка сигналів з використанням обчислювальних методів фрактального аналізу та фазових портретів.  Застосування цих методів аналізу структури сигналів з виходу фазового детектора дозволяє якісно досліджувати властивості сигналів, що одержані в результаті проведення експерименту. Ці методи дозволили розпізнавати людину, що йде кроком, біжить, перебігає, переповзає, а також, що стоїть і розмахує руками. Обробка дозволяє впевнено виявити групу людей і розпізнавати похідній стрій, шеренгу, неорганізований натовп.

Крім того, дані методи дозволили виділити людей, що рухались у глибині лісу на 20-25 метрів від його краю. Застосування фазових портретів забезпечило впевнене розпізнавання важкої та легкої  техніки, що рухалась. Обробка результатів обмірювань різних поверхонь місцевих нерухомих предметів та будівель  дає можливість розпізнавати окремі будівлі та металеві вежі.

Вказані методи обробки сигналів були перевірені в травні 2008 р. під час проведення навчання війкових підрозділів внутрішніх військ на базі кримського  ТРК ВВ МВС Україні.

Основні методи обробки та результати експериментальних досліджень приведені в Звіті про НДР(договір про співдружність) “Оцінка можливостей переносних РЛС розвідки наземних цілей з виявлення і розпізнавання нерухомих і рухомих об’єктів на фоні підстилаючої поверхні”, шифр “Кредо”, 2008р.(д.ф.-м.н. Іванов В.К, д.ф.-м.н. Пащенко Р.Е., к.ф.-м.н. Сілін О.О., Фатєєв О.С.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Проведено обробку даних моніторингу ШР з метою одержання добових та сезонних варіацій резонансної інтенсивності та пікових частот.

Дані зіставлено з розрахунками, що базуються на класичних та запропонованих нами моделях світової грозової активності. Знайдено параметри світових гроз.

Розрахункові імпульсні форми, які одержані з використанням побудованого нами розв’язку у часі, було зіставлено з унікальними записами ННЧ сплесків, що одержані у Японії з надзвичайно високою частотою квантування при дуже низькому рівні місцевих перешкод. Результати продемонстрували ідентичність експериментальних та розрахункових даних.

Результати роботи склали частину докторської дисертації с.н.с. Швеця О.В., яку було успішно захищено у 2008 р. Завершується робота над кандидатською дисертацією м.н.с. Яцевич О.І., що планується подати у 4-му кварталі поточного року. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В,  Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ  у неоднорідних випадкових-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею.

Отримано подальший розвиток методики розрахунку впливу стану морської поверхні на поширення сантиметрових радіохвиль в хвилеводі випаровування. У існуючих стандартних методиках розрахунку коефіцієнт відбиття радіохвиль від морської поверхні обчислюється в рамках наближення Кирхгофа, яке не враховує ефекти затінювань і негаусовості. Отримано чисельні розв’язки параболічного рівняння, які дозволяють врахувати обидва цих чинника. Показано, що затінювання мають істотно більший вплив на поширення сантиметрових радіохвиль в хвилеводі випаровування в порівнянні з урахуванням негаусовості. Отримані результати дозволяють істотно підвищити точність  прогнозування поширення радіохвиль в нижній тропосфері і можуть бути використані в цілому ряду прикладних завдань навігації, радіозв’язку і радіолокації. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.).

Розвинено сучасні методи спектрального оцінювання, засновані на ряду лінійних і нелінійних інтегральних перетворень. Запропоновано системний спектральний аналіз. Проаналізовано його достоїнства і недоліки. Системний спектральний аналіз застосовано для аналіза реальних експериментальних даних.

Проаналізовано методи генерації, випромінювання, прийому і обробки надширокосмугових радіосигналів. Оцінено можливості, достоїнства і недоліки застосування надширокосмугових радіосигналів при вирішенні завдань радіолокації, дистанційного радіозондування і телекомунікацій.(д.ф.-м.н. Чорногор Л.Ф. )

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

Розглянуто особливості методу відкритого кінця коаксіальної лінії для визначення електричних характеристик середовищ з негативною ефективною діелектричною і магнітною проникністю. Отримано приклади частотного ходу комплексного коефіцієнта відбиття і вивчено вплив втрат на чутливість методу. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., к.ф.-м.н. Сілін О.О.)

Одним з перспективних методів лікування після опікових стриктур стравоходу є надвисокочастотна терапія (НВЧ – терапія).

При виконанні роботи набуто середніх значень діелектричної проникності рубцевої тканини. Вибрано частоту випромінювання, розроблено випромінювач ЕМ поля НВЧ коливань, що поміщається у шлунковий зонд. Проведено моделювання розподілу ЕМ поля для різних випадків. Спільно з ІЗНХ АМН України проведено експериментальні дослідження на органах свині, визначено потужність випромінювання і температуру нагріву, вплив експозиції, а також вплив ЕМ поля на інші органи (серце, легені і т.д.). (д.ф.-м.н. Іванов В.К., к.ф.-м.н.  Сілін О.О.)

2009 р.
НДР «ІРІДІЙ»

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами.

На сучасному етапі розвитку засобів дистанційного зондування Землі великий практичний інтерес представляють оцінки поверхні що підстилає (оцінки переходу поверхні з одного стану в інший) і розпізнавання типу поверхні. Останніми роками перспективними напрямами в дослідженні різноманітних структур є використання математичних методів, заснованих на застосуванні нелінійних процедур (реконструкція аттракторів, фрактальний аналіз, вейвлет-аналіз).

Нами була розглянута можливість застосування теорії радіохвиль для розпізнавання типу поверхні при дистанційному зондуванні Землі. Основними елементами експериментальної установки були когерентно імпульсна РЛС (l=1.8 см, τи = 0.4 мкс), цифровий осцилограф і ПЕОМ.

Експериментальні дослідження проводилися на полях Харківського національного університету ім. В.В. Докучаєва.

Для забезпечення різних кутів зондування поверхонь в ході експерименту використовувалася автовежа, на якій розташовувався антенний блок РЛС. Висота підйому антени складала: h1 = 5.8м, h2 =10.2м.

Використовувалися наступні типи поверхонь: озимина, стерня + рілля, рілля, рілля + трава, стерня соняшнику.

Для вирішення завдання розпізнавання типу поверхні використано метод аналізу структури тимчасового ряду з розрахунком фрактальних розмірностей. На основі аналізу отриманих результатів було встановлено:

– використання фрактальної розмірності при розпізнаванні типу поверхні що підстилає дозволяє виділити приховані закономірності форми сигналу з виходу ППЧ ;

– за допомогою фрактальних сигнатур добре розділяється рілля і поверхні з рослинністю(озимина, стерня + рілля, стерня).

При проведенні подальших досліджень доцільно розглянути можливість застосування розробленого методу для розпізнавання різних поверхонь великої площі.  (д.ф.-м.н. Іванов В.К, д.т.н. Пащенко Р.Е,Фатєєв О.С).

Оброблено багаточастотні радіолокаційні експериментальні дані що отримані з борту літака-лабораторії «Марс» для різноманітних грунтів: пісків центральних Каракумів, чорноземів та інших ґрунтів  Центральної та Східної України. Необхідність таких даних потрібна для рішення як прямої так і зворотної задачі підповерхневого зондування. Також ці дані було використано для визначення на радіозображеннях проявів геологічних структур на поверхні землі.

Експериментально показано можливість визначення проявів підповерхневих об’єктів, геологічних структур і родовищ корисних копалин, а також визначення їх параметрів з використанням даних багатоканального радіолокаційного зондування, зокрема, багаточастотних і поляризаційних методів. Проведено тематичну інтерпретацію багатоканальних радіозображень отриманих з борту літака лабораторії що дозволила надійно ідентифікувати підземні укриття, трубопроводи та ряд інших об’єктів техногенного та природного характеру. Підтверджено високу проникливість радіохвиль дециметрового та метрового діапазонів, що дозволяє проводити томографію поверхні разом з датчиками сантиметрового та міліметрового діапазонів, найбільш чутливими до шорсткості та вологості поверхні, що підстилає.

Проведено обробку радіолокаційних експериментальних даних отримані з борту літака–лабораторії, що дозволять в майбутньому створити методики аерокосмічного моніторингу підтоплень ґрунтів на великих площах та отримувати  оцінку їх характеристик. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.). 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Проведено обробку даних, які були одержані у трьох пунктах спостережень Шуманівського резонансу (ШР): Лехта (Карелія, Росія), Мошири (Хоккайдо, Японія) , та Вест Гринвіч (Род Айленд, США). З цією метою О.В. Швеця було командировано до Університету електрозв’язку (Токіо, Японія), де у співробітництві із японськими та американськими колегами було створено базу даних усереднених спектрів ШР для трьох пунктів.

Одержано розв’язки зворотної задачі щодо реконструювання просторового розподілу світової грозової активності за результатами спостережень у трьох вище зазначених пунктах. Проведені дослідження показали перспективність запропонованого авторами методу реконструкції щодо створення карт світової грозової активності за даними аналізу записів ШР. За результатами цих досліджень опубліковано статтю та зроблено доклад на міжнародному симпозіумі у Японії.

Підготовлено кандидатську дисертацію присвячену обробці і аналізу експериментальних даних та розробці ефективних моделей світової грозової активності, що відповідають результатам  довгострокових спостережень глобального електромагнітного резонансу в обсерваторії, розташованій у Карелії (Росія)

Вдосконалено методи дослідження нижньої іоносфери із використанням природних сигналів – атмосфериків, які  відображають властивості поперечного резонансу порожнини Земля – іоносфера. За результатами роботи подано до друку статтю.

Розв’язки, що отримані безпосередньо у часі, були використані для зіставлення із результатами зарубіжних спостережень, що виконані із унікально високим часовим квантуванням в обсерваторії із надзвичайно низьким рівнем індустріальних завад. Це дозволило продемонструвати високу взаємну відповідність даних та водночас уточнити відстань до потужних блискавок, які служили джерелом імпульсних сигналів. Одержано оцінку точності глобальної локації потужних блискавок із одного пункту спостережень без застосування спектральної обробки сигналу. Результати опубліковано у статтях (вітчизняні та міжнародні видання) і доповідях на міжнародних конференціях в Чикаго (США) та Санкт-Петербурзі (Росія).

Було розроблено модель для обчислювання електромагнітного поля в середній атмосфері над блискавкою, що має загнутий канал (Г–канал). Було враховано послідовне випромінювання окремих частин каналу розряду та відбиття радіохвиль від поверхні землі та нижньої іоносфери. Показано, що наявні поля здатні створити структури аналогічні “червоним спрайтам”. Результати було опубліковано у вітчизняних та міжнародних наукових журналах та у доповідях на міжнародних конференціях в Чикаго (США) та Санкт-Петербурзі (Росія). (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., д.ф.-м.н. Швець О.В,  Яцевич О.І.) 

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею.

Відомо, що ультракороткі хвилі поширються далеко за горизонт (дальнє тропосферне поширення – ДТП) за рахунок розсіяння випромінювання на флуктуаціях коефіцієнта заломлення, а також за рахунок відбиття від підведених інверсійних шарів.

Для проведення аналізу рівнів сигналів в області ДТП використано дані досліджень 28-ої Радянської Антарктичної експедиції, яка була найповніше забезпечена метеорологічними, радіометеорологічними і радіофізичними дослідженнями.

Радіофізичні дослідження проводилися на 4 частотах: F1 =150 Мгц, F2 =600 Мгц, F3 = 3Ггц і F4 = 10 Ггц. Вимірювання проводилися в основному в області ДТР. Метеорологічні умови були близькі до стандартних, висота приводного хвилеводу не перевищувала 6 м, градієнт коефіцієнта заломлення в нижньому кілометровому шарі мав значення 0,035 ± 0,003 N од./м.

Аналіз результатів показав, що радіометеорологічні умови в літній період над Південним океаном відповідають усередненим стандартним радіометеоумовам над сушею в середніх широтах в зимовий період. В той же час спостерігається відмінність в частотній залежності множника ослаблення, обумовлена повільнішим спадом рівня сигналів на вищих частотах. Це пов’язано з нижчою висотою приграничного шару і, як наслідок, з сильнішими анізотропними флуктуаціями на межі приграничного шару. Результати попереднього аналізу і оцінки впливу висоти і величини Cn на межі приграничного шару на величину ослаблення сигналу в зоні ДТР дають задовільну згоду. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.А.) 

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

Досліджено процеси локальної НВЧ гипертермії внутрішніх органів сільськогосподарських тварин, яка представляє істотний інтерес з погляду її впливу на процеси росту.

Для локального нагріву тканин органів електромагнітним полем НВЧ використовувалися компактні випромінювачі контактного типу (аплікатори), які підключалися до генератора НВЧ за допомогою коаксіального кабелю.

Для вибору оптимального режиму опромінювання (частоти, потужності, що підводиться до аплікатору, і тривалості сеансу) необхідно знати створюваний аплікатором розподіл за об’ємом конкретного органу величини питомої поглинаємої потужності і пов’язаний з нею розподіл і динаміку зміни поля температур протягом сеансу.

Безпосередньо контролювати ці величини не видається можливим. Тому була розроблена методика чисельного моделювання процесу НВЧ нагріву внутрішніх органів шляхом сумісного розв’язання методами кінцевого інтегрування електродинамічної і теплової (рівняння біотеплового переносу) задач. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., , к.ф.-м.н. Сілін О.О.)

2010 р.
Радіофізичні методи та засоби в задачах моніторингу зовнішнього середовища і в біомедичних застосуваннях» , НДР «ІРІДІЙ» 

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами.

Проведено дослідження проявів поверхневої води і підтоплень ґрунту за допомогою даних авіаційного дистанційного зондування та наземних вимірювань, яке переконливо підтвердило ефективність використання для цього комбінованого повітряного радіолокаційно – інфрачервоного дистанційного зондування. При цьому радіолокаційні засоби дозволяють незалежно від умов освітленості, хмарності тощо виявляти і картографувати поширення води на поверхні суші (наприклад, в результаті повені), вирішуючи завдання оперативного моніторингу паводкових процесів. Інфрачервоні дані дистанційного зондування за умов проведення денної та нічної зйомки тих же територій дозволяють виявити і картографувати прояви як поверхневої води, так і підповерхневого зволоження (підтоплень) ґрунтів. Теплові контрасти зображень зон підтоплень на ІЧ зображеннях досягають 4 – 500С щодо незволожених ділянок, що дозволяє з високою надійністю їх відрізняти від інших утворень. За допомогою радіолокаційної інформації РБО (8-мм діапазону радіохвиль, які досить чутливі до польової рослинності) можливо нормувати ІЧ зображення зон підтоплень зменшуючи при цьому маскуючий вплив поверхневої рослинності, яка значно підвищує вірогідність одержуваних даних.

Результати проведеного наземного тестування підтверджують інформацію про ділянки підтоплень, які були виявлені при дистанційному авіаційному зондуванні.

Таким чином, результати роботи переконливо показали ефективність методики сезонного комбінованого повітряного оптико – радіолокаційно – інфрачервоного дистанційного зондування паводкових явищ і підтоплень, а також необхідність проведення подальших досліджень спрямованих не тільки на відпрацювання методів якісного виявлення підтоплень але і на створення та відпрацювання методів кількісного аналізу, тобто оцінювання ступеня поверхневою і підповерхневого зволоженості грунтів на великих площах, що надзвичайно важливо для прогнозування стану озимих посівів і попередження критичних ситуацій і катастроф (що викликані повенями і підтопленнями). (Іванов В.К.,Яцевич С.Є., Єгорова Л. ). 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Промодельовано динаміку просторово-часового розподілу імпульсного електричного поля в мезосфері над позитивним пробоєм, канал якого зігнуто на зразок літери Г (Гава). Канал пробою містить вертикальну і горизонтальну секції, тому тік блискавки спочатку рухається вертикально вгору, а потім повертає в горизонтальному напрямі. Тому спочатку з’являється випромінювання вертикальної секції, а потім – горизонтальної. Останнє комбінується з хвилею, відбитою|відбивати| від землі, і в атмосфері спостерігається три послідовні імпульси від зігнутого одиночного розряду. Затримка між імпульсами залежить від величини швидкості руху хвилі току по каналу блискавки. Всі три імпульси багато разів відтворюються завдяки послідовним відбиттям від нижньої межі іоносфери і від межі земля – повітря. При цьому виникають структури, подібні М-компоненті, що часто спостережується в негативних пробоях. Взаємне накладення імпульсів створює нестаціонарну тонку структуру в просторовому розподілі електричного поля, яка існує не менше 2 мілісекунд, а амплітуда поля перевищує поріг утворення т.з. «тікаючих електронів». Оцінки вказують на спроможність фокусування електронів в мезосфері імпульсним полем блискавки. При реалістичних швидкостях часток і величинах полів бунчировка електронів відбувається на відстанях близько 10 км. від області взаємодії часток з імпульсним полем і запізнюється від моменту взаємодії на декілька мілісекунд. Таким чином, концепція зігнутого каналу пробою може виявитися продуктивною при інтерпретації формування об’єктів, що світяться, таких як «red - sprite».

Проведено зіставлення розрахункових і спостережуваних експериментально часових форм природних імпульсних наднизькочастотних (ННЧ) випромінювань, джерелами яких служать порівняно рідкісні надпотужні блискавки. Продемонстровано, що форма імпульсів, передбачена теоретично, спостерігається, якщо в досліді використовується широкосмуговий приймач без режекторних фільтрів, а обсерваторія розташована в місці з виключно низьким рівнем індустріальних перешкод. Особливу увагу приділено виділенню сплесків ННЧ випромінювань з-під могутніх індустріальних перешкод 50 Гц, для чого використовується сингулярний спектральний аналіз.

Проаналізовано результати спостережень сигналів передавача ННЧ (обсерваторія Моширі (Японія, Хоккайдо). Після спектральної обробки на добових і сезонних масштабах часу було досліджено наступні характеристики поширення ННЧ радіохвиль: амплітуда штучного сигналу, поляризація сигналу, пеленг джерела. Показано, що виміряна амплітуда радіосигналу близька до опублікованих даних. Радіохвиля, що приходить, виявилася поляризованою лінійно, що полегшило пеленгацію джерела. Виявилось, що не тільки поляризація хвилі на частоті 82 Гц лінійна, але і кут її приходу в точку спостереження збігається з геометричним. Таким чином, анізотропія іоносфери не робить помітного впливу на поширення радіохвиль на робочій частоті передавача. (Ніколаєнко О.П., Швець О.В., Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею.

Проведено аналіз масиву експериментальних даних, отриманих в ході експедицій в тропічній і субтропічній областях Атлантичного океану в період з травня по липень 1979 р., з метою з’ясування взаємозв’язку між висотою хвилеводу випаровування, що визначається за стандартними гідрометеорологічними вимірюваннями, і ослабленням сантиметрових радіохвиль в області за обрієм. Підтверджено, що у вище вказаних районах Атлантичного океану для низько розташованих антен основним механізмом поширення трьохсантиметрових радіохвиль на відстані до 100 – 200 км. є хвилевід випаровування. Проведене зіставлення ефективної висоти хвилеводів випаровування, оціненої по виміряних значеннях множників ослаблення використовуючи метод покрокового розбиття для вирішення параболічного рівняння, і висоти, визначеної по стандартних гідрометеорологічних вимірах показало, що вплив додаткових чинників таких як флуктуації коефіцієнта заломлення і так далі, можна врахувати, якщо в середньому зменшувати висоту хвилеводу, що отримується по метеоданим, на 3 м для малих висот, на 2 м для середніх і на 1 м для великих. (Іванов В.К, Шаляпін В.М., Левадний Ю.А..) 

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

Показано, що при навантаженні відкритого кінця коаксіальної лінії на шар середовища, який міститься на тонкій підкладці з метаматеріалу, на частотній залежності коефіцієнта відбиття з’являються резонансні мінімуми, зумовлені ефективним збудженням магнітно-поперечної поверхневої хвилі на межі звичайного середовища і метаматеріалу.

На основі цього явища запропоновано модифікацію методу вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин коаксіальним зондом, яка потребує лише амплітудних вимірювань коефіцієнта відбиття і регулювання товщини шару рідини, що зондується з точністю 0,01 мм. При цьому вимірювання в смузі частот близько 10% можуть забезпечити визначення діелектричної проникності одним і тим же зондом в діапазоні її значень не менше декади з погрішністю менше 5%.

Ці результати можуть сприяти розробці перспективних високоточних приладів для вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин у медицині,  та інших областях науки і промисловості.

У ході спільних робіт зі співробітниками Інституту загальної та невідкладної хірургії АМН України експериментально доведено ефекти впливу КВЧ електромагнітного випромінювання на мікроорганізми та антигрибкові препарати.

Для КВЧ діапазону виявлена залежність біологічного відгуку на частоти ЕМ опромінення. Встановлено, що опромінення в дискретних смугах частот може бути стимулюючим, нейтральним та пригнічуючим. Спостерігається залежність біологічного відгуку від терміну впливу сигналу. (Іванов В.К, Стадник О.М., Сілін О.О.)

2011 р.
Радіофізичні методи та засоби в задачах моніторингу зовнішнього середовища і в біомедичних застосуваннях. НДР «Ірідій»

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами.

Створено теорію багатокутової (стерео) діагностики нафтових забруднень морської поверхні. Доведено, що при розрахунках теоретичних залежностей радіолокаційних контрастів морської поверхні, що вкрита нафтовою плівкою, необхідно враховувати час і умови розтікання нафтової плівки. Запропоновано радіолокаційний двохкутовий метод оцінки товщини нафтової плівки. За даними зондування під різними кутами акваторії родовища Нафтові Камені у Каспійському морі одночастотними космічними РСА (ERS-1/2, Envisat-1) отримано попередні оцінки товщін нафтової плівки, які співпадають з результатами оцінок іншими радіолокаційними методами.

За результатами теоретичного аналізу впливу сейсмічних явищ на хвилювання морської поверхні установлені характерні радіолокаційні ознаки проявів сейсмічних хвиль на морській поверхні, що підтверджуються на  даними радіолокаційного зондування Чорного та Андоманського морів космічними радіолокаційними системами

На базі аналізу та узагальнення сучасних радіолокаційних даних обґрунтовано можливість моніторингу проявів циклонічної діяльності у вигляді опадів, що тільки що випали, на теренах України, розроблені методичні рекомендації з використання супутникової радіолокаційної інформації при спостереженні зон випадіння опадів у різних погодних умовах; розглянуто подальший розвиток моделі розсіювання радіохвиль земною поверхнею з урахуванням великомасштабного рельєфу місцевості в умовах радіолокаційного космічного моніторингу. (Матвєєв О.Я.,  Цимбал В. М, Боєв А.Г.)

Експериментально доведено реально високу ефективність методу радіолокаційно-радіотеплового моніторингу проявів зволоження грунту внаслідок підйому рівня грунтових вод (проявів процесів підтоплення) шляхом добового денного та нічного зондування в умовах мінімальної вегетації рослинності (осінь, весна); відпрацьовані методи суміщення радіолокаційних та радіо теплових зображень з топографічними мапами та розбудови тематичних карт проявів зволоження поверхневого грунту для інтегрування в сучасні геоінформаційні системи; сформульовані рекомендації з створення комплексних методів та систем моніторингу процесів підтоплення грунтів.  (Цимбал В. М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є., Єгорова Л. ). 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Протягом 2011 р. продовжено дослідження поширення радіохвиль в діапазоні частот шуманівського резонансу. Основну увагу було приділено інтерпретації успішних результатів спостереження «параметричного» ННЧ сплеску і розробці реалістичної моделі джерела, що узгоджується зі спостереженнями. Параметричний сплеск виник при раптовій модифікації проміжку Земля-іоносфера під час галактичного гамма спалаху 27 грудня 2004. Розроблено модель джерела, що пояснює появу імпульсного випромінювання за рахунок стрибка струму витоку іоносфери. Зміна останнього пов’язана з різким збільшенням провідності повітря під впливом космічного іонізуючого випромінювання. Сам параметричний ННЧ сплеск вдалося виявити в безперервних записах обсерваторій Огава і Моширі (Японія), Каримшино (Росія) і Есранге (Швеція). (Ніколаєнко О.П.)

Розв’язано задачу про моделювання впливу провідних об’єктів, розміщених у районі вертикальної електричної антени, на її діючу висоту. (Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І.)

Продовжено розвиток методів локації розподілених у просторі і точкових джерел наднизькочастотних випромінювань – грозових розрядів. Показано, що роздільне використання спектрів шуманівського резонансу, одержаних з горизонтальних ортогональних магнітних антен дозволяє істотно поліпшити результати томографічної реконструкції розподілу світової грозової активності в умовах обмеженої кількості пунктів спостереження. Вдосконалено методику визначення дальності до блискавки і середньої висоти іоносфери вздовж траси поширення твік-атмосферика від блискавки до спостерігача на основі аналізу дисперсійних характеристик сигналів.  (Швець О.В.,Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І., Горишня Ю.В.) 

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею.

Проведені розрахунки структури поля сантиметрових і міліметрових радіохвиль методом чисельного рішення параболічного рівняння в області прямої видимості і півтіні по реально виміряними профілям коефіцієнта заломлення показали гарний згоду з експериментальними даними. Показано, що на міліметрових хвилях, навіть при нормальній рефракції, спостерігається спотворення пелюстковій структури, що полягає у звуженні і притисненні до поверхні моря першої пелюстки і зміщення наступних пелюсток вгору. При сильній рефракції і зміні профілю вздовж траси розповсюдження відбувається руйнування пелюсткової структури починаючи з близької відстані.  (Іванов В.К, Шаляпін В.М., Левадний Ю.А.).

Удосконалено методику прогнозування ймовірності безперебійної роботи РЛС на прикладі одного з регіонів України із залученням метеостатістичних відомостей про тривалість випадання дощів в ньому і узагальнені теоретичних даних за коефіцієнтами ослаблення і відбиття від дощів. Для терагерцового діапазону хвиль запропоновано і зіставлено з емпіричними даними новий розподіл дощових крапель за розмірами, який в області дрібних крапель спирається на опубліковані результати вимірювань японських авторів, а в області більших – на один з традиційно використовуваних в мікрохвильовому діапазоні розподілів, зберігаючи при цьому всі його достоїнства.

(Малишенко Ю.І) 

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами.

На основі проведених експериментальних досліджень діелектричних властивостей біологічних тканин в міліметровому діапазоні довжин хвиль запропоновано та методом чисельного моделювання оптимізовано конструкцію випромінювача для низькоенергетичної внутрішньопорожнинної КВЧ терапії. Розроблено та надано Інституту загальної та невідкладної хірургії АМН України рекомендації що до його застосування. Ці результати можуть стати основою при розробці перспективних  приладів і методик для лікування запальних процесів. (Іванов В.К, Стадник О.М., Сілін О.О.)

2012 р.
«Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери Землі та біологічних об’єктів». Шифр «ІНДЕКС» 

Вивчення властивостей довкілля, в тому числі аграрних територій, а також проявів надзвичайних ситуацій на морській поверхні і суходолі дистанційними аерокосмічними методами.

Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону, на якому спостерігаються прояви підповерхневого перезволоження ґрунтів внаслідок процесів підтоплення територій, авіаційним комплексом дистанційного зондування АКДЗ-30. Доведено, що на результати радіотеплового моніторингу проявів перезволоження ґрунту суттєвий вплив здійснює шар рослинності. Використання сучасних методів обробки та аналізу сумісно денної, нічної зйомки сканером ІЧ діапазону та радіолокатором бокового огляду у вигляді розбудови «багатовимірного простору ознак» дозволяє в значній мірі компенсувати вплив рослинності (для сухого осіннього періоду) та, на відміну від існуючих методів,  суттєво підвищує достовірність даних моніторингу проявів перезволоження ґрунтів внаслідок підтоплення. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є., Єгорова Л.А, Матвєєв О.Я.).

Проведено дослідження щодо виявлення і розпізнавання руху групи людей на обмежено відкритих ділянках місцевості та руху безпілотного літального апарату вертолітного типу з використанням створеної експериментальної радіолокаційної установки. Обробка отриманих сигналів з використанням методів нелінійної динаміки дозволила створити нову методику розпізнавання руху об’єктів, що покращує якість їх розпізнавання. (Іванов В.К., Пащенко Р.Є., Фатєєв О.С., Цюпак Д.О.)

 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

В результаті обробки  даних синхронного моніторингу шумановського резонансу (близько двох років записів) в обсерваторіях в Японії, Росії та США вдалося отримати добову – сезонну динаміку світової грозової активності. Користуючись тими ж даними вдалося розв’язати  зворотну задачу в формально строгій постановці та побудувати карти глобального розподілу гроз для окремих годин доби.

Завершено аналіз параметричного сплеску СНЧ радіовипромінювання, який був викликаний галактичним гамма спалахом від 27 грудня 2004.

Розроблено поліпшену методику обробки сигналів твік-атмосфериків, яка дозволяє не тільки локалізувати блискавки, що породили випромінювання, але й визначити часові зміни ефективної висоти нічної іоносфери із точністю до кількох сот метрів. (Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І., Горишня Ю.В.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами.

Досліджено фізичні моделі та протестовано алгоритми чисельного моделювання процесів поширення та фокусування електромагнітних полів у шаруватих середовищах, що складаються зі звичайних та штучних матеріалів з поглинанням. (Сілін О.О, Стадник О.М.)

Промодельовано розсіювання та фокусування плоскої електромагнітної хвилі, що падає на металевий циліндр із діелектричним покриттям. У якості останнього розглядалося також і ліве середовище. Показано, що нанесення покриттів не може знизити відбивну здатність об’єкту у скільки-небудь широкому діапазоні НВЧ. (Ніколаєнко О.П.)

Вивчення впливу дощів на поширення зондувальних радіосигналів міліметрового та субміліметрового діапазонів та розробка досконалих дощомірних метеоприладів.

Розраховано індикатриси розсіювання радіохвиль субміліметрового діапазону в дощах різної інтенсивності і температури. Ці нові результати необхідні при теоретичному розгляді рівнянь переносу субміліметрового випромінювання в атмосфері Землі.

Завершено перший етап розробки і виготовлення вузлів установок для вимірювання коефіцієнтів ослаблення радіохвиль мм діапазону в дощах для накопичення даних кумулятивних розподілів з високим тимчасовим дозволом. Ці дані є фундаментальною основою для майбутньої розробки ліній передач широкосмугових радіосигналів мм діапазону.

Для опису характеристик дощів розроблено макети швидкісних дощомірів (з постійною часу менш 10 с). Вони можуть бути впроваджені в практику метеоспостережень для накопичення в різних регіонах України метеостатистичних відомостей про тривалість випадання дощів з високою часовою роздільністю. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В) 

У ЛАБОРАТОРІЇ №34/1

При виконанні НДР «Лотос-5» в 2012 р.: на основі аналізу можливостей сучасних супутникових радіолокаційних систем з моніторингу неоднорідності морської поверхні, що виникають при аварійних розливах нафти та сейсмічній активності на морській акваторії; сформульовано вимоги до умов спостереження та параметрам таких систем; виконано теоретичне моделювання процесів розсіювання на вищевказаних неоднорідностях; запропоновано новий метод оцінки кількості розлитої на морській поверхні нафти за даними багатокутового радіолокаційного зондування, що дозволяє реалізувати регулярний моніторинг районів видобування та транспортування нафти за допомогою існуючих супутникових систем ДЗЗ з метою своєчасного виявлення та визначення параметрів забруднення; виявлено особливості проявів морських хвиль сейсмічного походження, атмосферних гравітаційних хвиль та внутрішніх хвиль при радіолокаційному моніторингу поверхні моря. (ЦимбалВ. М, Матвєєв О.Я., Бичков Д.М., Єфімов В.Б)

2013 р.
Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери Землі та біологічних об’єктів. (Шифр «Індекс»)

Вивчення властивостей довкілля, в тому числі аграрних територій, а також проявів надзвичайних ситуацій на морській поверхні і суходолі дистанційними аерокосмічними методами.

Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону попередньо дренованого болота, на якому спостерігаються прояви як підповерхневого перезволоження ґрунтів внаслідок неробочого стану меліоративної системи та процесів підтоплення територій, а також прояви саморозігріву шару торфу, що передує його займанню, авіаційним комплексом дистанційного зондування АКДЗ-30. Доведено, що використання сучасних методів обробки та аналізу сумісної денної, нічної зйомки сканером ІЧ діапазону та радіолокатором бокового огляду (для сухого осіннього періоду) дозволяє виявляти та картографувати ці небезпечні явища. Також виявляються попередні ознаки вірогідності розвитку процесів низькотемпературного саморозігрівання у товщі торф’яників.

Науково-практична значимість отриманих здобутків визначається тим, що значна частина території України вкрита забалотованими ґрунтами.  Показано можливість дистанційного виявлення та ідентифікації проявів під поверхневих теплових аномалій (перезволоження або само-розігрівання) у залежність реальних коефіцієнтів випромінювання та поглинання компонентів системи грунт – рослинний покрив – атмосфера.

Створені методи активно-пасивного (радіолокаційно –  термального ІЧ) послідовного денно-нічного зондування у сухий осінній період дозволяють надійно виявляти, ідентифікувати  та картографувати зони ґрунтів, де розвиваються процеси як перезволоження раніш осушених забалотованих ґрунтів, так і самозаймання торф’яників. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є.).

У роботі розглянуто питання фрактальної обробки даних дистанційного зондування сільськогосподарських полів. Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону РБО-08 літаком-лабораторією ІЛ-18Д та ШСЗ SPOT. Отримано тематичні карти на яких виділені зони з різноманітним ґрунтовим покривом. Показано, що в результаті застосування аерокосмічної ІЧ і радіолокаційної зйомки сільськогосподарських полів та використання фрактального апарату для тематичної обробки отриманих зображень, виникає хороша перспектива моніторингу стану ґрунтів для проведення широкомасштабного обстеження гумусного стану чорноземів України. (Іванов В.К., Пащенко Р.Е., Яцевич С.Є., Єгорова Л.А.).

Виконано відбір радіолокаційних зображень ASAR Envisat-1, ERS-1, ERS-2 Каспійського моря, отриманих в межах проекту №11140 з ESA, для подальшого аналізу проявів нафтових забруднень та сейсмічних явищ на морській поверхні. Розроблено методику попередньої обробки РЛЗ з допомогою програми NEST 4B-1.0. Дані, що отримані за методикою, були використані для оцінки товщини нафтової плівки на акваторії родовища Нафтові Камені (Азербайджан) за допомогою багатокутового радіолокаційного методу. Для підвищення вірогідності інтерпретації даних багатокутової радіолокаційної зйомки нафтових забруднень апробовано нову модель розтікання нафти, розроблену колегами з МГІ (м. Севастополь). Розроблені пропозиції з удосконалення моделі. (Матвєєв О.Я. Цимбал В.М., Бичков Д.М., Шеліховський С.В.)

Розглянуто можливість застосування теорії нечітких множин для вирішення завдання визначення характеру паводкових повеней. Введений нечіткий опис чинників впливу на масштаби паводкової повені. На основі такого опису розроблено метод визначення масштабів паводкових повеней, який дозволить підвищити якість ухвалення рішень під час усунення наслідків повеней.

Визначено основні напрями модернізації PЛC 1РЛ133 “Кредо”, яка дозволить підвищити показники якості виявлення і розпізнавання різноманітних об’єктів у різних умовах. (Іванов В.К., Пащенко Р.Е., Фатєєв О.С., Цюпак Д.О.) 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

Проведено розрахунки сплесків ННЧ випромінювань в частотній та часовій формах з метою порівняти дані, що були одержані для різних моделей нижньої іоносфери. Особливу увагу було приділено впливу на дані вимірювань типового ННЧ приймача з режекцією індустріальних сигналів частотою 50 Гц. Продемонстровано, як типовий приймач спотворює імпульсну форму сигналу, що реєструється. Така модифікація ускладнює ідентифікацію полярності джерела поля та визначення відстані до джерела імпульсного випромінювання. Було запропоновано та випробувано компенсацію впливу приймача, що підвищує точність вимірювань.

Подальший розвиток отримала методика одночасної оцінки висоти нижньої іоносфери та відстані до джерела із записів твік–атмосфериків. Ураховується та компенсується дисперсійна характеристика хвильоводу, що значно підвищує точність вимірювань як дистанції, так й ефективної висоти іоносфери. Продемонстровано, що ефективна висота хвильоводу зменшується, якщо номер гармоніки твік–сигналу зростає. Нова методика дозволила оцінити висотну шкалу нижньої іоносфери величинами між 0,4 та 2,5 км.  (Яцевич О.І, Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Горишня Ю.В.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами.

Розв’язано та чисельно промодельовано задачу про випромінювання елементарного електричного диполя, розташованого горизонтально над плоскою межею поділу пасивних звичайного та лівого середовищ. Показано, що електромагнітне поле диполя, що проникає в півпростір з метаматеріала, фокусується в ньому, тобто просторовий розподіл поля має явно виражений максимум зі складною інтерференційної структурою. Досліджено залежність фокусування від положення і орієнтації диполя, а також величини втрат у метаматеріалі. Показано, що здатність фокусувати має саме межа поділу звичайного та лівого середовищ, а не кожне з них окремо.

Отримані результати поглиблюють наші уявлення про фізичні механізми фокусування електромагнітних хвиль на межі звичайного та лівого середовищ та можуть бути базою для розробки пристроїв фокусування електромагнітних полів з використанням метаматеріалів (лівих середовищ). (Сілін О.О, Стадник О.М.)

Розглянуто задачу про розсіяння та дифракцію плоскої радіохвилі на циліндрах із металу та діелектриків із різноманітними покриттями, включаючи метаматеріали. Це дозволило з успіхом застосовувати одержані розв’язки при моделюванні розсіяння терагерцевих хвиль нано-трубками та нано-циліндрами із благородних металів за покриттям та без нього.  (Ніколаєнко О.П.)

Вивчення впливу дощів на поширення зондувальних радіосигналів міліметрового та субміліметрового діапазонів та розробка досконалих дощомірних метеоприладів.

Виконано розрахунки кутових характеристик розсіювання ЕМ хвиль мм та субмм діапазонів (індикатрис розсіювання) у дощах в межах сферичної моделі крапель – для різних температур та інтенсивностей дощів. Такі дані були відсутні для субмм діапазону, у той час коли вони необхідні при вирішенні рівнянь переносу ЕМ випромінювань на терагерцних частотах в середовищах з полідисперсними розсіювачами, а також при оцінці перешкод в роботі РЛС та ліній зв’язку в дощових умовах.

Ведеться підготовка до вимірювань характерних для нашого регіону кумулятивних розподілів інтенсивності дощових опадів і відповідно – послаблення мм та субмм хвиль у них. На цей час зроблена апаратура для двох експериментальних установок, а саме, для частот 33ГГц та 93 ГГц. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В)

2014 р.
Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери землі та біологічних об’єктів, (ШИФР «ІНДЕКС»)

Вивчення властивостей довкілля, в тому числі аграрних територій, а також проявів надзвичайних ситуацій на морській поверхні і суходолі дистанційними аерокосмічними методами.

Створено та вперше отримано результати відпрацювання методики автоматичної ідентифікації небезпечних підповерхневих явищ на болотах, що були осушені – перезволоження ґрунтів, розігрівання та самозаймання органічних матеріалів (торфу, сіна, соломи тощо). Методика розбудована на комплексному використанні добових даних авіаційного дистанційного зондування термального інфрачервоного діапазону та радіолокаційних даних. Для відпрацювання методики було використано процедуру кластерізації дистанційних даних денної та нічної радіолокаційно-радіотеплової зйомки у трьохвимірному просторі інформаційних ознак. Отримані в режимі автоматичного розподілу результати підтверджують перспективність використання цієї методики для практичного аеро-космічного дистанційного моніторингу, що направлений на попередження великих збитків та екологічної шкоди від підповерхневих пожеж та підтоплень.

Отримано позитивні результати відпрацювання методу виявлення (за даними добового радіолокаційно-радіотеплового дистанційного зондування) та картографування у районах підтоплення та заболочування проявів шляхів міграції ґрунтових вод  по прихованим зонам алювіальних відкладень, пов’язаним з руслами древніх річок. Це дозволяє при сполученні з георадарним зондуванням на практиці оцінювати їх фільтрувальну спроможність та відповідно обчислювати компоненти водного режиму зон підтоплення та заболочування. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є.).

Виконано валідацію супутникового радіолокаційного багатокутового методу діагностики нафтових забруднень морської поверхні за допомогою запропонованої моделі розтікання нафти, що враховує найважливіші фізичні процеси впливу на параметри плям розлитої нафти. Поєднання радіофізичних та гідрофізичних методів дозволило отримати достовірну кількісну картину динаміки розвинення нафтових розливів та вказати на джерела і можливі явища, що їх спричинили. Для аналізу використовувалися супутникові радіолокаційні зображення забрудненої нафтою акваторії родовища Нафтові Камені у Каспійському морі, що надані Європейським космічним агентством, та супутникові альтиметричні і радіометричні дані. (Матвєєв О.Я)

Застосовано фрактальний аналіз для зображень з високою об’єктовою насиченістю, що дозволить удосконалити систему формування еталонних зображень кореляційно-екстремальних систем навігації літальних апаратів. (Пащенко Р.Е., Таршин В.А.) 

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища.

З використанням сучасної двохкомпонентної моделі світового розподілу блискавок, що базується на даних спостережень штучного супутника ОTD, виконано порівняння з десятирічними записами шумановського резонансу, що отримані на українській антарктичній станції “Академік Вернадський”. Виявлено дрейф світових гроз на південь або на північ залежно від рівня сонячної активності. Досліджено вплив різних факторів на результати спостережень глобального резонансу. Введено в експлуатацію приймальний комплекс трьох компонент поля для безперервного запису ННЧ – ДНЧ атмосфериків та штучних випромінювань. (Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І, Горишня Ю.В., Кривонос О.П.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами.

Аналітично розв’язано та чисельно промодельовано задачу про випромінювання елементарного електричного диполя, розташованого вертикально над плоским шаром метаматеріалу й досліджено особливості фокусування таким шаром поля диполя. Отримані результати можуть бути базою для розробки пристроїв фокусування електромагнітних полів на основі нових фізичних механізмів.(Сілін О.О, Стадник О.М.) Моделювалося розсіювання радіохвиль на шаруватих циліндричних структурах з мета-матеріалів.(Ніколаєнко О.П.) 

Вивчення впливу дощів на поширення зондувальних радіосигналів міліметрового та субміліметрового діапазонів та розробка досконалих дощомірних метеоприладів.

Проведено розрахунково-теоретичні роботи по обчисленню індикатрис розсіювання радіохвиль субміліметрового діапазону в дощах. Розроблені і виготовлені макети для вимірювання ослаблення міліметрових радіохвиль (λ = 3 мм, λ = 8 мм.) в дощах. Виготовлені макети дощомірів. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В)

2015 р.
Print Friendly