Радарно наблюдение и резолюция. Радарен метод за изследване на торфени и сапропелни находища. Газоаналитични методи за мониторинг на проби от въздух и превозни средства, базирани на тях
![Радарно наблюдение и резолюция. Радарен метод за изследване на торфени и сапропелни находища. Газоаналитични методи за мониторинг на проби от въздух и превозни средства, базирани на тях](https://i2.wp.com/physbook.ru/images/1/1e/Img_Kvant-2002-03-014.jpg)
Лившиц М. Разделителна способност на измервателни уреди // Quantum. - 2002. - № 3. - С. 35-36.
По специално споразумение с редакционната колегия и редакторите на сп. "Квант"
Всеки знае, че е необходим микроскоп, за да се преброи например броят на микробите на сцената, телескоп - за да се преброят звездите в небето, радар - за да се определи броят на самолетите в небето и разстоянията до тях.
В тази статия ще говорим за най-важното свойство на физическите устройства - тяхната разделителна способност, т.е. големината на най-малките детайли на обектите на измерване, разграничени по време на процеса на измерване. Разделителната способност е основната характеристика на качеството на използвания измервателен уред (дори по-важна от точността на измерванията). Например, качеството му зависи не само от увеличението на микроскопа. Ако устройството на микроскопа не осигурява отделно възприемане на достатъчно малки детайли на обекта, тогава полученото изображение няма да се подобри дори при значително увеличение на увеличението. Ще получим само по-голяма, но също толкова неясна картина на въпросния обект. В допълнение, самите грешки на измерването могат да бъдат определени само след разрешаване, т.е. след избиране на тази част от обекта от други.
Ще покажем какви физически свойства на дистанционните (безконтактни) измервателни уреди пряко влияят върху разделителната способност, получена при използването им, и какви методи могат да се използват за подобряване на разделителната способност на такива устройства.
Първо, нека дадем количествена оценка. Колкото по-фините детайли на обектите могат да бъдат идентифицирани от дадено устройство по време на процеса на измерване, толкова по-добра (по-висока) е неговата разделителна способност. За различните инструменти има различни дефиниции и различни формули за количествено определяне на разделителната способност в зависимост от целите и методите: например дали разделителната способност на детайлите на обект (микроскоп, бинокъл, телескоп) или отделни линии в емисионния спектър (призма) , дифракционна решетка и други спектрални устройства) се оценява), дали се използва независимост на наблюдението и измерването на координатите на няколко цели (радар, сонар, ехолокатор за животни) и др. Въпреки това, общоприетата основа за количествена оценка на разделителната способност е критерият на Rayleigh, първоначално установен за случай на отделно наблюдение на два точкови източника на светлина (разделителна способност на двойни звезди). Неговото обобщение, което позволява този критерий да се използва в различни случаи, се извършва по следния начин.
Нека входният ефект върху измервателното устройство се състои от два пика, разделени с интервал Δ х; в този случай на изхода на устройството от всеки пик се получава "отговор" под формата на по-разпръснат хпакет с крайна ширина, характеризиращ свойствата на устройството и наречен хардуерна функция (фиг. 1). Тогава резолюцията на Релей се нарича минимален интервал Δ х min между ефектите на два пика, при които общият отговор все още има формата на двугърба крива (фиг. 2, а). Ако намалим Δ х, върхът на общия взрив е сплескан и взривовете се сливат в едно (фиг. 2, b).
Какви параметри на вълните, използвани в дистанционните сензори, определят разделителната способност? Оказва се, че този параметър е степента на кохерентност на вълните (латинската дума „coherent“ означава „свързани“).
Първо, нека си спомним кохерентността на трептенията. Трептенията се наричат кохерентни, ако фазовите разлики и съотношенията на амплитудите на трептенията остават постоянни през цялото време на наблюдение. В най-простия случай две синусоидални трептения \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) и \(~B \cos (\omega t + \beta)\) са кохерентни, където А, IN, α И β - постоянни стойности. Тъй като вълновите процеси се определят от трептения във всички точки на пространството, където съществуват тези вълни, необходимо условие за кохерентността на вълните е кохерентността на трептенията, възникващи във всяка дадена точка на вълната през времето на наблюдение.
По-обща и кратка дефиниция на вълновата некохерентност е, че лъчите светлина или други вълни ще бъдат некохерентни, ако фазовата разлика между трептенията във всички точки в пространството, където тези вълни съжителстват, се променя многократно и неравномерно по време на времето на наблюдение.
Сега ще се опитаме да установим връзка между разделителната способност на измервателния уред и степента на кохерентност на вълната. Това може да се направи най-ясно на примера на радара - метод за определяне на местоположението на обекти с помощта на радиовълни.
Нека си припомним накратко принципа на работа на импулсна радарна станция (радар). Фигура 3 показва блокова схема на радара. Тук 1 - предавател, 2 - антенен превключвател, 3 - антена, 4 - диаграма на излъчване на антената, 5 - приемник, 6 - индикатор. Радарният предавател, използвайки тясно насочена антена, периодично облъчва пространството с краткотрайни поредици от радиовълни (така наречените сондиращи, т.е. „сондиращи“ импулси). Чрез завъртане на антената (или други методи) посоката на излъчване на радиовълните се променя и по този начин се извършва последователно сондиране на по-голям или по-малък сектор от пространството (или кръгов изглед). Импулсите, отразени от различни цели, пристигат (обикновено през една и съща антена) към радарния приемник. В този случай определянето на ъгловите координати на целите се основава на използването на моделите на излъчване и приемане на антената. Ранжиране дпроизведени чрез измерване на времето на забавяне T zap на пристигането на импулса, отразен от целта спрямо момента на излъчване на сондиращия импулс:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
Където ° С- скоростта на светлината. Двете в знаменателя се появяват, защото времето на забавяне е сумата от времето, необходимо на сондиращия импулс да достигне целта и същото време на отразения импулс да достигне радара.
Ъгловата разделителна способност на радара е най-малката ъглова разлика Δ α между направленията на две цели, разположени на една и съща дистанция, при което отразените импулси от тях се наблюдават поотделно. Лесно е да се види, че това съответства на най-простия случай на пространствена некохерентност: онези цели се разрешават (по ъгъл), които не могат да бъдат едновременно ударени от „осветяващото“ радарно лъчение, тъй като посоките върху тях се различават по ширината на лъчението на антената модел (фиг. 4).
Разделителната способност на обхвата на радара е най-малкото разстояние δ rмежду две цели, разположени в една посока, в която се наблюдават поотделно. В така наречените класически радари, синусоидална поредица от вълни с постоянна амплитуда се използва като сондиращ импулс. Това се обяснява по-специално с факта, че такъв влак е лесен за създаване: достатъчно е за кратко да се приложи постоянно високо напрежение към високочестотен генератор (например магнетрон). Еднаквостта на структурата на влака води до факта, че вълните, отразени от различни цели, ще имат еднаква честота (ако се движат към радара с еднаква скорост или ако ефектът на Доплер може да бъде пренебрегнат), в рамките на взаимното припокриване на отразените импулси, те ще бъдат кохерентни и целите ще бъдат напълно разделени, няма да работи. Импулсите, отразени от две цели, ще бъдат некохерентни само когато не съвпадат по време на пристигане в приемника на радара и следователно не се припокриват на екрана на индикатора (фиг. 5).
По този начин разделителната способност на обхвата на тези радари е
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,
Където τ - продължителност на импулса. Можем да кажем, че в разглеждания радар некохерентността на отразените сигнали, идващи от различни цели, се проявява в най-простата си форма: като липса на тяхното съвпадение във времето.
Както се вижда от последната формула, за да се увеличи разделителната способност на обхвата, е необходимо да се намали продължителността на импулса τ . Но това неминуемо води до съответно разширяване на честотната лента. Факт е, че от една страна има фундаментална връзка между продължителността τ сигнал (например счупена синусоида) и ширина Δ ν неговия спектър (по честотната скала), в който е концентрирана основната импулсна енергия:
\(~\Делта \nu \приблизително \frac(1)(\tau)\) .
От друга страна, съвсем ясно е, че обхватът на откриване на целта се определя от енергията на сондиращия и следователно от обратния импулс. Това означава, че когато импулсът се съкрати, мощността на предавателя трябва да се увеличи съответно, което не е лесна задача.
В търсене на изход от тази ситуация радарите поеха по пътя на увеличаване на честотната лента на импулса, без да променят продължителността му: чрез преминаване от синусоидална към по-сложна вътрешна структура на сондиращия импулс. Така се появиха радари с линейно честотно модулирани (chirp) сондиращи импулси (фиг. 6). В този случай се оказва, че връзката между продължителността и ширината на сигнала вече няма да важи за продължителността на импулса τ имп и за кохерентност време τ Ког:
\(~\tau_(kog) \приблизително \frac(1)(\Delta \nu)\) , където \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Вярно е, че за тази цел в радарния приемник се въвежда допълнителен специален филтър, с помощта на който полученият импулс се компресира до продължителност τ s = τ ког. Сега импулсите на екрана на радара ще бъдат разделени на много по-малко разстояние между целите, отколкото в случая при използване на синусоидален импулс:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Това потвърждава неразривната връзка между разделителната способност на дистанционния измервателен уред и степента на кохерентност на вълната: за да се увеличи (подобри) разделителната способност на измервателния уред, е необходимо да се влоши кохерентността на използваните вълни.
Интересно е да се отбележи, че в живата природа развитието в тази посока е отишло още по-далеч. Например, заедно с прилепите, чиито ехолокатори също използват импулси за чуруликане, има така наречените „шепнещи“ прилепи, които използват още повече широколентови шумови импулси, т.е. високочестотни импулси, модулирани от "бял" шум. Те откриват цели при значително по-ниски мощности на излъчване, като същевременно осигуряват по-добра защита за своите локатори от смущения, особено от взаимни смущения, които възникват, когато големи групи от тези прилепи едновременно ловуват насекоми.
Изобретението се отнася до областта на радарното наблюдение с помощта на единични ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали и може да се използва при сондиране на няколко близки обекта, например пластове от асфалтова настилка. Методът се състои в излъчване на N-лобов сондиращ радиоимпулс, непрекъснато приемане на отразения сигнал, интегрирането му N-1 пъти в избран времеви прозорец, откриване и оценка на сигнали от обектите на изследване. Постигнатият технически резултат от изобретението е повишаване на точността на разделителната способност на UWB сензора. 6 ил.
Изобретението се отнася до областта на радарното наблюдение с помощта на ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали с продължителност T и може да се използва при сондиране на няколко обекта, разстоянието между които L е сравнимо с сT, където c е скоростта на светлината в средата , т.е. в условия, при които сигналите, отразени от няколко обекта на изследване, се припокриват. Този проблем възниква например при сондиране на подземни почвени слоеве, по-специално многослойни асфалтови пътни настилки.
Известно е, стр. 24, че всеки сигнал S(t), който може да бъде излъчен от антена, трябва да отговаря на условието: включително единичен многолистов UWB радарен звуков сигнал.
При използване на UWB радарно наблюдение на няколко близки изследователски обекта възниква проблемът с разрешаването на сигнали, получени от един и друг обект. Този проблем се утежнява от наличието на смущения, несъвършено предавателно и приемащо оборудване и много други фактори.
Традиционният начин за предварителна обработка на радарния сигнал, отразен от обект на изследване, е неговото детектиране - избор на нискочестотна функция - амплитудната (комплексна) обвивка на радиоимпулса. Когато работите с UWB сигнали, амплитудната обвивка на UWB сигнала, получена с помощта на преобразуването на Хилберт, не винаги отразява правилно характеристиките на неговата форма стр.17. В този случай потенциално високата разделителна способност на UWB сигналите не се реализира.
Известен патент RU 2141674 - метод за ултрашироколентово радарно наблюдение, който се състои в излъчване на импулс с една антена, получаване на този импулс с друга - отдалечена антена, полученият импулс се забавя, преизлъчва и получава от антена, разположена на мястото на първичното облъчване. Този метод позволява сигналите, получени от антената и от околните структурни елементи, да бъдат разделени във времето. С този метод проблемът с разделителната способност се решава чрез временно разделяне на отразените сигнали.
Недостатъкът на този метод е ограниченият обхват на приложение поради факта, че рядко възниква възможността за изкуствено разделяне във времето на отразени сигнали от няколко обекта на изследване.
Най-близкото до претендирания метод е, че те излъчват N-лобов сондиращ радиоимпулс, непрекъснато приемат отразения сигнал в избран времеви прозорец, откриват и оценяват сигнали от обектите на изследване. За да разрешите проблема с разрешаването, определете:
Директен предавателен сигнал от излъчващата към приемната антена (при сондиране на открито пространство), който се изважда от получения сигнал при последващо сондиране на околната среда;
Сигнал за пълно отражение при сондиране на метален лист, който се използва за калибриране на последващи проби.
Предният сигнал се изважда от сигнала, получен от обектите на изследване. След това най-близкият отговор се открива един по един и, като се вземе предвид затихването на известния сигнал за пълно отражение, той се изважда от получения сигнал. По този начин теоретично е възможно да се разрешат получените сигнали.
Недостатъкът на този метод е ниската точност. Първо, сигналът, преминаващ през средата, променя честотния спектър и следователно не само амплитудата, но и неговата форма. В резултат на това се оказва неподходящо да се използва сигналът за пълно отражение като сигнал за калибриране. Второ, рекурсивният характер на обработката, при който всеки нов обект се открива въз основа на резултатите от откриването на предишния, води до натрупване на грешки.
Проблемът, решен с това изобретение, е да се увеличи разделителната способност на UWB засичането, отразено от близките обекти, и следователно да се получи повече и по-качествена информация от радарно засичане.
За решаване на проблема, поставен в метод за увеличаване на разделителната способност на ултрашироколентово радарно наблюдение, който се състои в излъчване на N-лоб сондиращ радио импулс, непрекъснато получаване на отразения сигнал в избран времеви прозорец, откриване и оценка на сигнали от обекти на изследване , интегриране на отразения сигнал в избран времеви прозорец N -1 време и използване на резултатите от интегрирането за откриване и оценка на сигнали от обекти на изследване.
Съществена разлика между предложения метод и прототипа е, че при сондиране с N-лопатен радиоимпулс, отразеният сигнал се интегрира в избрания времеви прозорец N-1 пъти.
Прототипът използва операцията за изваждане на известни отговори от получения сигнал.
Използването на N-1 множествена интеграция, линеен метод за преобразуване на получените сигнали, ви позволява да преобразувате тяхната многослойна времева структура в еднолобна. Фигура 1 показва, че трилистовият радиоимпулс след еднократно сондиране става двулистов, а след второто интегриране - еднолистов. Ако такъв импулс може да бъде излъчен от антена, тогава задачата за разрешаване на близки обекти ще бъде значително опростена. Интегрирането на получения сигнал за линейна система е еквивалентно на интегрирането на входния сигнал. По този начин интегрирането на изходния сигнал значително опростява разделителната способност на близките обекти.
Изобретателският метод е илюстриран със следните графични материали.
Фигура 1 - резултати от последователно интегриране на сигнал с три листа.
Фигура 2 - частични сигнали, отразени от три обекта.
Фигура 3 - общ сигнал, отразен от три обекта.
Фигура 4 е резултат от единична интеграция на отразения сигнал.
Фигура 5 е резултат от двойно интегриране на отразения сигнал.
Нека разгледаме възможността за прилагане на предложения метод.
За радарно сондиране могат да се използват единични радиоимпулси с малък брой времеви лъчи N=2-5, например трилопов импулс S(t), показан на фиг.1. Такива сигнали имат UWB спектър. Тяхната обработка е възможна в честотната или времевата област. И в двата случая е необходимо да се открият сигнали, отразени от обектите на изследване, да се оцени тяхната амплитуда, полярност, времева позиция и други параметри. Такива сондажи се използват например при изследване на слоеве на пътната настилка. В този случай обект на изследване са границите на слоевете на покритието, които отразяват сондиращия сигнал и имат различни диелектрични константи ε. В зависимост от отношението на диелектричните константи ε на средата, отразените сигнали могат да имат различна полярност.
Ако обектите на изследване (слоевете на пътната настилка) са разположени близо един до друг, тогава отразените сигнали се припокриват. Фигура 2 показва частични сигнали S 3i (t), (i=1, 2, 3), отразени от три различни слоя. Всеки от тях има своя собствена амплитуда и форма. Сигналът S 32 (t) има обратен поляритет. Общият отразен сигнал S 3 (t) = S 31 (t) + S 32 (t) + S 33 (t), фиг. 3, е от малка полза за анализ. За да се реши проблемът с разрешаването, е възможно да се намали продължителността на сондиращия сигнал S(t), но това ще доведе до неоправдано увеличение на разходите за разработка или до техническа неосъществимост.
Единична интеграция на сигнала, отразен от обекти Фиг.4 не решава проблема с разрешаването, а повторното интегриране
Фиг.5 ни позволява да оценим доста точно времевата позиция, полярността и амплитудата на отразените сигнали. Тази оценка може да бъде получена визуално или с помощта на компютър.
Обърнете внимание, че с помощта на предложената линейна трансформация е възможно възстановяване на съотношението на амплитудите на частичните сигнали и разстоянието между тях дори в случай, че сигналите са забавени един спрямо друг за време, по-малко от продължителността на период на централния хармоник на спектъра на сигнала, т.е. в условия на реализиране на потенциална разделителна способност на обхвата.
По този начин предложеният метод позволява UWB радарно наблюдение да открива обекти на изследване, приближавайки се до потенциалната разделителна способност.
Нека разгледаме възможността за практическо прилагане на предложения метод. Фигура 6 показва диаграма на устройство, което изпълнява предложения метод, където:
1. Генератор на UWB сигнал.
2. Предавателна антена.
3. Приемна антена.
4. Изследвана многослойна среда.
5. Стробоскопичен приемник.
6. Контролирана линия на забавяне.
7. Аналогово-цифров преобразувател (ADC).
8. Компютър.
Сигналът от компютъра 8 задейства генератора на UWB сигнал 1, който се излъчва от антената 2. UWB сигналът, отразен от изследваната многослойна среда 4, влиза в антената 3. Линията на закъснение 6, управлявана от компютъра 8, задейства стробоскопичен приемник 5, който избира една моментна амплитуда на отразения сигнал. Аналогово-цифров преобразувател 7 преобразува тази стойност в код, който се чете от компютър 8. Стартовата честота на генератор 1 може да бъде десетки килохерца, което не изисква високоскоростен ADC 7. Стойността на закъснението 6 задава прозореца на приемане и позицията на референтната точка в него. Чрез повтаряне на измерванията много пъти, можете да усредните стойностите на тази проба на отразения сигнал и чрез промяна на стойността на закъснението, можете да получите цялата реализация на отразения сигнал в избрания времеви прозорец с точност до скалата-време трансформация. По този начин, в резултат на многократно сондиране, моментните амплитуди на отразения сигнал в прозореца за приемане се съхраняват в паметта на компютъра 8. Интегрирането на получените цифрови образци се извършва чрез последователно сумиране на образците, а множественото интегриране се извършва чрез последователно прилагане на тази процедура. На фигури 1-5 абсцисната ос показва примерните номера на UWB сигнала. Получените резултати от интегрирането могат да бъдат обработени визуално от оператора или чрез известни методи за обработка в компютър 8.
По този начин предложеният метод е технически осъществим и дава възможност да се увеличи разделителната способност на ултрашироколентовия радар.
Списък на използваната литература
1. Астанин Л.Ю., Костилев А.А. Основи на свръхшироколентовите радарни измервания. - М.: Радио и комуникации, 1989. - 192 с.: ил.
2. Патент RU 2141674.
3. Патент FR 2626666.
4. Теоретични основи на радара / Ed. В. Е. Дулевич. - М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.
Метод за увеличаване на разделителната способност на ултрашироколентово радарно наблюдение, който се състои в излъчване на N-лоб сондиращ радиоимпулс, където N = 2, 3, 4, 5..., непрекъснато получаване на отразени сигнали в избран времеви прозорец, откриване сигнали от обекти на изследване, измерване и оценка на параметрите на сигналите, отразени от обектите на изследване, характеризиращи се с това, че сондирането на обекта на изследване с радиоимпулс с N-лоб се извършва многократно; при получаване на отразени сигнали, контролируем стойността на закъснението задава прозореца на приемане с възможност за получаване на цялата реализация на отразения сигнал в избрания времеви прозорец и позицията на референтната точка в Интегрира получените проби от отразения сигнал в избрания времеви прозорец на приемане N-1 пъти, преобразувайки N-лобовата времева структура на сигнала в еднолобна, осигуряваща разделителна способност на близките обекти на изследване и използва резултатите от интеграцията за откриване на обекти на изследване, измерване и оценка на параметрите на сигнали от обекти на изследване.
Подобни патенти:
Изобретението се отнася до радиотехниката, главно до радар на стационарни обекти, и по-специално може да се използва за подземно наблюдение.
Изобретението се отнася до радара с малък обсег и може да се използва в автономни системи за управление на движението на взаимодействащи обекти за измерване на ъгъла на контакт на концентрирана въздушна цел на ограничени разстояния с помощта на активен радар, разположен на самолета.
Изобретението се отнася до радара с малък обсег и може да се използва за измерване на ъгъла на среща на летателно средство с концентрирана въздушна цел в устройства за автономно управление на движението на взаимодействащи обекти на ограничени разстояния.
Изобретението се отнася до радиотехниката и може да се използва в пасивни системи за радионаблюдение за идентифициране, пеленгиране и определяне на местоположението на наземни и въздушни обекти по излъчванията на техните UHF предаватели при използване на една приемна станция.
Кратко описание и примери за приложение на метода
Методът за георадарно подземно наблюдение (в общоприетата терминология е georadar; в англоезичната литература този метод се нарича „Ground Penetrating Radar“ или GPR.) се основава на изследването на разпространението на електромагнитни вълни в среда. Идеята на метода е да излъчва импулси от електромагнитни вълни и да записва сигнали, отразени от интерфейсите между слоевете на изследваната среда, които имат разлика в диелектричната константа. . Такива интерфейси в изследваните среди са например контакт между сухи и наситени с влага почви (ниво на подпочвените води), контакти между скали с различен литоложки състав, между скала и материал на изкуствена конструкция, между замръзнали и размразени почви, между скална основа и рохкави скали и др. d. (диаграмата на формирането на модела на вълната е показана на фиг.).
Схема на образуване на дифрактирана електромагнитна вълна от тръба, разположена на дълбочина H, и вълна, отразена от границата между среди с различни диелектрични константи: дълбочина (a.) и време (b.) секции.
Всички проблеми, решавани с помощта на наземни радари, могат да бъдат разделени на две големи групи с методи на изследване, методи на обработка, видове изобразяване на обекти на изследване в областта на електромагнитните вълни и представяне на резултатите, характерни за всяка група. Първата група включва геоложки, хидрогеоложки и геотехнически задачи, като картографиране:
- скални повърхности под рохкави седименти;
- нивата на подземните води и границите между слоевете с различна степен на водонаситеност;
- пясък, глина, торф и др.;
- замръзнали почви;
- определяне на дебелината на водния слой и картиране на поддънните седименти;
- дебелината на леда и снега.
Втората група задачи включва търсене на местни обекти, проверка на инженерни съоръжения, нарушаване на нормалната обстановка, например:
- търсене на подземни кухини;
- проверка на мостове и пътни настилки;
- картографиране на комуникации (тръбопроводи и кабели);
- проверка на бетонни конструкции;
- солени почви;
- участъци от участъка с нарушен естествен почвен залог - рекултивирана земя, насипни изкопи.
Че. Понастоящем GPR се използва широко в изследванията на относително плитки дълбочини на целевите обекти (0,2 - 15 метра), с изключение на изследването на ледници и замръзнали скали, при които поради високата устойчивост дълбочината се увеличава.
Георадар е цифрово, преносимо геофизично устройство, носено от един оператор, предназначено за решаване на широк спектър от геотехнически, геоложки, екологични, инженерни и други проблеми, при които има нужда от оперативен мониторинг на околната среда, получаване на почвени участъци, които не изискват сондажи или изкоп. По време на сондирането операторът получава информация в реално време на дисплея под формата на радарен профил (наричан радарграма). В същото време данните се записват на твърдия диск на компютъра за по-нататъшна употреба (обработка, печат, интерпретация и др.).
Комплект сменяеми антенни модули осигурява възможност за сондиране в широк честотен диапазон (16 - 2000 MHz). Използването на определена антенна система се определя от проблема, който се решава по време на сондирането. Увеличаването на честотата на сондиране води до подобрена разделителна способност; но в същото време се увеличава затихването на електромагнитната вълна в средата, което води до намаляване на дълбочината на сондиране; обратно, като намалите честотата, можете да увеличите дълбочината на сондиране, но ще трябва да платите за това чрез влошаване на разделителната способност. Освен това с намаляване на честотата се увеличава първоначалната зона на нечувствителност (т.нар. мъртва зона) на георадара.
По-долу е дадена таблица на зависимостта на разделителната способност, мъртвата зона и дълбочината на сондиране в зависимост от използваната антена. Предполага се, че се изследва почва с относителна диелектрична константа 4 и специфично затихване 1-2 dB/метър. Под дълбочина разбираме дълбочината на откриване на плоска граница с коефициент на отражение 1. Трябва да се има предвид, че тези данни са много приблизителни, те силно зависят от параметрите на изследваната среда.
Параметър | Централна честота | ||||||
2 GHz | 900 MHz | 500 MHz | 300 MHz | 150 MHz | 75 MHz | 38 MHz | |
Резолюция, m | 0.06 — 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Мъртва зона, m | 0.08 | 0.1-0.2 | 0.25-0.5 | 0.5-1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Дълбочина, m | 1.5-2 | 3-5 | 7-10 | 10-15 | 7-10 | 10-15 | 15-30 |
Съвременните георадари са предназначени за работа в труднодостъпни райони с неблагоприятен климат и могат да се използват по всяко време на годината (работна температура на георадара -20...+40°C).
По-долу са дадени примери за прилагане на метода за решаване на някои (много малко) проблеми.
Откриване на три метални тръби, вкопани в земята на дълбочина 1 - 1,5 метра. Всяка тръба дава сигнал за траектория под формата на хипербола, чийто връх съответства на нейното местоположение. Честота на звучене 900 MHz. Място на сондиране - близо до Даугавпилс, Латвия. | |
Откриване на карстова кухина във варовик под слой от глинеста почва. Кухината (оградена) се вижда от лявата страна на профила под формата на редуващи се ивици. Глина е показана в горната част като непрекъснат сигнал. Честота на сондиране 300 MHz. Мястото на сондирането е брега на Мъртво море, Израел. | |
Сондиране на тухлена стена. В средата на профила ясно се вижда сигнала от вградения в стената метален шкаф. Честота на сондиране 2 GHz. Място на озвучаване: Рига, Латвия. | |
Профилиране на езеро от дъното на пластмасова лодка. Използвана е 500 MHz екранирана антена. Металните предмети се виждат много ясно в тинята (означени на фигурата като MO). | |
Този профил е получен чрез сондиране на стената на солна мина. Ясно се виждат сигнали под формата на множество хиперболи от съседния дрейф. Разстоянието между преспи е приблизително 7,5 метра. Честота на сондиране 500 MHz. Място на озвучаване: Мирни, Русия. |
30 /11
2018
Приложение на лазерното сканиране при информационно моделиране на сгради
Съвременните проблеми, възникващи при проектирането, строителството и експлоатацията на сгради и конструкции, изискват представяне на данни в триизмерно пространство, което с висока точност и пълнота описва взаимното разположение на части от сгради, конструкции, ситуацията и релефа.
Изобретението се отнася до областта на радарното наблюдение с помощта на единични ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали и може да се използва при сондиране на няколко близки обекта, например пластове от асфалтова настилка. Методът се състои в излъчване на N-лобов сондиращ радиоимпулс, непрекъснато приемане на отразения сигнал, интегрирането му N-1 пъти в избран времеви прозорец, откриване и оценка на сигнали от обектите на изследване. Постигнатият технически резултат от изобретението е повишаване на точността на разделителната способност на UWB сензора. 6 ил.
Чертежи за RF патент 2348945
Изобретението се отнася до областта на радарното наблюдение с помощта на ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали с продължителност T и може да се използва при сондиране на няколко обекта, разстоянието между които L е сравнимо с сT, където c е скоростта на светлината в средата , т.е. в условия, при които сигналите, отразени от няколко обекта на изследване, се припокриват. Този проблем възниква например при сондиране на подземни почвени слоеве, по-специално многослойни асфалтови пътни настилки.
Известно е, стр.24, че всеки сигнал S(t), който може да бъде излъчен от антена, трябва да отговаря на условието: включително единичен многолопатен UWB радарен звуков сигнал.
При използване на UWB радарно наблюдение на няколко близки изследователски обекта възниква проблемът с разрешаването на сигнали, получени от един и друг обект. Този проблем се утежнява от наличието на смущения, несъвършено предавателно и приемащо оборудване и много други фактори.
Традиционният начин за предварителна обработка на радарния сигнал, отразен от обект на изследване, е неговото детектиране - избор на нискочестотна функция - амплитудната (комплексна) обвивка на радиоимпулса. Когато работите с UWB сигнали, амплитудната обвивка на UWB сигнала, получена с помощта на преобразуването на Хилберт, не винаги отразява правилно характеристиките на неговата форма стр.17. В този случай потенциално високата разделителна способност на UWB сигналите не се реализира.
3. Патент FR 2626666.
4. Теоретични основи на радара / Ed. В. Е. Дулевич. - М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.
ИСК
Метод за увеличаване на разделителната способност на ултрашироколентово радарно наблюдение, който се състои в излъчване на N-лоб сондиращ радиоимпулс, където N = 2, 3, 4, 5..., непрекъснато получаване на отразени сигнали в избран времеви прозорец, откриване сигнали от обекти на изследване, измерване и оценка на параметрите на сигналите, отразени от обектите на изследване, характеризиращи се с това, че сондирането на обекта на изследване с радиоимпулс с N-лоб се извършва многократно; при получаване на отразени сигнали, контролируем стойността на закъснението задава прозореца на приемане с възможност за получаване на цялата реализация на отразения сигнал в избрания времеви прозорец и позицията на референтната точка в Интегрира получените проби от отразения сигнал в избрания времеви прозорец на приемане N-1 пъти, преобразувайки N-лобовата времева структура на сигнала в еднолобна, осигуряваща разделителна способност на близките обекти на изследване и използва резултатите от интеграцията за откриване на обекти на изследване, измерване и оценка на параметрите на сигнали от обекти на изследване.