Фундаментальные проблемы регистрации и восстановления радиоголограмм при обследовании неоднородных сред с потерями на примере памятников культурного наследия человечества

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-19-00043

НазваниеФундаментальные проблемы регистрации и восстановления радиоголограмм при обследовании неоднородных сред с потерями на примере памятников культурного наследия человечества

Руководитель Ивашов Сергей Иванович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-605 - Комплексирование и обработка информации в технических системах

Ключевые слова радиовидение, голографичекая подповерхностная радиолокация, бистатическая локация «на просвет», радиотомография, неразрушающий контроль, объекты культурного наследия

Код ГРНТИ13.20.25

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Обычно при использовании радиолокационных методов в качестве среды распространения рассматривают сравнительно однородное пространство с невысоким уровнем поглощения: воздух или космос. Для подповерхностной радиолокации характерны среды с высокой степенью неоднородности и уровнем поглощения: грунты, строительные конструкции, морские и океанские льды и другие. Проблемы, связанные с регистрацией и восстановлением радиоголограмм в подобных средах, требуют разработки соответствующих математических методов и алгоритмов. Одной из областей, которая может стать объектом приложения разработанных методов, являются работы по исследованию и сохранению памятников культурного наследия человечества. Для сохранения и научно-обоснованной реставрации материальных объектов культурного наследия требуется тщательное предварительное изучение их физического состояния и внутренней структуры. При этом должны решаться следующие основные задачи: - определение внутреннего строения объектов; - оценка однородности конструкционных материалов; - выявление скрытых недокументированных элементов; - определение наличия трещин и глубины их распространения; - определение областей с повышенной влажностью. Обычно для решения возникающих задач реставраторы и культурологи используют различные, апробированные на практике методы неразрушающего контроля: рентгеновскую, инфракрасную и акустическую технику, а также другие методы. В последние годы все большее распространение получают радиоголография и радиотомография — методыинтроскопии, позволяющие с помощью радиоволн визуально изучать внутреннее строение объектов, непрозрачных в оптическом диапазоне длин волн. Коллективом авторов проекта разработан новый класс приборов, работающих по данной технологии — голографические подповерхностные радиолокаторы серии «Раскан». Радиолокаторы производятся серийно и поставляются как российским покупателям, так и за рубеж. За разработку радиолокаторов «Раскан» была присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники. Эти приборы используются для неразрушающего контроля композиционных изделий, обследования строительных конструкций, обнаружения подслушивающих устройств и в других областях. Использование радиолокаторов «Раскан» абсолютно безопасно для персонала, так как излучаемая мощность составляет всего 3–5 мВт, что на два порядка ниже уровня излучения сотовых телефонов. Это является значительным преимуществом по сравнению с рентгеновской техникой, ионизирующее излучение которой является опасным при практически любом уровне облучения, и требует принятия особых мер предосторожности. Другим достоинством подповерхностных радиолокаторов является возможность работы при одностороннем доступе к объекту, в то время как рентгеновские установки, за редким исключением, требуют доступа к объекту с двух сторон. Так работают медицинские аппараты или устройства для досмотра багажа пассажиров. Хотя рентгеновские установки обладают потенциально более высоким пространственным разрешением в силу существенно более короткой длины волны по сравнению с излучением СВЧ диапазона, эксперименты, проведенные совместно с НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова, показали, что в некоторых случаях голографические подповерхностные радиолокаторы обладают более высокой чувствительностью к дефектам конструкций по сравнению с рентгеновскими устройствами. Это связано с разным принципом взаимодействия этих типов излучения с веществом. С помощью радиолокаторов «Раскан» уже были обследованы несколько объектов, представляющих собой культурную и историческую ценность. В частности, исследовались полы здания Сената в Санкт-Петербурге, которое переоборудовалось под Конституционный суд РФ. Два других объекта находились в Италии. Это церковь Святого Биаджио (S. Biagio) в провинции Тоскана и крест Святого Марко (Croce di San Marco) во Флоренции. Университет Падуи, Италия, использует радиолокатор «Раскан» для диагностики старинных фресок и мозаик с целью обнаружения более поздних наслоений, которые выполнялись при их ремонте и обновлении в XVI–XIX веках, когда понятий реставрации и сохранения авторского наследия не существовало . В США эти приборы использовались для диагностики деревянных конструкций старых зданий с целью выявления мест, поврежденных термитами. Результаты этих и других исследований по приглашению Министерства культуры РФ были доложены участниками предлагаемого проекта на Международной научно-практической конференции «Наследие, наука и технологии», которая проводилась 15–16 ноября 2017 года в рамках VI Санкт-Петербургского Международного Культурного Форума, и второй Международной конференции «Second International Workshop, “Analysing Art: New Technologies – New Applications”», которая состоялась также в Санкт-Петербурге 25–27 июля 2018 года при содействии Русского музея, а также докладывались на зарубежных конференциях и публиковались в индексируемых международных научных изданиях. Необходимо отметить, что в настоящее время методы радиоволнового обследования практически не используются для диагностики объектов культурного наследия. Исключением являются импульсные подповерхностные радиолокаторы, которые нашли достаточно широкое применение в археологии. Исследование перспективных методов радиовидения в неоднородных средах с потерями и создание на их основе устройств для обследования объектов культурного наследия составляет основную задачу проекта. При этом необходимо решить ряд теоретических и экспериментальных задач по выбору оптимальных диапазонов длин волн в зависимости от решаемой задачи, определению метода просвечивания объекта (с односторонним, двухсторонним бистатическим или, в общем случае, многопозиционным доступом). В ходе проекта будут исследованы и разработаны методы восстановления радиоголограмм на объектах сложной формы и неоднородной внутренней структуры, которые характерны для объектов культурного наследия. При выполнении проекта предполагается выбрать и обследовать объекты, наиболее подходящие для их диагностики с помощью электромагнитного излучения (старинные здания, церкви, другие сооружения и произведения искусства до, во время и после реставрации). Особый интерес представляет разработка методов радиоволновой диагностики пирамиды Хеопса, Египет, в связи с предполагаемым обнаружением в ней скрытых камер с помощью мюонных датчиков, сообщения, о чем появились в последнее время. Методы радиовидения позволят более точно установить расположение и размеры внутренних полостей пирамиды и подтвердить или опровергнуть наличие неизвестных пустот в пирамиде. При этом необходимо разработать численные методы восстановления радиоголограмм для объектов характерной для пирамид формы. Результаты проекта и разработанная аппаратура будут опробованы в первую очередь в процессе реставрации отечественных архитектурных памятников по согласованию с Министерством культуры РФ и Русским музеем, г. Санкт-Петербург.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сергей И. Ивашов, Лорензо Капинери, Тимоти Д. Бектел, Владимир В. Разевиг, Масахару Инагаки, Николай Л. Георгиев, Ахмет Кизилай Design and Applications of Multi-Frequency Holographic Subsurface Radar: Review and Case Histories Remote Sensing, 2021, 13(17), 3487, pp. 1-38. (год публикации - 2021)
10.3390/rs13173487

2. Николай Л. Георгиев, Александр Н. Семенов, Сергей И. Ивашов Approaches to Determining the Attenuation of Electromagnetic Waves From the Centimeter Range in Dielectric Composite Materials Engineering Sciences, IMSEHAC-BAS, LVIII, 2021, No. 3, pp. 72-82 (год публикации - 2021)
10.7546/EngSci.LVIII.21.03.07

3. Бугаев А.С., Ивашов С.И., Разевиг В.В. Использование голографических подповерхностных радиолокаторов для обследования объектов культурного наследия Успехи современной радиоэлектроники, T. 75. № 10. С. 24–38. (год публикации - 2021)
10.18127/j20700784-202110-02

4. Сергей И. Ивашов, Лорензо Капинери, Тимоти Бектел, Владимир В. Разевиг Evaluation of the possibility of using the radio frequency range for the survey of the Great Pyramid Proceedings of the 11th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar, IWAGPR 2021, Valletta, Malta, 1-4th December 2021., pp. 1-4 (год публикации - 2021)
10.1109/IWAGPR50767.2021.9843181

5. Ивашов С.И., Разевиг В.В., Сергеев Д.Л., Бугаев А.С., Фэн Чжоу, Проханова Е.И., Щербакова А.В., Добрынин С.Н., Василенков М. An Example of Microwave Holography Investigation of an Old Orthodox Russian Icon Dated to 19th Century Heritage, Heritage, 2022, 5, 2804-2817 (год публикации - 2022)
10.3390/heritage5030145

6. Разевиг В.В., Бугаев А.С., Ивашов C.И. Сравнение вариантов зондирования "на отражение" и "на просвет" в системах радиовидения малой дальности Журнал технической физики, том 92, вып. 11. С. 1745–1758 (год публикации - 2022)
10.21883/JTF.2022.11.53450.173-22

7. Jian Huang, Xi Yang, Feng Zhou, Xiaofeng Li, Bin Zhou, Song Lu, Сергей Ивашов, Iraklis Giannakis, Fannian Kong, Evert Slob A deep learning framework based on improved self-supervised learning for ground-penetrating radar tunnel lining inspection Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 19 May 2023; 1–20. (год публикации - 2023)
10.1111/mice.13042

8. Сергей Ивашов, Александр Бугаев, Владимир Разевиг Discussion of the Non-Destructive Testing Possibilities for the Study of the Great Pyramid of Giza Heritage, 2023, 6, 5867–5882 (год публикации - 2023)
10.3390/heritage6080308

9. Ивашов С.И., Бугаев А.С., Разевиг В.В., Анфимов Д.Р. The Simplest Assessment of the Possibility of Using Microgravimeters to Search for Unknown Voids inside the Khufu Pyramid Global Journal of Archaeology & Anthropology, Volume 13, Issue 5 - June 2023, pp. 1-8, GJAA.MS.ID.555857 (2023) (год публикации - 2023)
10.19080/GJAA.2023.13.555857

10. Разевиг В.В., Журавлев А.В., Ивашов С.И. Application of Microwave Holographic Subsurface Technology for Non-Destructive Testing of Reinforced Polyurethane Foam Journal of Materials and Polymer Science, J mate poly sci, 2023, 3(4): 1-5 (год публикации - 2023)

11. Разевиг В.В., Бугаев А.С., Ивашов C.И. Comparison of Back-Scattering and Forward-Scattering Methods in Short Range Microwave Imaging Systems Technical Physics, Vol. 67, No. 11, pp. 1512-1524 (год публикации - 2023)
10.21883/TP.2022.11.55184.173-22

12. Сергей Ивашов Research, Development and Applications of Subsurface Radars in the USSR and Russia from the 60s to the Present Days Proceedings of the History of Electrotechnology Conference, 2023 IEEE HistElCon Conference, Florence, Italy, 7-9 September 2023 (год публикации - 2024)

13. Разевиг Владимир, Журавлев Андрей, Ивашов Сергей Application of microwave holographic subsurface technology for non-destructive testing of reinforced polyurethane foam Innovations in Aerospace Science and Technology, Innova Aerosp Sci Technol 1(1): 001-004 (год публикации - 2023)
10.17352/iast.000001

Публикации