Радарын мэдрэгч ба нарийвчлал. Хүлэр, сапропелийн ордуудыг судлах радарын арга. Агаарын дээж, тэдгээрт суурилсан тээврийн хэрэгслийг хянах хийн шинжилгээний аргууд
Livshits M. Хэмжих хэрэгслийн нарийвчлал // Квант. - 2002. - No 3. - P. 35-36.
"Квант" сэтгүүлийн редакцийн зөвлөл, редакторуудтай тусгай тохиролцоогоор
Жишээлбэл, тайзан дээрх микробын тоог тоолоход микроскоп, тэнгэр дэх оддыг тоолоход телескоп, тэнгэрт байгаа агаарын хөлгийн тоо, түүнд хүрэх зайг тодорхойлоход радар хэрэгтэй гэдгийг хүн бүр мэддэг. тэд.
Энэ нийтлэлд бид физик төхөөрөмжүүдийн хамгийн чухал шинж чанаруудын тухай ярих болно - тэдгээрийн нарийвчлал, i.e. хэмжилтийн явцад ялгагдах хэмжилтийн объектын хамгийн бага нарийвчлалын хэмжээ. Ашигласан тоолуурын чанарын гол шинж чанар нь нарийвчлал юм (хэмжилтийн нарийвчлалаас ч илүү чухал). Жишээлбэл, түүний чанар нь зөвхөн микроскопын томруулагчаас хамаардаггүй. Хэрэв микроскопын төхөөрөмж нь объектын хангалттай жижиг нарийн ширийн зүйлийг тусад нь хүлээн авах боломжийг олгодоггүй бол томруулсан хэмжээ ихсэх тусам үүссэн зураг сайжрахгүй. Бид зөвхөн тухайн объектын илүү том, гэхдээ бүрхэг зургийг авах болно. Үүнээс гадна хэмжилтийн алдааг зөвхөн шийдвэрлэсний дараа тодорхойлж болно, i.e. объектын энэ хэсгийг бусдаас сонгосны дараа.
Алсын зайн (контакт бус) тоолуурын ямар физик шинж чанар нь тэдгээрийг ашиглах үед олж авсан нарийвчлалд шууд нөлөөлж, ийм төхөөрөмжүүдийн нарийвчлалыг сайжруулахын тулд ямар аргыг ашиглаж болохыг харуулах болно.
Эхлээд тоон үнэлгээ өгье. Хэмжилтийн явцад өгөгдсөн төхөөрөмжөөр объектын нарийн ширийн зүйлийг тодорхойлж болно, төдий чинээ сайн (өндөр) нягтаршилтай болно. Төрөл бүрийн хэрэгслийн хувьд зорилго, аргаас хамааран шийдвэрлэх хүчийг тооцоолох өөр өөр тодорхойлолт, өөр өөр томъёо байдаг: жишээлбэл, объектын нарийн ширийн зүйлсийн нарийвчлал (микроскоп, дуран, дуран) эсвэл цацрагийн спектрийн салангид шугамууд (призм). , дифракцийн тор болон бусад спектрийн төхөөрөмж) зэрэг хэд хэдэн зорилтот объектын координатыг ажиглах, хэмжих бие даасан байдлыг (радар, сонар, амьтны цуурайтах төхөөрөмж) ашиглаж байгаа эсэхийг үнэлдэг. Гэсэн хэдий ч нарийвчлалын тоон үнэлгээний нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн үндэслэл нь хоёр цэгийн гэрлийн эх үүсвэрийг (давхар одны нягтрал) тусад нь ажиглах тохиолдолд анх тогтоосон Рэйлийн шалгуур юм. Энэ шалгуурыг янз бүрийн тохиолдолд ашиглах боломжийг олгодог түүний ерөнхий дүгнэлтийг дараах байдлаар гүйцэтгэнэ.
Хэмжих төхөөрөмж дээрх оролтын нөлөө нь Δ интервалаар тусгаарлагдсан хоёр оргилоос бүрдэнэ x; Энэ тохиолдолд төхөөрөмжийн оргил бүрээс гарах үед илүү тархсан хэлбэрээр "хариу" авдаг. Xтөхөөрөмжийн шинж чанарыг тодорхойлж, тоног төхөөрөмжийн функц гэж нэрлэгддэг хязгаарлагдмал өргөнтэй тэсрэлт (Зураг 1). Дараа нь Рэйлигийн нарийвчлалыг хамгийн бага интервал Δ гэж нэрлэдэг xХоёр оргилын нөлөөний хоорондох мин, нийт хариу үйлдэл нь давхар бөхийсөн муруй хэлбэртэй хэвээр байна (Зураг 2, а). Хэрэв бид Δ-ийг бууруулбал x, нийт тэсрэлтийн дээд хэсэг нь хавтгайрч, тэсрэлтүүд нэг болж нийлдэг (Зураг 2, b).
Алсын мэдрэгчүүдэд ашигладаг долгионы ямар параметрүүд нягтралыг тодорхойлдог вэ? Энэ параметр нь долгионы уялдаа холбоо (Латин үг нь "холбогдсон" гэсэн утгатай) юм.
Эхлээд хэлбэлзлийн уялдаа холбоог санацгаая. Ажиглалтын бүх хугацаанд хэлбэлзлийн фазын зөрүү ба далайцын харьцаа тогтмол байвал хэлбэлзлийг уялдаа холбоотой гэж нэрлэдэг. Хамгийн энгийн тохиолдолд \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) ба \(~B \cos (\omega t + \beta)\) хоёр синусоид хэлбэлзэл уялдаатай байдаг. А, IN, α Тэгээд β - тогтмол утгууд. Долгионы үйл явц нь эдгээр долгионууд орших орон зайн бүх цэгийн хэлбэлзлээр тодорхойлогддог тул долгионы уялдаа холбоотой байх зайлшгүй нөхцөл нь ажиглалтын хугацаанд долгионы өгөгдсөн цэг бүрт үүсэх хэлбэлзлийн уялдаа холбоо юм.
Долгионы уялдаа холбоогүй байдлын илүү ерөнхий бөгөөд товч тодорхойлолт нь хэрэв ажиглалтын хугацаанд эдгээр долгионууд зэрэгцэн орших орон зайн бүх цэгийн хэлбэлзлийн хоорондох фазын зөрүү байнга, тогтмол бус өөрчлөгдвөл гэрлийн туяа эсвэл бусад долгион нь уялдаа холбоогүй болно.
Одоо бид тоолуурын нарийвчлал ба долгионы уялдаа холбоог хооронд нь холбохыг хичээх болно. Үүнийг радио долгион ашиглан объектын байршлыг тодорхойлох арга болох радарын жишээг ашиглан хамгийн тодорхой хийж болно.
Импульсийн радарын станцын (радар) ажиллах зарчмыг товч дурдъя. Зураг 3-т радарын блок диаграммыг үзүүлэв. Энд 1 - дамжуулагч, 2 - антенны унтраалга, 3 - антен, 4 - антенны цацрагийн загвар, 5 - хүлээн авагч, 6 - үзүүлэлт. Нарийн чиглэлтэй антен ашиглан радарын дамжуулагч нь богино хугацааны радио долгионоор орон зайг үе үе цацруулдаг (зондлох, өөрөөр хэлбэл "зондлох" импульс). Антенныг эргүүлэх (эсвэл бусад аргууд) радио долгионы цацрагийн чиглэлийг өөрчилдөг бөгөөд ингэснээр орон зайн том эсвэл жижиг хэсгийг дараалан шалгах (эсвэл дугуй хэлбэртэй) явагдана. Төрөл бүрийн зорилтот цэгүүдээс туссан импульс (ихэвчлэн ижил антенаар) радарын хүлээн авагч руу ирдэг. Энэ тохиолдолд зорилтот өнцгийн координатыг тодорхойлох нь антенны цацраг, хүлээн авах хэв маягийг ашиглахад суурилдаг. Хүрээлэн буй Дсаатлын хугацааг хэмжих замаар үйлдвэрлэсэн тЗорилтот цэгээс тусгагдсан импульсийн ирэлтийн zap нь шалгах импульс гарах мөчтэй харьцуулахад:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
Хаана в- гэрлийн хурд. Хугацааны хоѐр нь гарч ирнэ, учир нь саатлын хугацаа нь шалгах импульс зорилтот цэгт хүрэх хугацаа болон туссан импульс радарт хүрэхтэй ижил хугацааны нийлбэр юм.
Радарын өнцгийн нарийвчлал нь өнцгийн хамгийн бага зөрүү Δ юм α ижил мужид байрлах хоёр зорилтот чиглэлийн хооронд, тэдгээрээс туссан импульс тус тусад нь ажиглагддаг. Энэ нь орон зайн уялдаа холбоогүй байдлын хамгийн энгийн тохиолдолтой тохирч байгааг харахад хялбар байдаг: эдгээр зорилтууд нь "гэрэлтдэг" радарын цацрагт нэгэн зэрэг өртөх боломжгүй (өнцөгөөр) шийдэгддэг, учир нь тэдгээрийн чиглэл нь антенны цацрагийн өргөнөөс хамаарч өөр өөр байдаг. загвар (Зураг 4).
Радарын хүрээний нарийвчлал нь хамгийн бага зай δ юм rтус тусад нь ажиглагдаж буй нэг чиглэлд байрлах хоёр байны хооронд. Сонгодог радар гэж нэрлэгддэг системд тогтмол далайцтай синусоид долгионы галт тэрэгний импульсийг шалгах импульс болгон ашигласан. Үүнийг ялангуяа ийм галт тэрэг бүтээхэд хялбар байдагтай холбон тайлбарлаж байна: өндөр давтамжийн генератор (жишээлбэл, магнетрон) дээр тогтмол өндөр хүчдэлийг богино хугацаанд хэрэглэхэд хангалттай. Галт тэрэгний бүтцийн нэгдмэл байдал нь өөр өөр байнуудаас туссан долгионууд ижил давтамжтай байх (хэрэв тэдгээр нь ижил хурдаар радар руу шилжих юм уу эсвэл Доплер эффектийг үл тоомсорлож болох юм бол) туссан долгионы харилцан давхцалд хүргэдэг. импульс нь хоорондоо уялдаатай байх ба зорилтууд нь бүрэн тусгаарлагдсан байх болно, энэ нь ажиллахгүй болно. Хоёр зорилтот цэгээс туссан импульс нь радарын хүлээн авагчид хүрэх хугацаандаа давхцахгүй тул заагч дэлгэц дээр давхцахгүй байх үед л уялдаа холбоогүй болно (Зураг 5).
Тиймээс эдгээр радаруудын хүрээний нарийвчлал нь байна
\(~\дельта r = \frac(c \tau)(2)\) ,
Хаана τ - импульсийн үргэлжлэх хугацаа. Хэлэлцэж буй радарт янз бүрийн зорилтот газраас ирж буй туссан дохионы уялдаа холбоогүй байдал нь хамгийн энгийн хэлбэрээр илэрдэг: цаг хугацааны хувьд давхцахгүй байх явдал гэж бид хэлж чадна.
Сүүлийн томъёоноос харахад хүрээний нарийвчлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд импульсийн үргэлжлэх хугацааг багасгах шаардлагатай байна τ . Гэхдээ энэ нь давтамжийн зурвасыг зохих хэмжээгээр өргөтгөхөд хүргэдэг. Үнэн хэрэгтээ, нэг талаас, үргэлжлэх хугацаа хооронд үндсэн хамаарал байдаг τ дохио (жишээлбэл, эвдэрсэн синусоид) ба өргөн Δ ν гол импульсийн энерги төвлөрсөн түүний спектр (давтамжийн хуваарь дээр):
\(~\Дельта \nu \ойролцоогоор \frac(1)(\tau)\) .
Нөгөөтэйгүүр, зорилтот илрүүлэх хүрээ нь датчикийн эрчим хүчээр тодорхойлогддог нь тодорхой байна. Энэ нь импульс богиноссон үед дамжуулагчийн хүчийг зохих ёсоор нэмэгдүүлэх шаардлагатай гэсэн үг бөгөөд энэ нь тийм ч амар ажил биш юм.
Энэ нөхцөл байдлаас гарах арга замыг эрэлхийлэхийн тулд радарууд импульсийн зурвасын өргөнийг түүний үргэлжлэх хугацааг өөрчлөхгүйгээр нэмэгдүүлэх замыг авчээ: синусоидаас датчикийн импульсийн илүү төвөгтэй дотоод бүтэц рүү шилжих замаар. Шугаман давтамжийн модуляцлагдсан (жирхэх) импульс бүхий радарууд ингэж гарч ирэв (Зураг 6). Энэ тохиолдолд дохионы үргэлжлэх хугацаа ба өргөн хоорондын хамаарал нь импульсийн үргэлжлэх хугацаанд үнэн байхаа болино. τ imp , мөн уялдаатай хугацааны хувьд τ ког:
\(~\tau_(kog) \ойролцоогоор \frac(1)(\Дельта \nu)\) , энд \(~\Дельта \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Үнэн бол энэ зорилгоор радарын хүлээн авагчид нэмэлт тусгай шүүлтүүр суурилуулсан бөгөөд түүний тусламжтайгаар хүлээн авсан импульс нь тодорхой хугацаанд шахагддаг. τ s = τ ког. Одоо радарын дэлгэц дээрх импульсууд нь синусоид импульс ашиглах үеийнхээс хамаагүй бага зайд тусгаарлагдана.
\(~\дельта r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Энэ нь алсын тоолуурын нягтрал ба долгионы уялдаа холбоо хоорондын салшгүй холбоог баталж байна: тоолуурын нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх (сайжруулах) тулд ашигласан долгионы уялдаа холбоог улам дордуулах шаардлагатай.
Амьд байгальд энэ чиглэлийн хөгжил улам бүр ахисан нь сонирхолтой юм. Жишээлбэл, цуурайтах импульс ашигладаг сарьсан багваахайтай хамт "шивнэх" гэж нэрлэгддэг сарьсан багваахайнууд байдаг бөгөөд тэд илүү өргөн зурвасын дуу чимээний импульс ашигладаг. "цагаан" чимээ шуугианаар зохицуулагдсан өндөр давтамжийн импульс. Тэд байг илт бага цацрагийн хүчээр илрүүлж, мөн түүнчлэн эдгээр сарьсан багваахайн том бүлэг шавьжийг нэгэн зэрэг агнаж байх үед үүсэх харилцан нөлөөллөөс, тэдгээрийн байршлыг тогтоогчдоо илүү сайн хамгаалдаг.
Энэхүү шинэ бүтээл нь нэг хэт өргөн зурвасын (UWB) импульсийн дохиог ашиглан радарын мэдрэгч бүхий талбартай холбоотой бөгөөд ойролцоох хэд хэдэн объектыг, жишээлбэл асфальт хучилтын давхаргыг шалгахад ашиглаж болно. Энэ арга нь N-дэлбээн судалдаг радио импульс ялгаруулах, туссан дохиог тасралтгүй хүлээн авах, сонгосон цагийн цонхонд N-1 удаа нэгтгэх, судалгааны объектуудаас дохиог илрүүлэх, үнэлэхэд оршино. Шинэ бүтээлийн техникийн үр дүнд хүрсэн нь UWB мэдрэгчийн нарийвчлалын нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх явдал юм. 6 өвчтэй.
Энэхүү шинэ бүтээл нь T үргэлжлэх хугацаатай хэт өргөн зурвасын (UWB) импульсийн дохиог ашиглан радарын мэдрэгч бүхий талбарт хамаарах бөгөөд хэд хэдэн объектыг шалгахад ашиглах боломжтой бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь сТ-тэй харьцуулах боломжтой бөгөөд c нь орчин дахь гэрлийн хурд юм. , өөрөөр хэлбэл судалгааны хэд хэдэн объектоос туссан дохионууд хоорондоо давхцаж байгаа нөхцөлд. Энэ асуудал нь жишээлбэл, гадаргын хөрсний давхарга, ялангуяа олон давхаргат асфальтан замын гадаргууг шалгах үед үүсдэг.
Антеннаас ялгарах аливаа дохио S(t) нь нэг олон дэлбэнтэй UWB радарын дуут дохиог багтаасан нөхцөлийг хангасан байх ёстой гэдгийг 24-р тал.
Ойролцоох хэд хэдэн судалгааны объектын UWB радарын мэдрэгчийг ашиглах үед нэг болон өөр объектоос хүлээн авсан дохиог шийдвэрлэх асуудал үүсдэг. Энэ асуудал нь хөндлөнгийн оролцоо, дамжуулах, хүлээн авах тоног төхөөрөмж төгс бус болон бусад олон хүчин зүйлээс болж улам хүндэрдэг.
Судалгааны объектоос тусгагдсан радарын дохиог урьдчилан боловсруулах уламжлалт арга бол түүнийг илрүүлэх - бага давтамжийн функцийг сонгох - радио импульсийн далайц (цогц) дугтуйг сонгох явдал юм. UWB дохиотой ажиллахдаа Hilbert хувиргалтыг ашиглан олж авсан UWB дохионы далайцын дугтуй нь түүний хэлбэрийн онцлогийг үргэлж зөв тусгадаггүй p.17. Энэ тохиолдолд UWB дохионы өндөр нягтрал нь хэрэгждэггүй.
Мэдэгдэж буй RU 2141674 патент нь нэг антенаар импульс ялгаруулах, нөгөө антенаар энэ импульсийг хүлээн авах - алсын антен, хүлээн авсан импульс хойшлогдож, дахин цацагдаж, хүлээн авсан антенаар хүлээн авахаас бүрддэг хэт өргөн зурвасын радарын мэдрэгчийн арга. анхдагч цацрагийн голомт. Энэ арга нь антеннаас болон хүрээлэн буй бүтцийн элементүүдээс хүлээн авсан дохиог цаг хугацаанд нь салгах боломжийг олгодог. Энэ аргын тусламжтайгаар туссан дохиог түр хугацаагаар тусгаарлах замаар шийдвэрлэх асуудлыг шийддэг.
Энэ аргын сул тал нь судалгааны хэд хэдэн объектоос туссан дохиог цаг хугацаанд нь зохиомлоор тусгаарлах боломж ховор тохиолддог тул хэрэглээний хязгаарлагдмал тал юм.
Нэхэмжлэгдсэн аргад хамгийн ойр байгаа нь тэдгээр нь N-дэлбээн судалтай радио импульс ялгаруулж, сонгосон цагийн цонхонд туссан дохиог тасралтгүй хүлээн авч, судалгааны объектуудаас дохиог илрүүлж, үнэлдэг. Шийдвэрлэх асуудлыг шийдэхийн тулд дараахь зүйлийг тодорхойлно.
Хүрээлэн буй орчныг дараагийн шалгалтын явцад хүлээн авсан дохионоос хасагдсан цацрагаас хүлээн авагч антен руу (нээлттэй зайг шалгах үед) шууд дамжуулах дохио;
Дараачийн датчикийг тохируулахад ашигладаг металл хуудсыг шалгахдаа нийт тусгалын дохио.
Судалгааны объектуудаас хүлээн авсан дохионоос урагшлах дохиог хасна. Дараа нь хамгийн ойрын хариу урвалыг нэг нэгээр нь илрүүлж, мэдэгдэж буй нийт ойлтын дохионы сулралыг харгалзан хүлээн авсан дохионоос хасна. Тиймээс хүлээн авсан дохиог шийдвэрлэх онолын хувьд боломжтой юм.
Энэ аргын сул тал нь бага нарийвчлал юм. Нэгдүгээрт, зөөвөрлөгчөөр дамждаг дохио нь давтамжийн спектрийг өөрчилдөг тул зөвхөн далайц төдийгүй түүний хэлбэрийг өөрчилдөг. Үүний үр дүнд нийт тусгалын дохиог тохируулгын дохио болгон ашиглах нь зохисгүй болж хувирав. Хоёрдугаарт, өмнөх объектыг илрүүлсэн үр дүнд үндэслэн шинэ объект бүрийг илрүүлдэг боловсруулалтын рекурсив шинж чанар нь алдаа хуримтлагдахад хүргэдэг.
Энэхүү шинэ бүтээлээр шийдсэн асуудал нь ойр орчмын объектуудаас туссан UWB мэдрэгчийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх, улмаар радарын мэдрэгчээс илүү чанартай, илүү чанартай мэдээлэл авах явдал юм.
Хэт өргөн зурвасын радарын мэдрэгчийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх аргад тавигдсан асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд N-дэлбээн судалтай радио импульс ялгаруулах, туссан дохиог сонгосон цагийн цонхонд тасралтгүй хүлээн авах, судалгааны объектын дохиог илрүүлэх, үнэлэх зэрэг орно. , туссан дохиог сонгосон цагийн цонхонд N -1 удаа нэгтгэж, судалгааны объектын дохиог илрүүлэх, үнэлэхэд нэгтгэлийн үр дүнг ашиглана.
Санал болгож буй арга ба прототипийн хоорондох мэдэгдэхүйц ялгаа нь N-хэлбэрийн радио импульсээр шалгах үед туссан дохиог сонгосон цагийн цонхонд N-1 удаа нэгтгэдэг явдал юм.
Прототип нь хүлээн авсан дохионоос мэдэгдэж буй хариултуудыг хасах үйлдлийг ашигладаг.
Хүлээн авсан дохиог хувиргах шугаман арга болох N-1 олон интеграцийг ашиглах нь тэдгээрийн олон дэлбэн цагийн бүтцийг нэг дэлбээг болгон хувиргах боломжийг олгодог. Зураг 1-ээс харахад гурван дэлбэнтэй радио импульс нь нэг удаа шалгасны дараа хоёр дэлбээг, хоёр дахь интеграцийн дараа нэг дэлбээтэй болдог. Хэрэв ийм импульсийг антеннаас гаргаж чадвал ойролцоох объектуудыг шийдвэрлэх ажлыг ихээхэн хялбаршуулах болно. Шугаман системийн хувьд хүлээн авсан дохиог нэгтгэх нь оролтын дохиог нэгтгэхтэй тэнцүү юм. Тиймээс гаралтын дохиог нэгтгэх нь ойролцоох объектуудын нарийвчлалыг ихээхэн хялбаршуулдаг.
Шинэ бүтээлийн аргыг дараах график материалаар дүрсэлсэн болно.
Зураг 1 - гурван дэлбээтэй дохионы дараалсан интеграцийн үр дүн.
Зураг 2 - гурван объектоос тусгагдсан хэсэгчилсэн дохио.
Зураг 3 - гурван объектоос туссан нийт дохио.
4-р зураг нь туссан дохионы нэгдмэл байдлын үр дүн юм.
Зураг 5 нь туссан дохиог давхар нэгтгэсний үр дүн юм.
Санал болгож буй аргыг хэрэгжүүлэх боломжийг авч үзье.
Радарын дуут дохиололд N=2-5 цаг хугацааны цөөн тооны дэлбээг бүхий нэг радио импульсийг ашиглаж болно, жишээлбэл, 1-р зурагт үзүүлсэн гурван дэлбээтэй импульс S(t). Ийм дохио нь UWB спектртэй байдаг. Тэдний боловсруулалтыг давтамж эсвэл цаг хугацааны мужид хийх боломжтой. Аль ч тохиолдолд судалгааны объектоос туссан дохиог илрүүлэх, тэдгээрийн далайц, туйлшрал, цаг хугацааны байрлал болон бусад параметрүүдийг үнэлэх шаардлагатай. Ийм дуу чимээг жишээлбэл, замын гадаргуугийн давхаргыг судлахад ашигладаг. Энэ тохиолдолд судалгааны объектууд нь шалгах дохиог тусгадаг, өөр өөр диэлектрик тогтмол ε-тэй бүрэх давхаргын хил хязгаар юм. Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн диэлектрик тогтмолуудын ε харьцаанаас хамааран туссан дохио нь өөр өөр туйлтай байж болно.
Судалгааны объектууд (замын гадаргуугийн давхаргууд) бие биентэйгээ ойрхон байрладаг бол туссан дохионууд хоорондоо давхцдаг. Зураг 2-т гурван өөр давхаргаас туссан S 3i (t), (i=1, 2, 3) хэсэгчилсэн дохиог үзүүлэв. Тэд тус бүр өөрийн гэсэн далайц, хэлбэртэй байдаг. S 32 (t) дохио нь урвуу туйлшралтай. Нийт туссан дохио S 3 (t)=S 31 (t)+S 32 (t)+S 33 (t), 3-р зураг нь дүн шинжилгээ хийхэд ашиггүй юм. Шийдвэрлэх асуудлыг шийдэхийн тулд S(t) шалгах дохионы үргэлжлэх хугацааг багасгах боломжтой боловч энэ нь хөгжүүлэлтийн зардлыг үндэслэлгүй нэмэгдүүлэх эсвэл техникийн хувьд боломжгүй байдалд хүргэнэ.
Объектуудаас туссан дохионы нэгдмэл байдал Зураг 4 нь шийдвэрлэх асуудлыг шийдэхгүй, харин дахин нэгтгэх болно Fig.5 нь туссан дохионы цаг хугацааны байрлал, туйлшрал, далайцыг үнэн зөв тооцоолох боломжийг бидэнд олгодог. Энэ үнэлгээг нүдээр эсвэл компьютер ашиглан хийж болно.
Санал болгож буй шугаман хувиргалтын тусламжтайгаар хэсэгчилсэн дохионы далайцын харьцаа ба тэдгээрийн хоорондох зайг сэргээх нь дохионууд бие биенээсээ харьцангуй бага хугацаагаар саатсан тохиолдолд ч боломжтой гэдгийг анхаарна уу. дохионы спектрийн төв гармоникийн үе, i.e. боломжит хүрээний нарийвчлалыг хэрэгжүүлэх нөхцөлд.
Тиймээс санал болгож буй арга нь UWB радарын мэдрэгч нь судалгааны объектыг илрүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд боломжит нарийвчлалд ойртдог.
Санал болгож буй аргыг практикт хэрэгжүүлэх боломжийг авч үзье. Зураг 6-д санал болгож буй аргыг хэрэгжүүлэх төхөөрөмжийн диаграммыг үзүүлэв. Үүнд:
1. UWB дохио үүсгэгч.
2. Дамжуулах антенн.
3. Хүлээн авах антенн.
4. Судалж буй олон давхаргат орчин.
5. Стробоскопийн хүлээн авагч.
6. Хяналттай саатлын шугам.
7. Аналог-тоон хувиргагч (ADC).
8. Компьютер.
Компьютер 8-аас ирсэн дохио нь антеннаас ялгардаг UWB дохио үүсгэгч 1-ийг идэвхжүүлдэг 2. Судалгаанд хамрагдаж буй олон давхаргат орчин 4-аас туссан UWB дохио нь антен 3-д ордог. Компьютер 8-аар удирддаг саатлын шугам 6 нь туссан дохионы агшин зуурын далайцыг сонгох стробоскоп хүлээн авагч 5. Аналог-тоон хувиргагч 7 нь энэ утгыг компьютер 8-д уншдаг код болгон хувиргадаг. 1-р генераторын асаах давтамж нь хэдэн арван килогерц байж болох ба энэ нь өндөр хурдны ADC 7 шаарддаггүй. Сааталын утга 6 нь хүлээн авах цонхыг тохируулах ба түүний доторх лавлах цэгийн байрлал. Хэмжилтийг олон удаа давтан хийснээр та туссан дохионы түүврийн утгыг дундажлаж, саатлын утгыг өөрчилснөөр сонгосон цагийн цонхонд туссан дохионы хэрэгжилтийг бүхэлд нь хуваарийн дагуу авах боломжтой. хувиргалт. Тиймээс дахин дахин шалгасны үр дүнд хүлээн авах цонхонд туссан дохионы агшин зуурын далайц нь компьютерийн санах ойд хадгалагдана 8. Олж авсан дижитал дээжийг нэгтгэх нь дээжийн дараалсан нийлбэрээр, олон интеграци нь энэ процедурыг дараалан хэрэгжүүлснээр хийгддэг. 1-5-р зурагт абсцисса тэнхлэгт UWB дохионы дээжийн дугаарыг харуулав. Хүлээн авсан интеграцийн үр дүнг операторын тусламжтайгаар эсвэл компьютерт мэдэгдэж буй боловсруулалтын аргуудаар боловсруулж болно.
Тиймээс санал болгож буй арга нь техникийн хувьд боломжтой бөгөөд хэт өргөн зурвасын радарын мэдрэгчийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх боломжтой юм.
Ашигласан уран зохиолын жагсаалт
1. Астанан Л.Ю., Костылев А.А. Хэт өргөн зурвасын радарын хэмжилтийн үндэс. - М.: Радио, харилцаа холбоо, 1989. - 192 х.: өвчтэй.
2. Патент RU 2141674.
3. Патент FR 2626666.
4. Радарын онолын үндэс / Ред. В.Е.Дулевич. - М .: Сов. радио, 1978. - 608 х.
Хэт өргөн зурвасын радарын мэдрэгчийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх арга бөгөөд энэ нь N = 2, 3, 4, 5..., сонгосон цаг хугацааны цонхонд туссан дохиог тасралтгүй хүлээн авах, N-дэлбээн судалтай радио импульс гаргахаас бүрддэг. Судалгааны объектоос ирж буй дохио, судалгааны объектоос туссан дохионы параметрүүдийг хэмжих, үнэлэх нь судалгааны объектыг N-дэлбээг радио импульсээр шалгах ажиллагааг олон удаа хийдэг; туссан дохиог хүлээн авах үед хянах боломжтой саатлын утга нь сонгосон цагийн цонхонд тусгагдсан дохионы хэрэгжилтийг бүхэлд нь авах боломжтой хүлээн авах цонхыг тохируулна, энэ нь N-1 хүлээн авах сонгосон цагийн цонхонд тусгагдсан дохионы хүлээн авсан дээжийг нэгтгэдэг. удаашруулж, дохионы N дэлбэнгийн түр зуурын бүтцийг нэг дэлбээг болгон хувиргаж, ойролцоох судалгааны объектын нарийвчлалыг хангаж, судалгааны объектыг илрүүлэх, судалгааны объектын дохионы параметрүүдийг хэмжих, үнэлэхэд нэгтгэх үр дүнг ашигладаг.
Үүнтэй төстэй патентууд:
Шинэ бүтээл нь радио инженерчлэл, голчлон суурин объектын радартай холбоотой бөгөөд ялангуяа газрын хэвлийн мэдрэгчийг судлахад ашиглаж болно.
Шинэ бүтээл нь ойрын зайн радартай холбоотой бөгөөд агаарын хөлөг дээр байрлах идэвхтэй радар ашиглан хязгаарлагдмал зайд төвлөрсөн агаарын зорилтот хүрэх өнцгийг хэмжихийн тулд харилцан үйлчлэгч объектуудын хөдөлгөөнийг бие даасан удирдлагын системд ашиглаж болно.
Энэхүү шинэ бүтээл нь ойрын зайн радартай холбоотой бөгөөд хязгаарлагдмал зайд харилцан үйлчилж буй объектуудын хөдөлгөөнийг бие даан хянах төхөөрөмжид төвлөрсөн агаарын зорилтот онгоцтой уулзах өнцгийг хэмжихэд ашиглаж болно.
Шинэ бүтээл нь радио инженерчлэлтэй холбоотой бөгөөд нэг хүлээн авагч станц ашиглах үед газар дээрх болон агаарын объектуудын байршлыг тэдгээрийн UHF дамжуулагчийн ялгаруулалтаар тодорхойлох, чиглэлийг олох, тодорхойлох идэвхгүй радио хяналтын системд ашиглах боломжтой.
Товч тайлбар ба аргын хэрэглээний жишээ
Газар доорхи георадар судлалын арга (нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн нэр томьёогоор георадар; англи хэл дээрх уран зохиолд энэ аргыг "Газар нэвтлэх радар" буюу GPR гэж нэрлэдэг) нь орчинд цахилгаан соронзон долгионы тархалтыг судлахад суурилдаг. Аргын санаа нь цахилгаан соронзон долгионы импульс ялгаруулах, диэлектрик тогтмолын зөрүүтэй датчик орчны давхаргын хоорондох интерфейсээс тусгагдсан дохиог бүртгэх явдал юм. . Судалгаанд хамрагдсан орчин дахь ийм интерфэйсүүд нь жишээлбэл, хуурай ба чийгээр ханасан хөрсний хоорондох холбоо (газар доорх усны түвшин), янз бүрийн литологийн найрлагатай чулуулгийн хоорондох холбоо, хиймэл бүтэцтэй чулуулаг ба материалын хоорондох холбоо, хөлдсөн ба гэссэн хөрс, үндсэн чулуулаг сул чулуулаг гэх мэт d. (долгионы хэв маяг үүсэх диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв).
H гүнд байрлах хоолойноос дифракцлагдсан цахилгаан соронзон долгион үүсэх схем ба өөр өөр диэлектрик тогтмол бүхий зөөвөрлөгчдийн хоорондох интерфэйсээс туссан долгион: гүн (а.) ба цаг хугацаа (б.) хэсгүүд.
Газард нэвтрэх радарын тусламжтайгаар шийдэгдсэн бүх асуудлыг судалгааны арга, боловсруулах арга, цахилгаан соронзон долгионы чиглэлээр судалгааны объектыг харуулах төрөл, бүлэг тус бүрийн үр дүнг харуулах хоёр том бүлэгт хувааж болно. Эхний бүлэгт газрын зураглал гэх мэт геологи, гидрогеологи, геотехникийн ажлууд орно.
- сул хурдас доорх үндсэн чулуулгийн гадаргуу;
- гүний усны түвшин, янз бүрийн түвшний усны ханасан давхарга хоорондын хил хязгаар;
- элс, шавар, хүлэр гэх мэт;
- хөлдсөн хөрс;
- усны давхаргын зузааныг тодорхойлох, ёроолын хурдасны зураглал;
- мөс, цасны зузаан.
Хоёрдахь бүлгийн ажилд орон нутгийн объектуудыг хайх, инженерийн байгууламжийг шалгах, хэвийн байдлыг зөрчих зэрэг орно.
- газар доорхи хөндийг хайх;
- гүүр, замын гадаргуугийн үзлэг;
- харилцаа холбооны зураглал (шугам хоолой, кабель);
- бетон бүтээцийг шалгах;
- давсархаг хөрс;
- байгалийн хөрсний эвдрэл бүхий хэсгийн хэсгүүд - нөхөн сэргээсэн газар, дахин дүүргэсэн малталт.
Тэр. Одоогийн байдлаар GPR нь мөсөн гол, хөлдсөн чулуулгийг судлахаас бусад тохиолдолд зорилтот объектын харьцангуй гүехэн гүнд (0.2 - 15 метр) судалгаанд өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд өндөр эсэргүүцэлтэй тул гүн нь нэмэгддэг.
Georadar нь нэг операторын зөөврийн дижитал, зөөврийн геофизикийн төхөөрөмж бөгөөд хүрээлэн буй орчны үйл ажиллагааны мониторинг хийх шаардлагатай геотехник, геологи, байгаль орчин, инженерийн болон бусад олон асуудлыг шийдвэрлэх, өрөмдлөг шаарддаггүй хөрсний хэсгүүдийг авах зориулалттай. эсвэл малтлага. Дуу чимээ гаргах үед оператор дэлгэцэн дээр радарын профиль (радарграм гэж нэрлэдэг) хэлбэрээр бодит цаг хугацаанд мэдээллийг хүлээн авдаг. Үүний зэрэгцээ, өгөгдлийг цаашид ашиглах (боловсруулах, хэвлэх, тайлбарлах гэх мэт) компьютерийн хатуу диск дээр тэмдэглэдэг.
Солих боломжтой антенны модулиудын багц нь өргөн давтамжийн хүрээг (16 - 2000 МГц) шалгах боломжийг олгодог. Тодорхой антенны системийг ашиглах нь дуугарах явцад шийдэгдэж буй асуудлаас хамаарч тодорхойлогддог. Шинжилгээний давтамжийг нэмэгдүүлэх нь нарийвчлалыг сайжруулахад хүргэдэг; гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн орчин дахь цахилгаан соронзон долгионы сулрал нэмэгдэж, энэ нь шалгах гүн буурахад хүргэдэг; эсрэгээр, давтамжийг бууруулснаар датчикийн гүнийг нэмэгдүүлэх боломжтой боловч нягтралыг муутгаснаар та үүнийг төлөх шаардлагатай болно. Үүнээс гадна давтамж буурах тусам георадарын анхны мэдрэмжгүй бүс (үхсэн бүс гэж нэрлэгддэг) нэмэгддэг.
Ашигласан антеннаас хамааран нарийвчлал, үхсэн бүс, шалгах гүнээс хамаарах хүснэгтийг доор харуулав. Харьцангуй диэлектрик тогтмол 4, хувийн сулрал нь 1-2 дБ/метртэй хөрсийг шалгаж байна гэж үзэж байна. Гүн гэж бид 1-ийн тусгал коэффициент бүхий хавтгай хил илрүүлэх гүн гэсэн үг. Энэ нь эдгээр өгөгдөл нь маш ойролцоо байна гэдгийг санаж байх ёстой, тэдгээр нь датчик дунд параметрүүд нь хүчтэй хамаардаг.
Параметр | Төвийн давтамж | ||||||
2 GHz | 900 МГц | 500 МГц | 300 МГц | 150 МГц | 75 МГц | 38 МГц | |
Нарийвчлал, м | 0.06 — 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Үхсэн бүс, м | 0.08 | 0.1-0.2 | 0.25-0.5 | 0.5-1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Гүн, м | 1.5-2 | 3-5 | 7-10 | 10-15 | 7-10 | 10-15 | 15-30 |
Орчин үеийн GPR нь тааламжгүй уур амьсгалтай, хүрэхэд хэцүү газар нутагт ажиллахад зориулагдсан бөгөөд жилийн аль ч үед ашиглах боломжтой (GPR ажлын температур -20...+40°C).
Зарим (маш цөөхөн) асуудлыг шийдвэрлэх аргыг хэрэглэх жишээг доор харуулав.
1-1.5 метрийн гүнд газарт булсан гурван металл хоолойг илрүүлсэн. Хоолой бүр нь замын хөдөлгөөний дохиог гипербол хэлбэрээр өгдөг бөгөөд орой нь түүний байршилтай тохирч байна. Дууны давтамж 900 МГц. Дуу чимээний байршил - Латви улсын Даугавпилс хотын ойролцоо. | |
Шаварлаг давхаргын дор шохойн чулуун дахь карст хөндийг илрүүлсэн. Хөндий (дугуйлсан) нь ээлжлэн судал хэлбэрээр профилын зүүн талд харагдана. Шавранцарыг дээд талд нь тасралтгүй дохиогоор харуулав. Шинжилгээний давтамж 300 МГц. Дуугарсан газар нь Израилийн Сөнөсөн тэнгисийн эрэг юм. | |
Тоосгоны ханыг шалгаж байна. Профайлын дунд хэсэгт хананд суурилуулсан металл шүүгээний дохио тодорхой харагдаж байна. Шинжилгээний давтамж 2 GHz. Дууны байршил: Рига, Латви. | |
Хуванцар завины ёроолоос нуурыг дүрслэх. 500 МГц-ийн хамгаалалттай антеныг ашигласан. Металл объектууд лаг шаварт маш тод харагдаж байна (Зураг дээр MO гэж заасан). | |
Энэ профайлыг давсны уурхайн дрейфийн ханыг судалснаар олж авсан. Хөрш зэргэлдээх шилжилтийн олон гиперболын хэлбэрийн дохионууд тод харагдаж байна. Дрифтүүдийн хоорондох зай нь ойролцоогоор 7.5 метр юм. Шинжилгээний давтамж 500 МГц. Дууны байршил: Мирный, Орос. |
30 /11
2018
Барилгын мэдээллийн загварчлалд лазер сканнерийн хэрэглээ
Барилга байгууламжийг төлөвлөх, барих, ашиглахад тулгарч буй орчин үеийн асуудлууд нь гурван хэмжээст орон зайд өгөгдлийг харуулахыг шаарддаг бөгөөд энэ нь барилга байгууламжийн хэсгүүдийн харьцангуй байрлал, нөхцөл байдал, рельефийг өндөр нарийвчлалтай, бүрэн хэмжээгээр дүрсэлсэн байдаг.
Энэхүү шинэ бүтээл нь нэг хэт өргөн зурвасын (UWB) импульсийн дохиог ашиглан радарын мэдрэгч бүхий талбартай холбоотой бөгөөд ойролцоох хэд хэдэн объектыг, жишээлбэл асфальт хучилтын давхаргыг шалгахад ашиглаж болно. Энэ арга нь N-дэлбээн судалдаг радио импульс ялгаруулах, туссан дохиог тасралтгүй хүлээн авах, сонгосон цагийн цонхонд N-1 удаа нэгтгэх, судалгааны объектуудаас дохиог илрүүлэх, үнэлэхэд оршино. Шинэ бүтээлийн техникийн үр дүнд хүрсэн нь UWB мэдрэгчийн нарийвчлалын нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх явдал юм. 6 өвчтэй.
RF-ийн патентын зураг 2348945
Энэхүү шинэ бүтээл нь T үргэлжлэх хугацаатай хэт өргөн зурвасын (UWB) импульсийн дохиог ашиглан радарын мэдрэгч бүхий талбарт хамаарах бөгөөд хэд хэдэн объектыг шалгахад ашиглах боломжтой бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь сТ-тэй харьцуулах боломжтой бөгөөд c нь орчин дахь гэрлийн хурд юм. , өөрөөр хэлбэл судалгааны хэд хэдэн объектоос туссан дохионууд хоорондоо давхцаж байгаа нөхцөлд. Энэ асуудал нь жишээлбэл, гадаргын хөрсний давхарга, ялангуяа олон давхаргат асфальтан замын гадаргууг шалгах үед үүсдэг.
Антеннаас ялгарах аливаа дохио S(t) нь дараах нөхцлийг хангасан байх ёстой гэдгийг 24-р хуудаст мэдэж байгаа. нэг олон дэлбээг UWB радарын дуут дохиог багтаасан.
Ойролцоох хэд хэдэн судалгааны объектын UWB радарын мэдрэгчийг ашиглах үед нэг болон өөр объектоос хүлээн авсан дохиог шийдвэрлэх асуудал үүсдэг. Энэ асуудал нь хөндлөнгийн оролцоо, дамжуулах, хүлээн авах тоног төхөөрөмж төгс бус болон бусад олон хүчин зүйлээс болж улам хүндэрдэг.
Судалгааны объектоос тусгагдсан радарын дохиог урьдчилан боловсруулах уламжлалт арга бол түүнийг илрүүлэх - бага давтамжийн функцийг сонгох - радио импульсийн далайц (цогц) дугтуйг сонгох явдал юм. UWB дохиотой ажиллахдаа Hilbert хувиргалтыг ашиглан олж авсан UWB дохионы далайцын дугтуй нь түүний хэлбэрийн онцлогийг үргэлж зөв тусгадаггүй p.17. Энэ тохиолдолд UWB дохионы өндөр нягтрал нь хэрэгждэггүй.
3. Патент FR 2626666.
4. Радарын онолын үндэс / Ред. В.Е.Дулевич. - М .: Сов. радио, 1978. - 608 х.
Нэхэмжлэх
Хэт өргөн зурвасын радарын мэдрэгчийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх арга бөгөөд энэ нь N = 2, 3, 4, 5..., сонгосон цаг хугацааны цонхонд туссан дохиог тасралтгүй хүлээн авах, N-дэлбээн судалтай радио импульс гаргахаас бүрддэг. Судалгааны объектоос ирж буй дохио, судалгааны объектоос туссан дохионы параметрүүдийг хэмжих, үнэлэх нь судалгааны объектыг N-дэлбээг радио импульсээр шалгах ажиллагааг олон удаа хийдэг; туссан дохиог хүлээн авах үед хянах боломжтой саатлын утга нь сонгосон цагийн цонхонд тусгагдсан дохионы хэрэгжилтийг бүхэлд нь авах боломжтой хүлээн авах цонхыг тохируулна, энэ нь N-1 хүлээн авах сонгосон цагийн цонхонд тусгагдсан дохионы хүлээн авсан дээжийг нэгтгэдэг. удаашруулж, дохионы N дэлбэнгийн түр зуурын бүтцийг нэг дэлбээг болгон хувиргаж, ойролцоох судалгааны объектын нарийвчлалыг хангаж, судалгааны объектыг илрүүлэх, судалгааны объектын дохионы параметрүүдийг хэмжих, үнэлэхэд нэгтгэх үр дүнг ашигладаг.