Radara uztveršana un izšķirtspēja. Radara metode kūdras un sapropeļa atradņu izpētei. Gāzes analītiskās metodes gaisa paraugu un uz tiem balstītu transportlīdzekļu uzraudzībai
![Radara uztveršana un izšķirtspēja. Radara metode kūdras un sapropeļa atradņu izpētei. Gāzes analītiskās metodes gaisa paraugu un uz tiem balstītu transportlīdzekļu uzraudzībai](https://i2.wp.com/physbook.ru/images/1/1e/Img_Kvant-2002-03-014.jpg)
Livšits M. Mērinstrumentu izšķirtspēja // Kvants. - 2002. - Nr.3. - P. 35-36.
Pēc īpašas vienošanās ar žurnāla "Kvant" redakciju un redaktoriem
Ikviens zina, ka mikroskops ir nepieciešams, lai, piemēram, saskaitītu mikrobu skaitu uz skatuves, teleskops - lai saskaitītu zvaigznes debesīs, radars - lai noteiktu gaisa kuģu skaitu debesīs un attālumus līdz. viņiem.
Šajā rakstā mēs runāsim par fizisko ierīču svarīgāko īpašību - to izšķirtspēju, t.i. mērīšanas procesā izdalīto mērīšanas objektu mazāko detaļu lielums. Tieši izšķirtspēja ir galvenā izmantotā skaitītāja kvalitātes īpašība (pat svarīgāka par mērījumu precizitāti). Piemēram, tā kvalitāte ir atkarīga ne tikai no mikroskopa palielinājuma. Ja mikroskopa ierīce nenodrošina atsevišķu pietiekami mazu objekta detaļu uztveri, tad iegūtais attēls neuzlabosies pat ar ievērojamu palielinājuma palielinājumu. Mēs iegūsim tikai lielāku, bet tikpat izplūdušu attiecīgā objekta attēlu. Turklāt pašas mērījumu kļūdas var noteikt tikai pēc izšķiršanas, t.i. pēc šīs objekta daļas atlasīšanas no citiem.
Parādīsim, kādas attālināto (bezkontakta) skaitītāju fizikālās īpašības tieši ietekmē to lietošanas laikā iegūto izšķirtspēju un ar kādām metodēm var uzlabot šādu ierīču izšķirtspēju.
Pirmkārt, sniegsim kvantitatīvu novērtējumu. Jo smalkākas objektu detaļas var identificēt ar doto ierīci mērīšanas procesā, jo labāka (augstāka) ir tās izšķirtspēja. Dažādiem instrumentiem ir dažādas definīcijas un dažādas formulas izšķirtspējas kvantitatīvai noteikšanai atkarībā no mērķiem un metodēm: piemēram, vai objekta detaļu izšķirtspēja (mikroskops, binoklis, teleskops) vai atsevišķas līnijas emisijas spektrā (prizma) , difrakcijas režģi un citas spektrālās ierīces) tiek novērtēts ), vai tiek izmantota novērošanas un vairāku mērķu koordinātu mērīšanas neatkarība (radars, hidrolokators, dzīvnieku eholokators) u.c. Tomēr vispārpieņemtais izšķirtspējas kvantitatīvā novērtējuma pamats ir Reilija kritērijs, kas sākotnēji tika noteikts divu punktveida gaismas avotu atsevišķai novērošanai (dubultzvaigžņu izšķirtspēja). Tā vispārināšana, kas ļauj šo kritēriju izmantot dažādos gadījumos, tiek veikta šādi.
Ļaujiet, lai ieejas efekts uz mērierīci sastāv no diviem pīķiem, kas atdalīti ar intervālu Δ x; šajā gadījumā ierīces izejā no katra pīķa tiek iegūta “atbilde” plašākas izkliedes veidā X ierobežota platuma sprādziens, kas raksturo ierīces īpašības un sauc par aparatūras funkciju (1. att.). Tad Reilija izšķirtspēju sauc par minimālo intervālu Δ x min starp divu pīķu iedarbībām, pie kurām kopējā reakcija joprojām ir dubultā izciļņa līknes forma (2. att., a). Ja mēs samazinām Δ x, kopējā sprādziena augšdaļa ir saplacināta un sprādzieni saplūst vienā (2. att., b).
Kādi tālvadības sensoros izmantoto viļņu parametri nosaka izšķirtspēju? Izrādās, ka šis parametrs ir viļņu saskaņotības pakāpe (latīņu vārds “koherents” nozīmē “savienots”).
Pirmkārt, atcerēsimies svārstību saskaņotību. Svārstības sauc par koherentām, ja svārstību fāzu atšķirības un amplitūdas attiecības nemainās visā novērošanas laikā. Vienkāršākajā gadījumā divas sinusoidālās svārstības \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) un \(~B \cos (\omega t + \beta)\) ir koherentas, kur A, IN, α Un β - nemainīgas vērtības. Tā kā viļņu procesus nosaka svārstības visos telpas punktos, kur šie viļņi pastāv, nepieciešams viļņu koherences nosacījums ir svārstību koherence, kas notiek katrā dotajā viļņa punktā novērojuma laikā.
Vispārīgāka un kodolīgāka viļņu nesakarības definīcija ir tāda, ka gaismas vai citu viļņu stari būs nesakarīgi, ja fāzes atšķirība starp svārstībām visos telpas punktos, kur šie viļņi līdzās pastāv, novērošanas laikā atkārtoti un neregulāri mainās.
Tagad mēs mēģināsim izveidot saikni starp skaitītāja izšķirtspēju un viļņu koherences pakāpi. Visskaidrāk to var izdarīt, izmantojot radara piemēru - metodi objektu atrašanās vietas noteikšanai, izmantojot radioviļņus.
Īsi atcerēsimies impulsa radara stacijas (radara) darbības principu. 3. attēlā parādīta radara blokshēma. Šeit 1 - raidītājs, 2 - antenas slēdzis, 3 - antena, 4 - antenas starojuma shēma, 5 - uztvērējs, 6 - indikators. Radara raidītājs, izmantojot šauri virzītu antenu, periodiski apstaro telpu ar īslaicīgiem radioviļņu vilcieniem (tā sauktajiem zondēšanas, t.i., “zondēšanas” impulsiem). Pagriežot antenu (vai citas metodes), tiek mainīts radioviļņu starojuma virziens un līdz ar to tiek veikta lielāka vai mazāka telpas sektora secīga zondēšana (vai apļveida skats). Impulsi, kas atspoguļoti no dažādiem mērķiem, nonāk (parasti caur to pašu antenu) radara uztvērējā. Šajā gadījumā mērķu leņķiskās koordinātas nosaka, pamatojoties uz antenas starojuma un uztveršanas modeļu izmantošanu. Rādīšana D radīts, mērot aizkaves laiku t impulsa ierašanās ātrums, kas atspoguļots no mērķa attiecībā pret zondēšanas impulsa emisijas brīdi:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
Kur c- gaismas ātrums. Divi saucējā parādās, jo aizkaves laiks ir laika summa, kas nepieciešams, lai zondēšanas impulss sasniegtu mērķi, un tas pats laiks, lai atstarotais impulss sasniegtu radaru.
Radara leņķiskā izšķirtspēja ir mazākā leņķa atšķirība Δ α starp virzieniem pie diviem objektiem, kas atrodas vienā diapazonā, pie kuriem no tiem atstarotos impulsus novēro atsevišķi. Ir viegli saprast, ka tas atbilst visvienkāršākajam telpiskās nesaskaņas gadījumam: tie mērķi tiek izšķirti (pēc leņķa), kurus nevar vienlaikus trāpīt "izgaismojošais" radara starojums, jo virzieni uz tiem atšķiras pēc antenas starojuma platuma. modelis (4. att.).
Radara diapazona izšķirtspēja ir mazākais attālums δ r starp diviem vienā virzienā izvietotiem mērķiem, kuros tie tiek novēroti atsevišķi. Tā sauktajos klasiskajos radaros kā zondēšanas impulss tika izmantots konstantas amplitūdas sinusoidālo viļņu vilciens. Tas jo īpaši izskaidrojams ar to, ka šādu vilcienu ir viegli izveidot: pietiek ar to, ka augstfrekvences ģeneratoram (piemēram, magnetronam) īslaicīgi pieliek pastāvīgu augstu spriegumu. Vilciena struktūras viendabīgums noved pie tā, ka no dažādiem mērķiem atstarotajiem viļņiem būs vienāda frekvence (ja tie virzās uz radaru ar tādu pašu ātrumu vai ja var neņemt vērā Doplera efektu), atstaroto viļņu savstarpējās pārklāšanās ietvaros. impulsi tie būs saskaņoti, un mērķi būs pilnībā atdalīti, tas nedarbosies. No diviem mērķiem atstarotie impulsi būs nesakarīgi tikai tad, ja tie nesakrīt radiolokācijas uztvērēja ierašanās laikā un tāpēc nepārklājas indikatora ekrānā (5. att.).
Tādējādi šo radaru diapazona izšķirtspēja ir
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,
Kur τ - impulsa ilgums. Var teikt, ka aplūkojamajā radarā no dažādiem mērķiem atstaroto signālu nesaskaņotība parādās visvienkāršākajā veidā: kā to sakritības neesamība laikā.
Kā redzams no pēdējās formulas, lai palielinātu diapazona izšķirtspēju, ir jāsamazina impulsa ilgums τ . Bet tas neizbēgami noved pie atbilstošas frekvenču joslas paplašināšanās. Fakts ir tāds, ka, no vienas puses, starp ilgumu pastāv būtiska saikne τ signāls (piemēram, salauzts sinusoīds) un platums Δ ν tā spektrs (frekvenču skalā), kurā koncentrējas galvenā impulsa enerģija:
\(~\Delta \nu \approx \frac(1)(\tau)\) .
No otras puses, ir pilnīgi skaidrs, ka mērķa noteikšanas diapazonu nosaka zondēšanas un līdz ar to arī atgriešanās impulsa enerģija. Tas nozīmē, ka, saīsinot impulsu, raidītāja jauda ir attiecīgi jāpalielina, kas nav viegls uzdevums.
Meklējot izeju no šīs situācijas, radari ir izvēlējušies impulsa joslas platuma palielināšanas ceļu, nemainot tā ilgumu: pārejot no sinusoidālas uz sarežģītāku zondēšanas impulsa iekšējo struktūru. Tā radās radari ar lineārās frekvences modulētiem (čirp) zondēšanas impulsiem (6. att.). Šajā gadījumā izrādās, ka attiecības starp signāla ilgumu un platumu vairs nepastāvēs impulsa ilgumam. τ imp , un saskaņotības laikam τ kog:
\(~\tau_(kog) \approx \frac(1)(\Delta \nu)\) , kur \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Tiesa, šim nolūkam radara uztvērējā tiek ieviests papildus speciāls filtrs, ar kura palīdzību saņemtais impulss tiek saspiests līdz ilgumam τ s = τ kog. Tagad impulsi radara ekrānā tiks atdalīti daudz mazākā attālumā starp mērķiem, nekā tas bija, izmantojot sinusoidālo impulsu:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Tas apstiprina nesaraujamu saikni starp attālināta skaitītāja izšķirtspēju un viļņu koherences pakāpi: lai palielinātu (uzlabotu) skaitītāja izšķirtspēju, ir nepieciešams pasliktināt izmantoto viļņu saskaņotību.
Interesanti atzīmēt, ka dzīvajā dabā attīstība šajā virzienā ir gājusi vēl tālāk. Piemēram, līdzās sikspārņiem, kuru eholokatori izmanto arī čiepšanas zondēšanas impulsus, ir tā sauktie “čukstošie” sikspārņi, kas izmanto vēl vairāk platjoslas trokšņu impulsu, t.i. augstfrekvences impulsi, ko modulē "baltais" troksnis. Tie atklāj mērķus ar ievērojami mazāku starojuma jaudu, vienlaikus nodrošinot arī labāku to lokatoru aizsardzību pret traucējumiem, īpaši no savstarpējas iejaukšanās, kas rodas, kad lielas šo sikspārņu grupas vienlaikus medī kukaiņus.
Izgudrojums attiecas uz radara uztveršanas jomu, izmantojot vienu ultraplatjoslas (UWB) impulsu signālus, un to var izmantot, zondējot vairākus tuvumā esošus objektus, piemēram, asfalta seguma slāņus. Metode sastāv no N-daivas zondēšanas radioimpulsa izstarošanas, nepārtrauktas atstarotā signāla uztveršanas, integrēšanas N-1 reizes izvēlētā laika logā, signālu noteikšanu un novērtēšanu no pētāmajiem objektiem. Izgudrojuma sasniegtais tehniskais rezultāts ir palielināt UWB sensora izšķirtspējas precizitāti. 6 slim.
Izgudrojums attiecas uz radara sensoru jomu, izmantojot ultraplatjoslas (UWB) impulsa signālus ar ilgumu T, un to var izmantot, zondējot vairākus objektus, kuru attālums L ir salīdzināms ar сT, kur c ir gaismas ātrums vidē. , t.i. apstākļos, kad signāli, kas atspoguļoti no vairākiem pētījuma objektiem, pārklājas viens ar otru. Šī problēma rodas, piemēram, zondējot pazemes grunts slāņus, jo īpaši daudzslāņu asfalta ceļu segumus.
Ir zināms, 24. lpp., ka jebkuram signālam S(t), ko var izstarot antena, ir jāatbilst nosacījumam: ieskaitot vienu vairāku daivu UWB radara skaņas signālu.
Izmantojot vairāku tuvumā esošo izpētes objektu UWB radaru, rodas problēma ar viena un otra objekta saņemto signālu atrisināšanu. Šo problēmu saasina traucējumi, nepilnīgas raidīšanas un uztveršanas iekārtas un daudzi citi faktori.
Tradicionālais no pētāmā objekta atstarotā radara signāla priekšapstrādes veids ir tā noteikšana - zemas frekvences funkcijas - radio impulsa amplitūdas (kompleksā) apvalka izvēle. Strādājot ar UWB signāliem, izmantojot Hilberta transformāciju iegūtā UWB signāla amplitūdas aploksne ne vienmēr pareizi atspoguļo tā formas pazīmes 17. lpp. Šajā gadījumā UWB signālu potenciāli augstā izšķirtspēja netiek realizēta.
Zināmais patents RU 2141674 - ultraplatjoslas radara uztveršanas metode, kas sastāv impulsa izstarošanā ar vienu antenu, šī impulsa uztveršanā ar otru - tālvadības antenu, saņemto impulsu aizkavē, atkārtoti izstaro un uztver antena, kas atrodas plkst. primārā starojuma vieta. Šī metode ļauj savlaicīgi atdalīt signālus, kas saņemti no antenas un no apkārtējiem konstrukcijas elementiem. Izmantojot šo metodi, izšķirtspējas problēma tiek atrisināta, atstarotos signālus atdalot laikā.
Šīs metodes trūkums ir ierobežotā pielietojuma joma, jo reti rodas iespēja mākslīgi atdalīt laikā atstarotos signālus no vairākiem pētījuma objektiem.
Apgalvotajai metodei vistuvākā ir tā, ka tie izstaro N-daivas zondēšanas radioimpulsu, nepārtraukti uztver atstaroto signālu izvēlētajā laika logā, nosaka un novērtē signālus no pētāmajiem objektiem. Lai atrisinātu izšķirtspējas problēmu, nosakiet:
Tiešā pārraides signāls no izstarojošās uz uztverošo antenu (zondējot atklāto telpu), kas tiek atņemts no saņemtā signāla turpmākās vides zondēšanas laikā;
Kopējais atstarošanas signāls, zondējot metāla loksni, ko izmanto turpmāko zondējumu kalibrēšanai.
Priekšējais signāls tiek atņemts no signāla, kas saņemts no izpētes objektiem. Pēc tam pa vienam tiek noteikta tuvākā reakcija un, ņemot vērā zināmā kopējā atstarošanas signāla vājināšanos, tā tiek atņemta no saņemtā signāla. Tādējādi teorētiski ir iespējams atrisināt saņemtos signālus.
Šīs metodes trūkums ir zemā precizitāte. Pirmkārt, signāls, kas iet caur vidi, maina frekvenču spektru un līdz ar to ne tikai amplitūdu, bet arī tā formu. Rezultātā izrādās, ka nav pareizi izmantot kopējo atstarošanas signālu kā kalibrēšanas signālu. Otrkārt, apstrādes rekursīvais raksturs, kurā katrs jauns objekts tiek atklāts, pamatojoties uz iepriekšējā atklāšanas rezultātiem, izraisa kļūdu uzkrāšanos.
Problēma, kas atrisināta ar šo izgudrojumu, ir palielināt UWB uztveršanas izšķirtspēju, kas atspoguļojas no tuvumā esošiem objektiem, un tādējādi iegūt vairāk un labākas kvalitātes informāciju no radara sensoriem.
Atrisināt problēmu, kas izvirzīta ultraplatjoslas radara sensoru izšķirtspējas palielināšanas metodē, kas sastāv no N-daivas zondēšanas radio impulsa izstarošanas, nepārtrauktas atstarotā signāla saņemšanas izvēlētajā laika logā, signālu no pētāmo objektu noteikšanas un novērtēšanas. , integrējot atstaroto signālu izvēlētajā laika logā N -1 reizi, un izmantot integrācijas rezultātus, lai noteiktu un novērtētu signālus no pētījuma objektiem.
Būtiska atšķirība starp piedāvāto metodi un prototipu ir tāda, ka zondējot ar N-daivas radioimpulsu, atstarotais signāls tiek integrēts izvēlētajā laika logā N-1 reizes.
Prototips izmanto darbību, kas atņem zināmas atbildes no saņemtā signāla.
N-1 vairāku daivu integrācijas izmantošana, kas ir lineāra metode saņemto signālu konvertēšanai, ļauj pārvērst to vairāku daivu laika struktūru par vienas daivas. 1. attēlā redzams, ka trīs daivu radioimpulss pēc vienas zondēšanas kļūst par divu daivu, bet pēc otrās integrācijas - ar vienu daivu. Ja šādu impulsu varētu izstarot antena, tad tuvumā esošo objektu atrisināšanas uzdevums būtu ievērojami vienkāršots. Saņemtā signāla integrēšana lineārai sistēmai ir līdzvērtīga ieejas signāla integrēšanai. Tādējādi izejas signāla integrēšana ievērojami vienkāršo tuvumā esošo objektu izšķirtspēju.
Izgudrojuma metodi ilustrē šādi grafiskie materiāli.
1. attēlā - trīs daivu signāla secīgas integrācijas rezultāti.
2. attēlā - daļēji signāli, kas atspoguļoti no trim objektiem.
3. attēls - kopējais signāls, kas atspoguļots no trim objektiem.
4. attēls ir atstarotā signāla atsevišķas integrācijas rezultāts.
5. attēls ir atstarotā signāla dubultās integrācijas rezultāts.
Apsvērsim iespēju ieviest piedāvāto metodi.
Radara zondēšanai var izmantot atsevišķus radioimpulsus ar nelielu laika daivu skaitu N=2-5, piemēram, trīs daivu impulsu S(t), kas parādīts 1. att. Šādiem signāliem ir UWB spektrs. To apstrāde ir iespējama frekvences vai laika jomā. Abos gadījumos nepieciešams noteikt no pētāmajiem objektiem atstarotos signālus, novērtēt to amplitūdu, polaritāti, laika stāvokli un citus parametrus. Šādas zondēšanas tiek izmantotas, piemēram, ceļa seguma slāņu izpētē. Šajā gadījumā izpētes objekti ir pārklājuma slāņu robežas, kas atspoguļo zondēšanas signālu un kurām ir dažādas dielektriskās konstantes ε. Atkarībā no vides dielektrisko konstantu ε attiecības atstarotajiem signāliem var būt dažādas polaritātes.
Ja pētāmie objekti (ceļa virsmas slāņi) atrodas tuvu viens otram, tad atstarotie signāli pārklājas viens ar otru. 2. attēlā parādīti daļējie signāli S 3i (t), (i=1, 2, 3), kas atspoguļoti no trim dažādiem slāņiem. Katram no tiem ir sava amplitūda un forma. Signālam S 32 (t) ir apgriezta polaritāte. Kopējais atstarotais signāls S 3 (t)=S 31 (t)+S 32 (t)+S 33 (t), 3. att., analīzei ir maz noderīgs. Lai atrisinātu izšķirtspējas problēmu, ir iespējams samazināt zondēšanas signāla S(t) ilgumu, taču tas novedīs pie nepamatota izstrādes izmaksu pieauguma vai tehniskās nepraktiskās iespējas.
No objektiem atstarotā signāla viena integrācija 4. att. neatrisina izšķirtspējas problēmu, bet gan reintegrāciju
5. att. ļauj diezgan precīzi novērtēt atstaroto signālu laika pozīciju, polaritāti un amplitūdu. Šo novērtējumu var iegūt vizuāli vai izmantojot datoru.
Ņemiet vērā, ka ar piedāvātās lineārās transformācijas palīdzību daļējo signālu amplitūdu attiecības un attāluma starp tiem atjaunošana ir iespējama pat tad, ja signāli tiek aizkavēti viens pret otru uz laiku, kas ir mazāks par signāla ilgumu. signāla spektra centrālās harmonikas periods, t.i. potenciālā diapazona izšķirtspējas realizācijas apstākļos.
Tādējādi piedāvātā metode ļauj UWB radara sensoram noteikt pētāmos objektus, tuvojoties potenciālajai izšķirtspējai.
Apsvērsim piedāvātās metodes praktiskas ieviešanas iespēju. 6. attēlā parādīta ierīces diagramma, kas ievieš piedāvāto metodi, kur:
1. UWB signāla ģenerators.
2. Raidīšanas antena.
3. Uztvērēja antena.
4. Daudzslāņu vide, kas tiek pētīta.
5. Stroboskopiskais uztvērējs.
6. Kontrolēta aizkaves līnija.
7. Analogo-digitālo pārveidotājs (ADC).
8. Dators.
Signāls no datora 8 iedarbina UWB signāla ģeneratoru 1, ko izstaro antena 2. UWB signāls, kas atspoguļots no pētāmās daudzslāņu vides 4, nonāk antenā 3. Aizkaves līnija 6, ko kontrolē dators 8, iedarbina stroboskopiskais uztvērējs 5, kas izvēlas vienu momentāno atstarotā signāla amplitūdu. Analogā-digitālā pārveidotājs 7 pārvērš šo vērtību kodā, ko nolasa dators 8. Ģeneratora 1 palaišanas frekvence var būt desmitiem kilohercu, kam nav nepieciešams ātrdarbīgs ADC 7. Aizkaves vērtība 6 iestata uztveršanas logu un atskaites punkta atrašanās vieta tajā. Atkārtojot mērījumus daudzas reizes, jūs varat aprēķināt šī atstarotā signāla parauga vidējās vērtības, un, mainot aizkaves vērtību, jūs varat iegūt visu atspoguļotā signāla realizāciju izvēlētajā laika logā, precīzi atbilstoši skalas laikam. transformācija. Tādējādi atkārtotas zondēšanas rezultātā uztveršanas logā atstarotā signāla momentānās amplitūdas tiek saglabātas datora 8 atmiņā. Iegūto digitālo paraugu integrācija tiek veikta, secīgi summējot paraugus, un vairākkārtēja integrācija tiek veikta, izmantojot šo procedūru secīgi. 1.-5. attēlā abscisu ass parāda UWB signāla paraugu numurus. Iegūtos integrācijas rezultātus var vizuāli apstrādāt operators vai ar zināmām apstrādes metodēm datorā 8.
Tādējādi piedāvātā metode ir tehniski iespējama un ļauj palielināt ultraplatjoslas radara uztveršanas izšķirtspēju.
Izmantotās literatūras saraksts
1. Astaņins L.Ju., Kostiļevs A.A. Ultraplatjoslas radara mērījumu pamati. - M.: Radio un sakari, 1989. - 192 lpp.: ill.
2. Patents RU 2141674.
3. Patents FR 2626666.
4. Radara teorētiskie pamati / Red. V.E. Duļevičs. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 lpp.
Metode ultraplatjoslas radara sensoru izšķirtspējas palielināšanai, kas sastāv no N-daivas zondēšanas radio impulsa izstarošanas, kur N = 2, 3, 4, 5..., nepārtraukti uztverot atstarotos signālus izvēlētā laika logā, atklājot signālus no pētāmajiem objektiem, mērot un novērtējot no pētāmajiem objektiem atstaroto signālu parametrus, kas raksturīgi ar to, ka pētāmā objekta zondēšana ar N-daivas radioimpulsu tiek veikta atkārtoti; uztverot atstarotos signālus, tiek kontrolēts aizkaves vērtība iestata uztveršanas logu ar iespēju iegūt visu atstarotā signāla realizāciju izvēlētajā laika logā un atskaites punkta pozīciju Tā integrē saņemtos atstarotā signāla paraugus izvēlētajā uztveršanas laika logā N-1 reizes, pārveidojot signāla N-daivas temporālo struktūru par vienas daivas, nodrošinot tuvumā esošo pētāmo objektu izšķirtspēju, un integrācijas rezultātus izmanto pētāmo objektu noteikšanai, pētāmo objektu signālu parametru mērīšanai un novērtēšanai.
Līdzīgi patenti:
Izgudrojums attiecas uz radiotehniku, galvenokārt uz stacionāru objektu radaru, un jo īpaši to var izmantot zemzemes uztveršanai.
Izgudrojums attiecas uz maza darbības attāluma radaru, un to var izmantot autonomās vadības sistēmās mijiedarbojošu objektu pārvietošanai, lai noteiktu koncentrēta gaisa mērķa saskares leņķi ierobežotos attālumos, izmantojot lidmašīnā esošo aktīvo radaru.
Izgudrojums attiecas uz maza darbības rādiusa radaru, un to var izmantot, lai izmērītu gaisa kuģa sadursmes leņķi ar koncentrētu gaisa mērķi ierīcēs mijiedarbojošu objektu kustības autonomai kontrolei ierobežotos attālumos.
Izgudrojums attiecas uz radiotehniku un var tikt izmantots pasīvās radio novērošanas sistēmās zemes un gaisa objektu identificēšanai, virziena noteikšanai un atrašanās vietas noteikšanai pēc to UHF raidītāju emisijām, izmantojot vienu uztveršanas staciju.
Īss apraksts un metodes pielietošanas piemēri
Ģeoradara zemvirsmas noteikšanas metode (vispārpieņemtā terminoloģijā ir ģeoradars; angļu literatūrā šo metodi sauc par “Ground Penetrating Radar” jeb GPR.) ir balstīta uz elektromagnētisko viļņu izplatības izpēti vidē. Metodes ideja ir izstarot elektromagnētisko viļņu impulsus un reģistrēt signālus, kas atspoguļoti no saskarnēm starp zondējamās vides slāņiem, kuriem ir atšķirības dielektriskajā konstantē. . Šādas saskarnes pētītajās vidēs ir, piemēram, saskare starp sausām un ar mitrumu piesātinātām augsnēm (gruntsūdens līmenis), kontakti starp dažāda litoloģiskā sastāva iežiem, starp iežiem un mākslīgas struktūras materiālu, starp sasalušām un atkusušām augsnēm, starp pamatiežiem un irdeni akmeņi utt. d. (viļņu raksta veidošanās diagramma parādīta att.).
Shēma izkliedēta elektromagnētiskā viļņa veidošanās no caurules, kas atrodas dziļumā H, un viļņa, kas atstarojas no saskarnes starp vidēm ar dažādām dielektriskajām konstantēm: dziļuma (a.) un laika (b.) sekcijām.
Visas ar zemes penetrācijas radara palīdzību atrisinātās problēmas var iedalīt divās lielās grupās ar pētījumu metodēm, apstrādes metodēm, pētāmo objektu attēlošanas veidiem elektromagnētisko viļņu jomā un katrai grupai raksturīgu rezultātu uzrādīšanu. Pirmajā grupā ietilpst ģeoloģiskie, hidroģeoloģiskie un ģeotehniskie uzdevumi, piemēram, kartēšana:
- pamatiežu virsmas zem irdeniem nogulumiem;
- gruntsūdeņu līmeņi un robežas starp slāņiem ar dažādu ūdens piesātinājuma pakāpi;
- smiltis, māls, kūdra utt.;
- sasalušas augsnes;
- ūdens slāņa biezuma noteikšana un grunts nogulumu kartēšana;
- ledus un sniega biezums.
Otrajā uzdevumu grupā ietilpst lokālo objektu meklēšana, inženierbūvju apsekošana, normālās situācijas pārkāpšana, piemēram:
- meklēt pazemes dobumus;
- tiltu un ceļu segumu pārbaude;
- komunikāciju kartēšana (cauruļvadi un kabeļi);
- betona konstrukciju pārbaude;
- sāļas augsnes;
- posma posmi ar traucētu dabisko grunts atrašanos - meliorēta zeme, aizbērtie izrakumi.
Tas. Šobrīd GPR tiek plaši izmantots pētījumos salīdzinoši nelielos mērķa objektu dziļumos (0,2 - 15 metri), izņemot ledāju un sasalušu iežu izpēti, kurās lielās pretestības dēļ dziļums palielinās.
Georadar ir viena operatora nēsāta digitāla, pārnēsājama ģeofizikāla ierīce, kas paredzēta plaša spektra ģeotehnisku, ģeoloģisku, vides, inženiertehnisku un citu problēmu risināšanai, kur nepieciešams operatīvs vides monitorings, iegūstot grunts posmus, kuros nav nepieciešama urbšana. vai rakšana. Zondēšanas laikā operators displejā saņem informāciju reāllaikā radara profila (saukta par radargrammu) veidā. Tajā pašā laikā dati tiek ierakstīti datora cietajā diskā turpmākai izmantošanai (apstrādei, drukāšanai, interpretācijai utt.).
Nomaināmu antenu moduļu komplekts nodrošina iespēju zondēt plašā frekvenču diapazonā (16 - 2000 MHz). Konkrētas antenas sistēmas izmantošanu nosaka problēma, kas tiek atrisināta zondēšanas laikā. Zondēšanas biežuma palielināšana uzlabo izšķirtspēju; bet tajā pašā laikā palielinās elektromagnētiskā viļņa vājināšanās vidē, kas noved pie zondēšanas dziļuma samazināšanās; otrādi, samazinot frekvenci, jūs varat palielināt zondēšanas dziļumu, bet jums par to būs jāmaksā, pasliktinot izšķirtspēju. Turklāt, frekvencei samazinoties, palielinās ģeoradara sākotnējā nejutības zona (tā sauktā mirušā zona).
Zemāk ir tabula par izšķirtspējas, mirušās zonas un zondēšanas dziļuma atkarību atkarībā no izmantotās antenas. Tiek pieņemts, ka tiek pētīta augsne ar relatīvo dielektrisko konstanti 4 un īpatnējo vājinājumu 1-2 dB/metrs. Ar dziļumu mēs saprotam plakanas robežas noteikšanas dziļumu ar atstarošanas koeficientu 1. Jāpatur prātā, ka šie dati ir ļoti aptuveni, tie ir ļoti atkarīgi no zondējamās vides parametriem.
Parametrs | Centrālā frekvence | ||||||
2 GHz | 900 MHz | 500 MHz | 300 MHz | 150 MHz | 75 MHz | 38 MHz | |
Rezolūcija, m | 0.06 — 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Mirusī zona, m | 0.08 | 0.1-0.2 | 0.25-0.5 | 0.5-1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Dziļums, m | 1.5-2 | 3-5 | 7-10 | 10-15 | 7-10 | 10-15 | 15-30 |
Mūsdienīgie GPR ir paredzēti darbam grūti sasniedzamās vietās ar nelabvēlīgu klimatu un ir izmantojami jebkurā gadalaikā (GPR darba temperatūra -20...+40°C).
Tālāk ir sniegti piemēri metodes pielietošanai dažu (ļoti nedaudzu) problēmu risināšanai.
Atrastas trīs metāla caurules, kas ieraktas zemē 1 - 1,5 metru dziļumā. Katra caurule dod trajektorijas signālu hiperbolas formā, kuras virsotne atbilst tās atrašanās vietai. Skanēšanas frekvence 900 MHz. Skanēšanas vieta - netālu no Daugavpils, Latvija. | |
Karsta dobuma atklāšana kaļķakmenī zem smilšmāla slāņa. Dobums (apļa) redzams profila kreisajā pusē mainīgu svītru veidā. Loam tiek parādīts augšpusē kā nepārtraukts signāls. Zondēšanas frekvence 300 MHz. Zondēšanas vieta ir Nāves jūras krasts, Izraēla. | |
Ķieģeļu sienas zondēšana. Profila vidū labi redzams signāls no sienā iebūvētā metāla skapja. Zondēšanas frekvence 2 GHz. Skanēšanas vieta: Rīga, Latvija. | |
Ezera profilēšana no plastmasas laivas dibena. Tika izmantota 500 MHz ekranēta antena. Metāla priekšmeti ir ļoti skaidri redzami dūņās (attēlā norādīti kā MO). | |
Šis profils tika iegūts, zondējot sāls raktuves dreifa sienu. Skaidri redzami signāli daudzu hiperbolu veidā no blakus esošās dreifēšanas. Attālums starp dreifiem ir aptuveni 7,5 metri. Zondēšanas frekvence 500 MHz. Skanēšanas vieta: Mirny, Krievija. |
30 /11
2018
Lāzerskenēšanas pielietojums ēku informācijas modelēšanā
Mūsdienu problēmas, kas rodas ēku un būvju projektēšanā, būvniecībā un ekspluatācijā, prasa trīsdimensiju telpā uzrādīt datus, kas ar augstu precizitāti un pilnīgumu raksturo ēku, būvju daļu relatīvo stāvokli, situāciju un reljefu.
Izgudrojums attiecas uz radara uztveršanas jomu, izmantojot vienu ultraplatjoslas (UWB) impulsu signālus, un to var izmantot, zondējot vairākus tuvumā esošus objektus, piemēram, asfalta seguma slāņus. Metode sastāv no N-daivas zondēšanas radioimpulsa izstarošanas, nepārtrauktas atstarotā signāla uztveršanas, integrēšanas N-1 reizes izvēlētā laika logā, signālu noteikšanu un novērtēšanu no pētāmajiem objektiem. Izgudrojuma sasniegtais tehniskais rezultāts ir palielināt UWB sensora izšķirtspējas precizitāti. 6 slim.
RF patenta 2348945 rasējumi
Izgudrojums attiecas uz radara sensoru jomu, izmantojot ultraplatjoslas (UWB) impulsa signālus ar ilgumu T, un to var izmantot, zondējot vairākus objektus, kuru attālums L ir salīdzināms ar сT, kur c ir gaismas ātrums vidē. , t.i. apstākļos, kad signāli, kas atspoguļoti no vairākiem pētījuma objektiem, pārklājas viens ar otru. Šī problēma rodas, piemēram, zondējot pazemes grunts slāņus, jo īpaši daudzslāņu asfalta ceļu segumus.
Ir zināms, 24. lpp., ka jebkuram signālam S(t), ko var izstarot antena, ir jāatbilst nosacījumam: ieskaitot vienu vairāku daivu UWB radara skaņas signālu.
Izmantojot vairāku tuvumā esošo izpētes objektu UWB radaru, rodas problēma ar viena un otra objekta saņemto signālu atrisināšanu. Šo problēmu saasina traucējumi, nepilnīgas raidīšanas un uztveršanas iekārtas un daudzi citi faktori.
Tradicionālais no pētāmā objekta atstarotā radara signāla priekšapstrādes veids ir tā noteikšana - zemas frekvences funkcijas - radio impulsa amplitūdas (kompleksā) apvalka izvēle. Strādājot ar UWB signāliem, izmantojot Hilberta transformāciju iegūtā UWB signāla amplitūdas aploksne ne vienmēr pareizi atspoguļo tā formas pazīmes 17. lpp. Šajā gadījumā UWB signālu potenciāli augstā izšķirtspēja netiek realizēta.
3. Patents FR 2626666.
4. Radara teorētiskie pamati / Red. V.E. Duļevičs. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 lpp.
PRETENZIJA
Metode ultraplatjoslas radara sensoru izšķirtspējas palielināšanai, kas sastāv no N-daivas zondēšanas radio impulsa izstarošanas, kur N = 2, 3, 4, 5..., nepārtraukti uztverot atstarotos signālus izvēlētā laika logā, atklājot signālus no pētāmajiem objektiem, mērot un novērtējot no pētāmajiem objektiem atstaroto signālu parametrus, kas raksturīgi ar to, ka pētāmā objekta zondēšana ar N-daivas radioimpulsu tiek veikta atkārtoti; uztverot atstarotos signālus, tiek kontrolēts aizkaves vērtība iestata uztveršanas logu ar iespēju iegūt visu atstarotā signāla realizāciju izvēlētajā laika logā un atskaites punkta pozīciju Tā integrē saņemtos atstarotā signāla paraugus izvēlētajā uztveršanas laika logā N-1 reizes, pārveidojot signāla N-daivas temporālo struktūru par vienas daivas, nodrošinot tuvumā esošo pētāmo objektu izšķirtspēju, un integrācijas rezultātus izmanto pētāmo objektu noteikšanai, pētāmo objektu signālu parametru mērīšanai un novērtēšanai.