Radari tuvastamine ja eraldusvõime. Radari meetod turba ja sapropeeli maardlate uurimiseks. Gaasi analüütilised meetodid õhuproovide ja nendel põhinevate sõidukite jälgimiseks
![Radari tuvastamine ja eraldusvõime. Radari meetod turba ja sapropeeli maardlate uurimiseks. Gaasi analüütilised meetodid õhuproovide ja nendel põhinevate sõidukite jälgimiseks](https://i2.wp.com/physbook.ru/images/1/1e/Img_Kvant-2002-03-014.jpg)
Livshits M. Mõõteriistade eraldusvõime // Quantum. - 2002. - nr 3. - Lk 35-36.
Erikokkuleppel ajakirja "Kvant" toimetuse ja toimetajatega
Kõik teavad, et mikroskoopi on vaja näiteks laval olevate mikroobide loendamiseks, teleskoopi - taevatähtede loendamiseks, radarit - taevas olevate lennukite arvu ja kauguste määramiseks. neid.
Selles artiklis räägime füüsiliste seadmete kõige olulisemast omadusest - nende lahutusvõimest, s.o. mõõtmisprotsessi käigus eristatud mõõteobjektide väikseimate detailide suurusjärk. Just eraldusvõime on kasutatava arvesti kvaliteedi põhiomadus (isegi olulisem kui mõõtmiste täpsus). Näiteks selle kvaliteet ei sõltu ainult mikroskoobi suurendusest. Kui mikroskoobi seade ei võimalda objekti piisavalt väikeste detailide eraldi tajumist, siis ei parane saadud pilt isegi suurenduse olulisel suurendamisel. Saame kõnealusest objektist ainult suurema, kuid sama häguse pildi. Lisaks saab mõõtmisvigu ise määrata alles pärast lahutust, s.o. pärast selle objekti osa valimist teiste seast.
Näitame, millised kaug- (kontaktivabad) arvestite füüsikalised omadused mõjutavad otseselt nende kasutamisel saadavat eraldusvõimet ja milliste meetoditega saab selliste seadmete lahutusvõimet parandada.
Esiteks anname kvantitatiivse hinnangu. Mida peenemad objektide detailid on antud seadmega mõõtmisprotsessi käigus tuvastatavad, seda parem (kõrgem) on selle lahutusvõime. Erinevate instrumentide jaoks on erinevad määratlused ja erinevad valemid eraldusvõime kvantifitseerimiseks, olenevalt eesmärkidest ja meetoditest: näiteks kas objekti detailide (mikroskoop, binokkel, teleskoop) või emissioonispektri üksikute joonte eraldusvõime (prisma) , difraktsioonvõre ja muud spektraalseadmed) hinnatakse ), kas kasutatakse vaatluse sõltumatust ja mitme sihtmärgi koordinaatide mõõtmist (radar, sonar, loomade kajalokaator) jne. Eraldusvõime kvantitatiivse hindamise üldtunnustatud alus on aga Rayleighi kriteerium, mis kehtestati algselt kahe punktvalgusallika eraldi vaatlemiseks (kaksiktähtede eraldusvõime). Selle üldistamine, mis võimaldab seda kriteeriumi erinevatel juhtudel kasutada, viiakse läbi järgmiselt.
Olgu mõõteseadme sisendefekt koosnema kahest piigist, mis on eraldatud intervalliga Δ x; sel juhul saadakse seadme väljundis igast tipust "vastus" rohkem hajutatuna X seadme omadusi iseloomustav lõpliku laiusega puhang, mida nimetatakse riistvarafunktsiooniks (joonis 1). Siis nimetatakse Rayleighi eraldusvõimet minimaalseks intervalliks Δ x min kahe piigi mõjude vahel, mille juures koguvastus on endiselt kahekordse küüruga kõvera kujul (joonis 2, a). Kui me vähendame Δ x, kogu purske ülaosa on tasandatud ja pursked ühinevad üheks (joonis 2, b).
Millised kaugandurites kasutatavate lainete parameetrid määravad eraldusvõime? Selgub, et see parameeter on lainete koherentsuse aste (ladina sõna "koherent" tähendab "ühendatud").
Kõigepealt meenutagem võnkumiste koherentsust. Võnkumist nimetatakse koherentseks, kui võnkumiste faaside erinevused ja amplituudisuhted jäävad kogu vaatlusaja jooksul konstantseks. Kõige lihtsamal juhul on koherentsed kaks sinusoidset võnkumist \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) ja \(~B \cos (\omega t + \beta)\), kus A, IN, α Ja β - konstantsed väärtused. Kuna laineprotsesse määravad võnkumised kõigis ruumipunktides, kus need lained eksisteerivad, on lainete koherentsuse vajalik tingimus vaatlusaja jooksul igas antud lainepunktis toimuvate võnkumiste koherentsus.
Lainete ebajärjekindluse üldisem ja täpsem definitsioon on see, et valguse või muude lainete kiired on ebajärjekindlad, kui faaside erinevus võnkumiste vahel kõigis ruumipunktides, kus need lained koos eksisteerivad, muutub vaatlusaja jooksul korduvalt ja ebaregulaarselt.
Nüüd proovime luua seose arvesti eraldusvõime ja laine koherentsuse astme vahel. Seda saab kõige selgemalt teha radari näitel - meetodiga objektide asukoha määramiseks raadiolainete abil.
Meenutagem lühidalt impulssradari jaama (radari) tööpõhimõtet. Joonisel 3 on kujutatud radari plokkskeem. Siin 1 - saatja, 2 - antenni lüliti, 3 - antenn, 4 - antenni kiirgusmuster, 5 - vastuvõtja, 6 - indikaator. Radarsaatja kiirgab kitsalt suunatud antenni kasutades ruumi perioodiliselt lühiajaliste raadiolainete jadadega (nn sondeerivad impulsid). Antenni (või mõne muu meetodi) pööramisega muudetakse raadiolainete kiirguse suunda ja seeläbi teostatakse järjestikust suurema või väiksema ruumisektori sondeerimist (või ringvaadet). Erinevatelt sihtmärkidelt peegelduvad impulsid jõuavad (tavaliselt läbi sama antenni) radarivastuvõtjasse. Sel juhul põhineb sihtmärkide nurkkoordinaatide määramine antenni kiirgus- ja vastuvõtumustrite kasutamisel. Ulatus D toodetakse viivitusaja mõõtmise teel t sihtmärgilt peegeldunud impulsi saabumise sagedus sondeerimisimpulsi emissioonimomendi suhtes:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
Kus c- valguse kiirus. Nimetajas olevad kaks ilmuvad seetõttu, et viivitusaeg on aja summa, mis kulub sondeerimisimpulsi sihtmärgini jõudmiseks ja sama aja summa, mis kulub peegeldunud impulsi radarini jõudmiseks.
Radari nurkeraldusvõime on väikseim nurkade erinevus Δ α suundade vahel kahe samas vahemikus asuva sihtmärgi juures, mille juures vaadeldakse nendelt peegeldunud impulsse eraldi. On lihtne mõista, et see vastab ruumilise ebaühtluse kõige lihtsamale juhtumile: need sihtmärgid on lahendatud (nurga järgi), mida ei saa üheaegselt tabada "valgustav" radarikiirgus, kuna nende suunad erinevad antenni kiirguse laiuse võrra. muster (joon. 4).
Radari ulatuse eraldusvõime on väikseim kaugus δ r kahe samas suunas paikneva sihtmärgi vahel, milles neid vaadeldakse eraldi. Nn klassikalistes radarites kasutati sondeerimisimpulssina konstantse amplituudiga sinusoidset lainejada. Seda seletatakse eelkõige asjaoluga, et sellist rongi on lihtne luua: piisab, kui kõrgsagedusgeneraatorile (näiteks magnetronile) korraks rakendada konstantset kõrgepinget. Rongi struktuuri ühtsus toob kaasa asjaolu, et erinevatelt sihtmärkidelt peegelduvad lained on sama sagedusega (kui nad liiguvad radari poole sama kiirusega või kui Doppleri efekti saab tähelepanuta jätta), peegelduvate lainete vastastikuse kattumise piires. impulsside korral on need koherentsed ja sihtmärgid on täielikult eraldatud, see ei tööta. Kahelt sihtmärgilt peegelduvad impulsid on ebajärjekindlad ainult siis, kui need ei lange radarivastuvõtjale saabumise ajal kokku ega kattu seetõttu indikaatoriekraanil (joonis 5).
Seega on nende radarite kauguse eraldusvõime
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,
Kus τ - impulsi kestus. Võib öelda, et vaadeldavas radaris ilmneb erinevatelt sihtmärkidelt peegeldunud signaalide ebaühtlus selle kõige lihtsamal kujul: nende ajalise kokkulangevuse puudumisena.
Nagu viimasest valemist näha, on vahemiku eraldusvõime suurendamiseks vaja impulsi kestust vähendada τ . Kuid see toob paratamatult kaasa vastava sagedusriba laienemise. Fakt on see, et ühelt poolt on kestuse vahel põhimõtteline seos τ signaal (näiteks katkine sinusoid) ja laius Δ ν selle spekter (sagedusskaalal), kuhu on koondunud põhiimpulsi energia:
\(~\Delta \nu \umbes \frac(1)(\tau)\) .
Teisest küljest on üsna selge, et sihtmärgi tuvastamise vahemiku määrab sondeerimise ja seega ka tagasituleva impulsi energia. See tähendab, et impulsi lühendamisel tuleb saatja võimsust vastavalt suurendada, mis pole lihtne ülesanne.
Sellest olukorrast väljapääsu otsides on radarid valinud impulsi ribalaiuse suurendamise tee, muutmata selle kestust: liikudes sinusoidselt sondimpulsi keerukamale sisestruktuurile. Nii tekkisid lineaarsagedusmoduleeritud (chirp) sondeerimisimpulssidega radarid (joonis 6). Sel juhul selgub, et suhe signaali kestuse ja laiuse vahel ei kehti enam impulsi kestuse kohta. τ imp , ja sidususe aja jaoks τ kog:
\(~\tau_(kog) \approx \frac(1)(\Delta \nu)\) , kus \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Tõsi, selleks on radarivastuvõtjasse sisse viidud täiendav spetsiaalne filter, mille abil vastuvõetud impulss surutakse kokku teatud kestuseni. τ s = τ kog. Nüüd eraldatakse radariekraanil olevad impulsid sihtmärkide vahel palju väiksemal kaugusel kui sinusoidaalse impulsi kasutamisel:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
See kinnitab lahutamatut seost kaugmõõtja lahutusvõime ja laine koherentsuse astme vahel: arvesti lahutusvõime suurendamiseks (parandamiseks) on vaja kasutatavate lainete koherentsust halvendada.
Huvitav on tõdeda, et eluslooduses on areng selles suunas läinud veelgi kaugemale. Näiteks nahkhiirte kõrval, kelle kajalokaatorid kasutavad ka sirin-sondeerivaid impulsse, on nn sosistavad nahkhiired, kes kasutavad veelgi rohkem lairiba müra impulsse, s.t. kõrgsageduslikud impulsid, mida moduleerib "valge" müra. Nad tuvastavad sihtmärke oluliselt väiksema kiirgusvõimsusega, pakkudes samal ajal ka oma lokaatoritele paremat kaitset häirete eest, eriti vastastikuste häirete eest, mis tekivad siis, kui nende nahkhiirte suured rühmad jahivad samaaegselt putukaid.
Leiutis käsitleb radari tuvastamise valdkonda, mis kasutab üksikuid ultralairiba (UWB) impulsssignaale ja seda saab kasutada mitmete läheduses asuvate objektide, näiteks asfaltkatte kihtide, uurimiseks. Meetod seisneb N-sagara sondeeriva raadioimpulsi väljastamises, peegeldunud signaali pidevas vastuvõtmises, selle integreerimises N-1 korda valitud ajaaknas, uuritavate objektide signaalide tuvastamises ja hindamises. Leiutise saavutatud tehniline tulemus on suurendada UWB-tuvastuse eraldusvõime täpsust. 6 haige.
Leiutis käsitleb radari tuvastamise valdkonda ultralairiba (UWB) impulsssignaalide abil pikkusega T ja seda saab kasutada mitme objekti sondeerimiseks, mille vaheline kaugus L on võrreldav сT-ga, kus c on valguse kiirus keskkonnas. , st. tingimustes, kus mitmelt uurimisobjektilt peegelduvad signaalid kattuvad. See probleem tekib näiteks maa-aluste pinnasekihtide, eelkõige mitmekihiliste asfaltkattega teekatete sondeerimisel.
On teada, lk 24, et iga antenni poolt väljastatav signaal S(t) peab vastama tingimusele: kaasa arvatud ühe mitmeosalise UWB radari helisignaal.
Mitme lähedalasuva uurimisobjekti UWB-radartuvastust kasutades tekib probleem ühelt ja teiselt objektilt saadud signaalide lahendamisel. Seda probleemi süvendavad häired, ebatäiuslikud saate- ja vastuvõtuseadmed ning paljud muud tegurid.
Traditsiooniline uurimisobjektilt peegelduva radari signaali eeltöötlemise viis on selle tuvastamine - madalsagedusfunktsiooni valimine - raadioimpulsi amplituudi (kompleks) mähisjoon. UWB signaalidega töötades ei kajasta Hilberti teisenduse abil saadud UWB signaali amplituudi mähisjoon alati õigesti selle kuju tunnuseid lk.17. Sel juhul ei realiseeru UWB-signaalide potentsiaalselt kõrge eraldusvõime.
Tuntud patent RU 2141674 - ultralairiba radari tuvastamise meetod, mis seisneb impulsi kiirgamises ühe antenniga, selle impulsi vastuvõtmises teise - kaugantenniga, vastuvõetud impulss viivitatakse, kiiritatakse uuesti ja võetakse vastu antenniga, mis asub esmase kiirguse koht. See meetod võimaldab antennilt ja ümbritsevatelt konstruktsioonielementidelt vastuvõetud signaalid ajas eraldada. Selle meetodi abil lahendatakse eraldusvõime probleem peegeldunud signaalide ajalise eraldamisega.
Selle meetodi puuduseks on piiratud rakendusala, mis tuleneb asjaolust, et mitmest uurimisobjektist peegeldunud signaalide kunstliku eraldamise võimalus tekib harva.
Väidetavale meetodile on kõige lähedasem see, et nad kiirgavad N-sagara sondeerivat raadioimpulssi, võtavad valitud ajaaknas pidevalt vastu peegeldunud signaali, tuvastavad ja hindavad uuritavate objektide signaale. Lahendusprobleemi lahendamiseks määrake:
Otseedastussignaal kiirgavalt vastuvõtuantennile (avatud ruumi sondeerimisel), mis lahutatakse vastuvõetud signaalist järgneval keskkonna sondeerimisel;
Täielik peegeldussignaal metalllehe sondeerimisel, mida kasutatakse järgnevate sondeerimiste kalibreerimiseks.
Edasine signaal lahutatakse uurimisobjektidelt saadud signaalist. Seejärel tuvastatakse ükshaaval lähim vastus ja, võttes arvesse teadaoleva summaarse peegeldussignaali sumbumist, lahutatakse see vastuvõetud signaalist. Seega on teoreetiliselt võimalik vastuvõetud signaale lahendada.
Selle meetodi puuduseks on madal täpsus. Esiteks muudab keskkonda läbiv signaal sagedusspektrit ja seega mitte ainult amplituudi, vaid ka kuju. Selle tulemusena osutub sobimatuks kasutada kogu peegeldussignaali kalibreerimissignaalina. Teiseks viib vigade kuhjumiseni töötlemise rekursiivne iseloom, kus iga uus objekt avastatakse eelmise tuvastamise tulemuste põhjal.
Selle leiutisega lahendatud probleem seisneb lähedalasuvatelt objektidelt peegelduva UWB tuvastuse eraldusvõime suurendamises ja seetõttu radarseirest rohkema ja kvaliteetsema teabe hankimises.
Lahendada ülilairiba radarseire eraldusvõime suurendamise meetodis püstitatud probleem, mis seisneb N-sagara sondeeriva raadioimpulsi kiirgamises, peegeldunud signaali pidevas vastuvõtmises valitud ajaaknas, uuritavate objektide signaalide tuvastamises ja hindamises. , integreerides peegeldunud signaali valitud ajaaknas N -1 korda ja kasutama integreerimise tulemusi uuritavate objektide signaalide tuvastamiseks ja hindamiseks.
Oluliseks erinevuseks pakutud meetodi ja prototüübi vahel on see, et N-sagara raadioimpulsiga sondeerimisel integreeritakse peegeldunud signaal valitud ajaaknas N-1 korda.
Prototüüp kasutab teadaolevate vastuste lahutamise operatsiooni vastuvõetud signaalist.
N-1 mitmekordse integreerimise, lineaarse meetodi vastuvõetud signaalide teisendamiseks, kasutamine võimaldab teisendada nende mitme sagara ajastruktuuri ühe lobaga. Joonisel 1 on näha, et kolmesagaraline raadioimpulss muutub pärast ühekordset sondeerimist kahesagaraliseks ja pärast teist integreerimist üheosaliseks. Kui antenn suudaks sellist impulssi väljastada, oleks lähedalasuvate objektide lahendamise ülesanne oluliselt lihtsustatud. Vastuvõetud signaali integreerimine lineaarse süsteemi jaoks on samaväärne sisendsignaali integreerimisega. Seega lihtsustab väljundsignaali integreerimine oluliselt lähedalasuvate objektide eraldusvõimet.
Leiutisekohast meetodit illustreerivad järgmised graafilised materjalid.
Joonis 1 - kolmesagaralise signaali järjestikuse integreerimise tulemused.
Joonis 2 - kolmelt objektilt peegelduvad osalised signaalid.
Joonis 3 – kolmelt objektilt peegeldunud summaarne signaal.
Joonis 4 on peegeldunud signaali ühekordse integreerimise tulemus.
Joonis 5 on peegeldunud signaali topeltintegreerimise tulemus.
Mõelgem pakutud meetodi rakendamise võimalusele.
Radari sondeerimiseks saab kasutada üksikuid raadioimpulsse väikese arvu ajasagaratega N=2-5, näiteks kolmesagaralist impulssi S(t), mis on näidatud joonisel 1. Sellistel signaalidel on UWB spekter. Nende töötlemine on võimalik sagedus- või ajapiirkonnas. Mõlemal juhul on vaja tuvastada uuritavatelt objektidelt peegelduvad signaalid, hinnata nende amplituudi, polaarsust, ajalist asendit ja muid parameetreid. Selliseid sondeerimisi kasutatakse näiteks teekattekihtide uurimisel. Sel juhul on uurimisobjektideks kattekihtide piirid, mis peegeldavad sondeerimissignaali ja millel on erinevad dielektrilised konstandid ε. Sõltuvalt kandja dielektriliste konstantide ε suhtest võivad peegeldunud signaalid olla erineva polaarsusega.
Kui uuritavad objektid (teekattekihid) paiknevad lähestikku, siis peegelduvad signaalid kattuvad. Joonisel 2 on näidatud kolmest erinevast kihist peegeldunud osasignaalid S 3i (t), (i=1, 2, 3). Igal neist on oma amplituud ja kuju. Signaalil S 32 (t) on vastupidine polaarsus. Peegeldunud summaarsest signaalist S 3 (t)=S 31 (t)+S 32 (t)+S 33 (t), joonisel 3, on analüüsiks vähe kasu. Lahutusprobleemi lahendamiseks on võimalik vähendada sondeerimissignaali S(t) kestust, kuid see toob kaasa põhjendamatu arenduskulude suurenemise või tehnilise teostamatuse.
Objektidelt peegeldunud signaali ühekordne integreerimine Joonis 4 ei lahenda lahutusprobleemi, vaid taasintegreerimist
Joonis 5 võimaldab meil üsna täpselt hinnata peegeldunud signaalide ajalist asukohta, polaarsust ja amplituudi. Selle hinnangu saab visuaalselt või arvuti abil.
Pange tähele, et kavandatud lineaarse teisenduse abil on osaliste signaalide amplituudide ja nendevahelise kauguse suhte taastamine võimalik isegi juhul, kui signaalid hilinevad üksteise suhtes vähem kui signaali kestus. signaali spektri keskharmooniku periood, s.o. potentsiaalse vahemiku eraldusvõime realiseerimise tingimustes.
Seega võimaldab pakutud meetod UWB radari tuvastamisel tuvastada uuritavaid objekte, lähenedes potentsiaalsele eraldusvõimele.
Mõelgem välja pakutud meetodi praktilise rakendamise võimalust. Joonisel 6 on kujutatud pakutud meetodit rakendava seadme diagramm, kus:
1. UWB signaali generaator.
2. Saateantenn.
3. Vastuvõtuantenn.
4. Uuritav mitmekihiline sööde.
5. Stroboskoopiline vastuvõtja.
6. Kontrollitud viivitusliin.
7. Analoog-digitaalmuundur (ADC).
8. Arvuti.
Arvuti 8 signaal käivitab UWB signaali generaatori 1, mida kiirgab antenn 2. Uuritavast mitmekihilisest kandjast 4 peegeldunud UWB signaal siseneb antenni 3. Arvuti 8 juhitav viivitusliin 6 käivitab stroboskoopiline vastuvõtja 5, mis valib peegeldunud signaali ühe hetkeamplituudi. Analoog-digitaalmuundur 7 teisendab selle väärtuse koodiks, mida loeb arvuti 8. Generaatori 1 käivitussagedus võib olla kümneid kilohertse, mis ei vaja kiiret ADC 7. Viiteväärtus 6 määrab vastuvõtuakna ja võrdluspunkti asukoht selles. Mõõtmisi mitu korda korrates saate keskmistada peegeldunud signaali selle valimi väärtused ja viivituse väärtust muutes saate kogu peegeldunud signaali teostuse valitud ajaaknas skaalaaja täpsusega. muutumine. Seega salvestatakse korduva sondeerimise tulemusena vastuvõtuaknas peegeldunud signaali hetkelised amplituudid arvuti 8 mällu. Saadud digitaalsete näidiste integreerimine toimub valimite järjestikuse liitmise teel ja mitmekordne integreerimine toimub selle protseduuri järjestikuse rakendamisega. Joonistel 1-5 on abstsissteljel näidatud UWB signaali näidisnumbrid. Saadud integratsioonitulemusi saab visuaalselt töödelda operaatori poolt või arvutis 8 tuntud töötlemismeetoditega.
Seega on pakutud meetod tehniliselt teostatav ja võimaldab suurendada ülilairiba radarituvastuse eraldusvõimet.
Kasutatud kirjanduse loetelu
1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Ultralairiba radari mõõtmise alused. - M.: Raadio ja side, 1989. - 192 lk.: ill.
2. Patent RU 2141674.
3. Patent FR 2626666.
4. Radari teoreetilised alused / Toim. V. E. Dulevitš. - M.: Sov. raadio, 1978. - 608 lk.
Meetod ultralairiba radartuvastuse eraldusvõime suurendamiseks, mis seisneb N-sagara sondeeriva raadioimpulsi, kus N = 2, 3, 4, 5..., pidevas peegeldunud signaalide vastuvõtmises valitud ajaaknas, tuvastamises. signaale uuritavatelt objektidelt, mõõtes ja hindades uuritavatelt objektidelt peegelduvate signaalide parameetreid, mida iseloomustab see, et uuritava objekti sondeerimine N-sagara raadioimpulsiga toimub korduvalt, peegeldunud signaalide vastuvõtmisel juhitav viivitusväärtus seab vastuvõtuakna võimaluse saada kogu peegeldunud signaali teostus valitud ajaaknas ja võrdluspunkti asukoht See integreerib peegeldunud signaali vastuvõetud näidised valitud vastuvõtu ajaaknas N-1 korda, teisendades signaali N-sagara ajalise struktuuri üheosaliseks, pakkudes läheduses asuvate uurimisobjektide eraldusvõimet ning kasutades integratsioonitulemusi uuritavate objektide tuvastamiseks, uurimisobjektide signaalide parameetrite mõõtmiseks ja hindamiseks.
Sarnased patendid:
Leiutis käsitleb raadiotehnikat, peamiselt statsionaarsete objektide radarit, ja seda saab kasutada eelkõige maa-aluseks seireks.
Leiutis käsitleb lühimaaradarit ja seda saab kasutada autonoomsetes juhtimissüsteemides interakteeruvate objektide liikumiseks, et mõõta kontsentreeritud õhusihtmärgi kokkupuutenurka piiratud vahemaadel, kasutades lennukis asuvat aktiivset radarit.
Leiutis käsitleb lühimaaradarit ja seda saab kasutada õhusõiduki ja kontsentreeritud õhusihtmärgiga kohtumise nurga mõõtmiseks seadmetes, mis on ette nähtud interakteeruvate objektide liikumise autonoomseks juhtimiseks piiratud vahemaadel.
Leiutis käsitleb raadiotehnikat ja seda saab kasutada passiivsetes raadioseiresüsteemides maa- ja õhuobjektide tuvastamiseks, suuna leidmiseks ja asukoha määramiseks nende UHF-saatjate kiirguse järgi ühe vastuvõtujaama kasutamisel.
Meetodi lühikirjeldus ja rakendusnäited
Georadari maa-aluse seire meetod (üldtunnustatud terminoloogias on georadar; ingliskeelses kirjanduses nimetatakse seda meetodit “Ground Penetrating Radar” ehk GPR.) põhineb elektromagnetlainete leviku uurimisel keskkonnas. Meetodi idee on väljastada elektromagnetlainete impulsse ja salvestada signaale, mis peegelduvad sondeeritava keskkonna kihtide vahelistest liidestest, millel on dielektrilise konstandi erinevus. . Sellised liidesed uuritavates keskkondades on näiteks kokkupuuted kuivade ja niiskusega küllastunud muldade vahel (põhjavee tase), kontaktid erineva litoloogilise koostisega kivimite vahel, kivimi ja tehisstruktuuriga materjali vahel, külmunud ja sulanud muldade vahel, aluspõhja kivimite ja kivimite vahel. lahtised kivid jne d. (lainemustri kujunemise skeem on näidatud joonisel).
Sügavusel H asuvast torust difrakteerunud elektromagnetlaine ja erinevate dielektriliste konstantidega meediumite liideselt peegelduva laine tekkimise skeem: sügavuse (a.) ja aja (b.) lõigud.
Kõik maaradari abil lahendatavad probleemid võib jagada kahte suurde rühma koos uurimismeetodite, töötlemismeetodite, elektromagnetlainete valdkonnas uurimisobjektide kuvamise tüüpide ja igale rühmale iseloomulike tulemuste esitamisega. Esimesse rühma kuuluvad geoloogilised, hüdrogeoloogilised ja geotehnilised ülesanded, näiteks kaardistamine:
- lahtiste setete all olevad aluspõhja kivimipinnad;
- põhjavee tasemed ja erineva veega küllastusastmega kihtidevahelised piirid;
- liiv, savi, turvas jne;
- külmunud mullad;
- veekihi paksuse määramine ja põhjasetete kaardistamine;
- jää ja lume paksus.
Teine ülesannete rühm hõlmab kohalike objektide otsimist, insenerirajatiste kontrolli, tavaolukorra rikkumist, näiteks:
- maa-aluste õõnsuste otsimine;
- sildade ja teekatete kontroll;
- kommunikatsioonide (torustikud ja kaablid) kaardistamine;
- betoonkonstruktsioonide kontroll;
- soolased mullad;
- häiritud loodusliku pinnase esinemisega lõigu lõigud - taastatud maa, tagasitäidetud kaevetööd.
See. Praegu kasutatakse GPR-i laialdaselt uuringutes sihtobjektide suhteliselt madalal sügavusel (0,2–15 meetrit), erandiks on liustike ja külmunud kivimite uurimine, mille puhul tänu suurele takistusele sügavus suureneb.
Georadar on digitaalne kaasaskantav geofüüsikaline seade, mida kannab üks operaator ja mis on mõeldud mitmesuguste geotehniliste, geoloogiliste, keskkonna-, insenertehniliste ja muude probleemide lahendamiseks, kus on vajadus keskkonna operatiivseks monitooringuks, puurimist mittevajavate pinnaselõikude saamiseks. või kaevamine. Helistamise ajal saab operaator ekraanile reaalajas teavet radariprofiili (nn radargrammi) kujul. Samal ajal salvestatakse andmed arvuti kõvakettale edasiseks kasutamiseks (töötlemiseks, printimiseks, tõlgendamiseks jne).
Vahetatavate antennimoodulite komplekt annab võimaluse sondeerida laias sagedusvahemikus (16 - 2000 MHz). Konkreetse antennisüsteemi kasutamise määrab sondeerimise käigus lahendatav probleem. Sondimise sageduse suurendamine toob kaasa parema eraldusvõime; kuid samal ajal suureneb elektromagnetlaine sumbumine keskkonnas, mis toob kaasa sondeerimissügavuse vähenemise; vastupidi, sageduse vähendamisega saate suurendada sondeerimissügavust, kuid peate selle eest maksma eraldusvõime halvenemisega. Lisaks suureneb sageduse vähenedes georadari esialgne tundlikkustsoon (nn surnud tsoon).
Allpool on tabel eraldusvõime, surnud tsooni ja sondeerimissügavuse sõltuvuse kohta sõltuvalt kasutatavast antennist. Eeldatakse, et sondeeritakse pinnast, mille suhteline dielektriline konstant on 4 ja erisummutus 1–2 dB/meeter. Sügavuse all peame silmas tasase piiri avastamise sügavust peegeldusteguriga 1. Tuleb meeles pidada, et need andmed on väga ligikaudsed, sõltuvad tugevalt sondeeritava keskkonna parameetritest.
Parameeter | Kesksagedus | ||||||
2 GHz | 900 MHz | 500 MHz | 300 MHz | 150 MHz | 75 MHz | 38 MHz | |
resolutsioon, m | 0.06 — 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Surnud tsoon, m | 0.08 | 0.1-0.2 | 0.25-0.5 | 0.5-1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Sügavus, m | 1.5-2 | 3-5 | 7-10 | 10-15 | 7-10 | 10-15 | 15-30 |
Kaasaegsed GPR-id on loodud töötama ebasoodsa kliimaga raskesti ligipääsetavates piirkondades ja neid saab kasutada igal ajal aastas (GPR töötemperatuur -20...+40°C).
Allpool on toodud näited meetodi rakendamisest mõne (väga väheste) probleemide lahendamiseks.
Kolme 1 - 1,5 meetri sügavusele maasse maetud metalltoru avastamine. Iga toru annab trajektoori signaali hüperbooli kujul, mille tipp vastab selle asukohale. Helisagedus 900 MHz. Kõlamise asukoht - Daugavpilsi lähedal, Lätis. | |
Karstiõõnsuse avastamine lubjakivist savikihi all. Süvend (ringiga) on näha profiili vasakul küljel vahelduvate triipudena. Loam kuvatakse ülaosas pideva signaalina. Sondimissagedus 300 MHz. Sooduspaigaks on Surnumere kallas, Iisrael. | |
Telliseina sondeerimine. Profiili keskel on hästi näha seina sisse ehitatud metallkapi signaal. Sondimissagedus 2 GHz. Helistamise koht: Riia, Läti. | |
Järve profileerimine plastpaadi põhjast. Kasutati 500 MHz varjestatud antenni. Metallesemed on muda sees väga selgelt nähtavad (joonisel märgitud MO). | |
See profiil saadi soolakaevanduse triivi seina sondeerimisel. Paljude hüperboolide kujul olevad signaalid naabertriivist on selgelt nähtavad. Triivide vaheline kaugus on ligikaudu 7,5 meetrit. Sondimissagedus 500 MHz. Helistamise koht: Mirny, Venemaa. |
30 /11
2018
Laserskaneerimise rakendamine hooneteabe modelleerimisel
Kaasaegsed ülesanded, mis tekivad hoonete ja rajatiste projekteerimisel, ehitamisel ja käitamisel, nõuavad kolmemõõtmelises ruumis andmete esitamist, mis kirjeldavad suure täpsuse ja terviklikkusega hooneosade, rajatiste suhtelist asendit, olukorda ja topograafiat.
Leiutis käsitleb radari tuvastamise valdkonda, mis kasutab üksikuid ultralairiba (UWB) impulsssignaale ja seda saab kasutada mitmete läheduses asuvate objektide, näiteks asfaltkatte kihtide, uurimiseks. Meetod seisneb N-sagara sondeeriva raadioimpulsi väljastamises, peegeldunud signaali pidevas vastuvõtmises, selle integreerimises N-1 korda valitud ajaaknas, uuritavate objektide signaalide tuvastamises ja hindamises. Leiutise saavutatud tehniline tulemus on suurendada UWB-tuvastuse eraldusvõime täpsust. 6 haige.
Joonised raadiosagedusliku patendi 2348945 jaoks
Leiutis käsitleb radari tuvastamise valdkonda ultralairiba (UWB) impulsssignaalide abil pikkusega T ja seda saab kasutada mitme objekti sondeerimiseks, mille vaheline kaugus L on võrreldav сT-ga, kus c on valguse kiirus keskkonnas. , st. tingimustes, kus mitmelt uurimisobjektilt peegelduvad signaalid kattuvad. See probleem tekib näiteks maa-aluste pinnasekihtide, eelkõige mitmekihiliste asfaltkattega teekatete sondeerimisel.
On teada, lk 24, et iga antenni poolt väljastatav signaal S(t) peab vastama tingimusele: sealhulgas ühe mitme labaga UWB radari helisignaal.
Mitme lähedalasuva uurimisobjekti UWB-radartuvastust kasutades tekib probleem ühelt ja teiselt objektilt saadud signaalide lahendamisel. Seda probleemi süvendavad häired, ebatäiuslikud saate- ja vastuvõtuseadmed ning paljud muud tegurid.
Traditsiooniline uurimisobjektilt peegelduva radari signaali eeltöötlemise viis on selle tuvastamine - madalsagedusfunktsiooni valimine - raadioimpulsi amplituudi (kompleks) mähisjoon. UWB signaalidega töötades ei kajasta Hilberti teisenduse abil saadud UWB signaali amplituudi mähisjoon alati õigesti selle kuju tunnuseid lk.17. Sel juhul ei realiseeru UWB-signaalide potentsiaalselt kõrge eraldusvõime.
3. Patent FR 2626666.
4. Radari teoreetilised alused / Toim. V. E. Dulevitš. - M.: Sov. raadio, 1978. - 608 lk.
NÕUE
Meetod ultralairiba radartuvastuse eraldusvõime suurendamiseks, mis seisneb N-sagara sondeeriva raadioimpulsi, kus N = 2, 3, 4, 5..., pidevas peegeldunud signaalide vastuvõtmises valitud ajaaknas, tuvastamises. signaale uuritavatelt objektidelt, mõõtes ja hindades uuritavatelt objektidelt peegelduvate signaalide parameetreid, mida iseloomustab see, et uuritava objekti sondeerimine N-sagara raadioimpulsiga toimub korduvalt, peegeldunud signaalide vastuvõtmisel juhitav viivitusväärtus seab vastuvõtuakna võimaluse saada kogu peegeldunud signaali teostus valitud ajaaknas ja võrdluspunkti asukoht See integreerib peegeldunud signaali vastuvõetud näidised valitud vastuvõtu ajaaknas N-1 korda, teisendades signaali N-sagara ajalise struktuuri üheosaliseks, pakkudes läheduses asuvate uurimisobjektide eraldusvõimet ning kasutades integratsioonitulemusi uuritavate objektide tuvastamiseks, uurimisobjektide signaalide parameetrite mõõtmiseks ja hindamiseks.