Radarni aniqlash va aniqlash. Torf va sapropel konlarini o'rganishning radar usuli. Havo namunalarini va ular asosidagi transport vositalarini kuzatishning gaz tahlil usullari
![Radarni aniqlash va aniqlash. Torf va sapropel konlarini o'rganishning radar usuli. Havo namunalarini va ular asosidagi transport vositalarini kuzatishning gaz tahlil usullari](https://i2.wp.com/physbook.ru/images/1/1e/Img_Kvant-2002-03-014.jpg)
Livshits M. O'lchov vositalarining o'lchamlari // Kvant. - 2002. - No 3. - B. 35-36.
“Kvant” jurnali tahririyati va muharrirlari bilan maxsus kelishuv asosida
Mikroskop, masalan, sahnadagi mikroblar sonini sanash uchun, teleskop — osmondagi yulduzlarni sanash uchun, radar — osmondagi samolyotlar sonini va ulargacha bo'lgan masofani aniqlash uchun kerakligini hamma biladi. ular.
Ushbu maqolada biz jismoniy qurilmalarning eng muhim xususiyati haqida gapiramiz - ularning o'lchamlari, ya'ni. o'lchash jarayonida ajralib turadigan o'lchov ob'ektlarining eng kichik detallarining kattaligi. Bu ishlatiladigan hisoblagich sifatining asosiy xarakteristikasi bo'lgan o'lchamlari (o'lchovlarning aniqligidan ham muhimroq). Masalan, uning sifati nafaqat mikroskopni kattalashtirishga bog'liq. Agar mikroskop qurilmasi ob'ektning etarlicha kichik detallarini alohida idrok etishni ta'minlamasa, natijada olingan tasvir kattalashtirishning sezilarli darajada oshishi bilan ham yaxshilanmaydi. Biz ko'rib chiqilayotgan ob'ektning kattaroq, ammo bir xil darajada loyqa rasmini olamiz. Bundan tashqari, o'lchov xatolarining o'zi faqat rezolyutsiyadan keyin aniqlanishi mumkin, ya'ni. ob'ektning ushbu qismini boshqalardan tanlagandan so'ng.
Masofaviy (kontaktsiz) hisoblagichlarning qanday jismoniy xususiyatlari ulardan foydalanishda olingan ruxsatga bevosita ta'sir qilishini va bunday qurilmalarning ruxsatini yaxshilash uchun qanday usullardan foydalanish mumkinligini ko'rsatamiz.
Birinchidan, miqdoriy baho beramiz. Ob'ektlarning nozik detallari o'lchov jarayonida berilgan qurilma tomonidan aniqlanishi mumkin, uning aniqligi yaxshiroq (yuqoriroq). Turli xil asboblar uchun maqsad va usullarga qarab hal qilish kuchini aniqlash uchun turli xil ta'riflar va turli formulalar mavjud: masalan, ob'ekt tafsilotlari (mikroskop, durbin, teleskop) yoki emissiya spektridagi alohida chiziqlar (prizma) , diffraktsiya panjarasi va boshqa spektral asboblar) baholanadi ), kuzatishning mustaqilligi va bir nechta nishonlarning koordinatalarini o'lchash (radar, sonar, hayvonlarning echolokatori) va boshqalar. Biroq, rezolyutsiyani miqdoriy baholash uchun umumiy qabul qilingan asos bo'lib, dastlab ikkita nuqta yorug'lik manbasini (qo'sh yulduzlarning o'lchamlari) alohida kuzatish holati uchun o'rnatilgan Reyl mezoni hisoblanadi. Ushbu mezonni turli holatlarda qo'llash imkonini beruvchi uni umumlashtirish quyidagicha amalga oshiriladi.
O'lchov moslamasiga kirish effekti D oralig'i bilan ajratilgan ikkita tepadan iborat bo'lsin x; bu holda, qurilmaning har bir cho'qqidan chiqishida ko'proq tarqalish shaklida "javob" olinadi. X qurilmaning xususiyatlarini tavsiflovchi va apparat funktsiyasi deb ataladigan cheklangan kenglikdagi portlash (1-rasm). Keyin Reylining ruxsati minimal interval D deb ataladi x ikki cho'qqi ta'siri orasidagi min, bunda umumiy javob hali ham ikki tomonlama egri chiziq shakliga ega (2-rasm, a). Agar D ni kamaytirsak x, umumiy portlashning ustki qismi tekislanadi va portlashlar bittaga birlashadi (2-rasm, b).
Masofaviy sensorlarda ishlatiladigan to'lqinlarning qanday parametrlari o'lchamlarini aniqlaydi? Ma'lum bo'lishicha, bu parametr to'lqinlarning kogerentlik darajasidir (lotincha "kogerent" so'zi "bog'langan" degan ma'noni anglatadi).
Birinchidan, tebranishlarning uyg'unligini eslaylik. Tebranishlarning fazalar farqi va amplituda nisbatlari kuzatish vaqti davomida doimiy bo'lib qolsa, tebranishlar kogerent deb ataladi. Eng oddiy holatda ikkita sinusoidal tebranish \(~A \cos (\omega t + \alfa)\) va \(~B \cos (\omega t + \beta)\) kogerentdir, bunda A, IN, α Va β - doimiy qiymatlar. To'lqin jarayonlari bu to'lqinlar mavjud bo'lgan fazoning barcha nuqtalarida tebranishlar bilan aniqlanganligi sababli, to'lqinlar kogerentligining zaruriy sharti kuzatish vaqtida to'lqinning har bir berilgan nuqtasida sodir bo'ladigan tebranishlarning kogerentligidir.
To'lqin inkogerentligining yanada umumiy va qisqacha ta'rifi shundan iboratki, yorug'lik yoki boshqa to'lqinlar nurlari, agar bu to'lqinlar birgalikda mavjud bo'lgan kosmosning barcha nuqtalaridagi tebranishlar orasidagi fazalar farqi kuzatish vaqtida qayta-qayta va tartibsiz ravishda o'zgarib tursa, kogerent bo'lmaydi.
Endi biz metrning o'lchamlari va to'lqin kogerentligi darajasi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishga harakat qilamiz. Buni eng aniq radar misolida amalga oshirish mumkin - radio to'lqinlari yordamida ob'ektlarning joylashishini aniqlash usuli.
Impulsli radar stantsiyasining (radar) ishlash printsipini qisqacha eslaylik. 3-rasmda radarning blok diagrammasi ko'rsatilgan. Bu yerga 1 - uzatuvchi, 2 - antenna kaliti, 3 - antenna, 4 - antenna radiatsiya sxemasi, 5 - qabul qiluvchi, 6 - ko'rsatkich. Radar uzatuvchisi tor yo'naltirilgan antennadan foydalanib, vaqti-vaqti bilan kosmosni radio to'lqinlarining qisqa muddatli poezdlari (zondlash, ya'ni "zondlash" impulslari) bilan nurlantiradi. Antennani aylantirish (yoki boshqa usullar) orqali radioto'lqinlarning nurlanish yo'nalishi o'zgartiriladi va shu bilan kosmosning kattaroq yoki kichikroq sektorini ketma-ket tekshirish (yoki dumaloq ko'rinish) amalga oshiriladi. Turli xil nishonlardan aks ettirilgan impulslar (odatda bir xil antenna orqali) radar qabul qiluvchisiga keladi. Bunday holda, nishonlarning burchak koordinatalarini aniqlash antenna nurlanishi va qabul qilish sxemalaridan foydalanishga asoslanadi. Rangli D kechikish vaqtini o'lchash orqali ishlab chiqariladi t Zond pulsining emissiya momentiga nisbatan nishondan aks ettirilgan impulsning kelishi zapi:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
Qayerda c- yorug'lik tezligi. Maxrajdagi ikkitasi paydo bo'ladi, chunki kechikish vaqti zond pulsining nishonga yetib borishi va aks ettirilgan impulsning radarga yetib borishi uchun ketadigan vaqt yig'indisidir.
Radarning burchak o'lchamlari eng kichik burchak farqi D α bir xil diapazonda joylashgan ikkita nishondagi yo'nalishlar o'rtasida, ularda aks ettirilgan impulslar alohida kuzatiladi. Bu fazoviy nomutanosiblikning eng oddiy holatiga to'g'ri kelishini ko'rish oson: bu maqsadlar bir vaqtning o'zida "yorituvchi" radar nurlanishiga tegib bo'lmaydigan (burchak bo'yicha) hal qilinadi, chunki ulardagi yo'nalishlar antenna nurlanishining kengligi bilan farqlanadi. naqsh (4-rasm).
Radarning diapazon o'lchamlari eng kichik d masofasidir r bir xil yo'nalishda joylashgan ikkita nishon o'rtasida, ular alohida kuzatiladi. Klassik radarlarda zond pulsi sifatida doimiy amplitudali sinusoidal to'lqin poezdi ishlatilgan. Bu, xususan, bunday poyezdni yaratish osonligi bilan izohlanadi: yuqori chastotali generatorga (masalan, magnetron) doimiy yuqori kuchlanishni qisqacha qo'llash kifoya. Poezd tuzilishining bir xilligi turli nishonlardan aks ettirilgan to'lqinlarning bir xil chastotaga ega bo'lishiga olib keladi (agar ular bir xil tezlikda radar tomon harakatlansa yoki Doppler effektini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lsa), aks ettirilgan to'lqinlarning o'zaro bir-biriga mos kelishida. impulslar ular izchil bo'ladi va maqsadlar butunlay ajratiladi, bu ishlamaydi. Ikki nishondan aks ettirilgan impulslar faqat radar qabul qiluvchisiga yetib kelish vaqtida mos kelmasa va shuning uchun indikator ekranida bir-birining ustiga chiqmasagina bir-biriga mos kelmaydigan bo'ladi (5-rasm).
Shunday qilib, ushbu radarlarning diapazoni o'lchamlari
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\),
Qayerda τ - pulsning davomiyligi. Aytishimiz mumkinki, ko'rib chiqilayotgan radarda turli maqsadlardan kelayotgan aks ettirilgan signallarning nomuvofiqligi eng oddiy ko'rinishda namoyon bo'ladi: ularning vaqtga to'g'ri kelmasligi kabi.
Oxirgi formuladan ko'rinib turibdiki, diapazon o'lchamlarini oshirish uchun pulsning davomiyligini kamaytirish kerak τ . Ammo bu muqarrar ravishda chastota diapazonining mos keladigan kengayishiga olib keladi. Gap shundaki, bir tomondan, muddat o'rtasida fundamental bog'liqlik mavjud τ signal (masalan, sinusoid sinusoid) va kengligi D ν asosiy impuls energiyasi jamlangan uning spektri (chastota shkalasida):
\(~\Delta \nu \taxminan \frac(1)(\tau)\) .
Boshqa tomondan, maqsadni aniqlash diapazoni zondlash energiyasi va shuning uchun qaytariladigan puls bilan aniqlanishi aniq. Bu shuni anglatadiki, impuls qisqarganda, transmitter quvvatini mos ravishda oshirish kerak, bu oson ish emas.
Ushbu vaziyatdan chiqish yo'lini izlash uchun radarlar uning davomiyligini o'zgartirmasdan impuls o'tkazuvchanligini oshirish yo'lini oldilar: sinusoidaldan zond pulsining yanada murakkab ichki tuzilishiga o'tish orqali. Chiziqli chastotali modulyatsiyalangan (chirp) zondlash impulslari bo'lgan radarlar shunday paydo bo'ldi (6-rasm). Bunday holda, signalning davomiyligi va kengligi o'rtasidagi bog'liqlik endi impuls davomiyligi uchun haqiqiy bo'lmaydi. τ imp , va muvofiqlik vaqti uchun τ kog:
\(~\tau_(kog) \taxminan \frac(1)(\Delta \nu)\) , bu erda \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
To'g'ri, buning uchun radar qabul qilgichga qo'shimcha maxsus filtr kiritilgan bo'lib, uning yordamida qabul qilingan impuls bir muddatgacha siqiladi. τ s = τ kog. Endi radar ekranidagi impulslar sinusoidal impulsdan foydalanilgandan ko'ra, maqsadlar o'rtasida ancha kichikroq masofada ajratiladi:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Bu masofaviy o'lchagichning o'lchamlari va to'lqin kogerentligi darajasi o'rtasidagi uzviy bog'liqlikni tasdiqlaydi: metrning o'lchamlarini oshirish (yaxshilash) uchun ishlatiladigan to'lqinlarning kogerentligini yomonlashtirish kerak.
Shunisi qiziqki, tirik tabiatda bu yo'nalishda rivojlanish yanada uzoqlashgan. Misol uchun, ekolokatorlari chirp prob impulslaridan ham foydalanadigan yarasalar bilan bir qatorda, yanada keng polosali shovqin impulslarini ishlatadigan "shivirlash" deb ataladigan ko'rshapalaklar mavjud, ya'ni. "oq" shovqin bilan modulyatsiyalangan yuqori chastotali impulslar. Ular nishonlarni sezilarli darajada pastroq nurlanish quvvatlarida aniqlaydilar, shu bilan birga ularning joylashtiruvchilarini shovqinlardan, ayniqsa, bu yarasalarning katta guruhlari bir vaqtning o'zida hasharotlarni ovlaganda yuzaga keladigan o'zaro shovqinlardan yaxshiroq himoya qiladi.
Ixtiro yagona ultra keng polosali (UWB) impuls signallari yordamida radarni sezish sohasiga taalluqlidir va yaqin atrofdagi bir nechta ob'ektlarni, masalan, asfalt qoplamasi qatlamlarini zondlashda foydalanish mumkin. Usul N-lobli zondli radio impulsni chiqarish, aks ettirilgan signalni doimiy ravishda qabul qilish, uni tanlangan vaqt oynasida N-1 marta birlashtirish, o'rganilayotgan ob'ektlardan signallarni aniqlash va baholashdan iborat. Ixtironing erishilgan texnik natijasi UWB sensorining rezolyutsiyaning aniqligini oshirishdan iborat. 6 kasal.
Ixtiro T davomiyligiga ega bo'lgan ultra keng polosali (UWB) impuls signallari yordamida radar zondlash sohasiga taalluqlidir va bir nechta ob'ektlarni zondlashda foydalanish mumkin, ular orasidagi masofa L sT bilan taqqoslanadi, bu erda c - muhitdagi yorug'lik tezligi. , ya'ni. bir nechta o'rganish ob'ektlaridan aks ettirilgan signallar bir-birining ustiga chiqadigan sharoitlarda. Bu muammo, masalan, er osti tuproq qatlamlarini, xususan, ko'p qatlamli asfalt yo'l qoplamalarini tekshirishda paydo bo'ladi.
Ma'lumki, 24-bet, antenna tomonidan chiqarilishi mumkin bo'lgan har qanday signal S(t) shartni qondirishi kerak: shu jumladan, bitta ko'p lobli UWB radar ovozli signali.
Yaqin atrofdagi bir nechta tadqiqot ob'ektlarini UWB radar yordamida aniqlashda u yoki bu ob'ektdan olingan signallarni hal qilish muammosi paydo bo'ladi. Ushbu muammo shovqinlarning mavjudligi, uzatish va qabul qilish uskunalarining nomukammalligi va boshqa ko'plab omillar bilan yanada kuchayadi.
O'rganilayotgan ob'ektdan aks ettirilgan radar signalini oldindan qayta ishlashning an'anaviy usuli uni aniqlash - past chastotali funktsiyani tanlash - radio impulsining amplitudali (murakkab) konvertidir. UWB signallari bilan ishlaganda, Hilbert konvertatsiyasi yordamida olingan UWB signalining amplitudali konverti har doim ham uning shakli xususiyatlarini to'g'ri aks ettirmaydi 17-bet. Bunday holda, UWB signallarining potentsial yuqori aniqligi amalga oshirilmaydi.
Ma'lum bo'lgan patent RU 2141674 - ultra keng polosali radar zondlash usuli, u bir antenna bilan impulsni chiqarishdan, bu impulsni boshqasi bilan qabul qilishdan iborat - masofaviy antenna, qabul qilingan impuls kechiktiriladi, qayta nurlanadi va antenna tomonidan qabul qilinadi. asosiy nurlanish joyi. Bu usul antennadan va uning atrofidagi strukturaviy elementlardan olingan signallarni vaqtida ajratish imkonini beradi. Ushbu usul yordamida rezolyutsiya muammosi aks ettirilgan signallarni vaqtincha ajratish yo'li bilan hal qilinadi.
Ushbu usulning nochorligi qo'llash doirasining cheklanganligi, chunki bir nechta tadqiqot ob'ektlaridan aks ettirilgan signallarni sun'iy ravishda ajratish imkoniyati kamdan-kam hollarda paydo bo'ladi.
Da'vo qilingan usulga eng yaqin bo'lgan narsa shundaki, ular N-lobli zondli radio impulsini chiqaradilar, tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalni doimiy ravishda qabul qiladilar, o'rganish ob'ektlaridan signallarni aniqlaydilar va baholaydilar. Muammoni hal qilish uchun quyidagilarni aniqlang:
Emitentdan qabul qiluvchi antennaga to'g'ridan-to'g'ri uzatish signali (ochiq maydonni tekshirishda), u atrof-muhitni keyingi tekshirish paytida qabul qilingan signaldan chiqariladi;
Keyingi zondlarni kalibrlash uchun ishlatiladigan metall qatlamni tekshirishda umumiy ko'zgu signali.
To'g'ridan-to'g'ri signal tadqiqot ob'ektlaridan olingan signaldan chiqariladi. Keyin eng yaqin javob birma-bir aniqlanadi va ma'lum bo'lgan umumiy aks ettirish signalining zaiflashishini hisobga olgan holda, u qabul qilingan signaldan chiqariladi. Shunday qilib, qabul qilingan signallarni nazariy jihatdan hal qilish mumkin.
Ushbu usulning kamchiligi past aniqlikdir. Birinchidan, vosita orqali o'tadigan signal chastota spektrini va shuning uchun nafaqat amplitudani, balki uning shaklini ham o'zgartiradi. Natijada, to'liq aks ettirish signalini kalibrlash signali sifatida ishlatish noo'rin bo'lib chiqadi. Ikkinchidan, qayta ishlashning rekursiv tabiati, bunda har bir yangi ob'ekt avvalgisini aniqlash natijalari bo'yicha ochiladi, bu xatolarning to'planishiga olib keladi.
Ushbu ixtiro tomonidan hal qilingan muammo yaqin atrofdagi ob'ektlardan aks ettirilgan UWB zondlash ruxsatini oshirish va shuning uchun radar zondlashdan ko'proq va sifatli ma'lumot olishdir.
N-lobli zondli radio impulsini chiqarish, tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalni doimiy ravishda qabul qilish, o'rganilayotgan ob'ektlardan signallarni aniqlash va baholashdan iborat bo'lgan ultra keng polosali radar zondlash ruxsatini oshirish usulida qo'yilgan muammoni hal qilish. , tanlangan vaqt oynasida N -1 marta aks ettirilgan signalni integratsiyalash va o'rganish ob'ektlaridan signallarni aniqlash va baholash uchun integratsiya natijalaridan foydalaning.
Taklif etilgan usul va prototip o'rtasidagi sezilarli farq shundaki, N-lobli radio impuls bilan zondlashda aks ettirilgan signal tanlangan vaqt oynasida N-1 marta birlashtiriladi.
Prototip qabul qilingan signaldan ma'lum javoblarni ayirish operatsiyasidan foydalanadi.
Qabul qilingan signallarni konvertatsiya qilishning chiziqli usuli bo'lgan N-1 ko'p integratsiyadan foydalanish ularning ko'p lobli vaqt tuzilishini bitta lobga aylantirish imkonini beradi. 1-rasmda bitta zonddan so'ng uch bo'lakli radio puls ikki lobga, ikkinchi integratsiyadan keyin esa bitta lobga aylanishini ko'rsatadi. Agar bunday impuls antenna tomonidan chiqarilishi mumkin bo'lsa, u holda yaqin atrofdagi ob'ektlarni hal qilish vazifasi ancha soddalashtirilgan bo'lar edi. Chiziqli tizim uchun qabul qilingan signalni birlashtirish kirish signalini birlashtirishga teng. Shunday qilib, chiqish signalini birlashtirish yaqin atrofdagi ob'ektlarning o'lchamlarini sezilarli darajada osonlashtiradi.
Ixtirochilik usuli quyidagi grafik materiallar bilan tasvirlangan.
1-rasm - uch lobli signalni ketma-ket integratsiyalash natijalari.
2-rasm - uchta ob'ektdan aks ettirilgan qisman signallar.
3-rasm - uchta ob'ektdan aks ettirilgan umumiy signal.
4-rasm aks ettirilgan signalning yagona integratsiyasi natijasidir.
5-rasm aks ettirilgan signalning ikki tomonlama integratsiyasi natijasidir.
Keling, taklif qilingan usulni amalga oshirish imkoniyatini ko'rib chiqaylik.
Radarli zondlash uchun oz sonli vaqt loblari N=2-5 bo'lgan yagona radio impulslardan foydalanish mumkin, masalan, 1-rasmda ko'rsatilgan uch bo'lakli S(t) impuls. Bunday signallar UWB spektriga ega. Ularni qayta ishlash chastota yoki vaqt domenida mumkin. Ikkala holatda ham o'rganilayotgan ob'ektlardan aks ettirilgan signallarni aniqlash, ularning amplitudasini, qutblarini, vaqtinchalik holatini va boshqa parametrlarini baholash kerak. Bunday zondlashlar, masalan, yo'l sirtining qatlamlarini o'rganishda qo'llaniladi. Bunday holda, o'rganish ob'ektlari zondlash signalini aks ettiruvchi va turli xil dielektrik doimiyliklarga ega bo'lgan qoplama qatlamlarining chegaralari hisoblanadi. Muhitning dielektrik konstantalari e nisbatiga qarab, aks ettirilgan signallar turli xil qutblarga ega bo'lishi mumkin.
Agar o'rganilayotgan ob'ektlar (yo'l sirt qatlamlari) bir-biriga yaqin joylashgan bo'lsa, u holda aks ettirilgan signallar bir-birining ustiga chiqadi. 2-rasmda uch xil qatlamdan aks ettirilgan qisman S 3i (t), (i=1, 2, 3) signallari ko'rsatilgan. Ularning har biri o'z amplitudasi va shakliga ega. Signal S 32 (t) teskari polaritga ega. Jami aks ettirilgan signal S 3 (t)=S 31 (t)+S 32 (t)+S 33 (t), 3-rasm, tahlil qilish uchun kam qo'llaniladi. Rezolyutsiya muammosini hal qilish uchun S(t) zondlash signalining davomiyligini qisqartirish mumkin, ammo bu ishlab chiqish xarajatlarining asossiz ko'payishiga yoki texnik jihatdan mumkin emasligiga olib keladi.
Ob'ektlardan aks ettirilgan signalning yagona integratsiyasi Fig.4 rezolyutsiya muammosini hal qilmaydi, balki qayta integratsiya
Fig.5 bizga aks ettirilgan signallarning vaqtinchalik holatini, qutblarini va amplitudasini etarlicha aniq baholash imkonini beradi. Ushbu baholashni vizual yoki kompyuter yordamida olish mumkin.
E'tibor bering, tavsiya etilgan chiziqli transformatsiya yordamida qisman signallarning amplitudalari nisbati va ular orasidagi masofani tiklash, hatto signallar bir-biriga nisbatan kechiktirilgan vaqtdan kamroq vaqtga kechiktirilgan taqdirda ham mumkin. signal spektrining markaziy harmonikasining davri, ya'ni. potentsial diapazon o'lchamlarini amalga oshirish sharoitida.
Shunday qilib, taklif qilingan usul UWB radar zondlashiga potentsial rezolyutsiyaga yaqinlashib, tadqiqot ob'ektlarini aniqlash imkonini beradi.
Keling, taklif qilingan usulni amaliy amalga oshirish imkoniyatini ko'rib chiqaylik. 6-rasmda tavsiya etilgan usulni amalga oshiradigan qurilma diagrammasi ko'rsatilgan, bu erda:
1. UWB signal generatori.
2. Uzatuvchi antenna.
3. Qabul qiluvchi antenna.
4. O‘rganilayotgan ko‘p qatlamli muhit.
5. Stroboskopik qabul qiluvchi.
6. Boshqariladigan kechikish chizig'i.
7. Analog-raqamli konvertor (ADC).
8. Kompyuter.
Kompyuter 8 signali antenna 2 tomonidan chiqariladigan UWB signal generatorini 1 ishga tushiradi. O'rganilayotgan ko'p qatlamli muhitdan 4 aks ettirilgan UWB signali antennaga 3 kiradi. Kompyuter 8 tomonidan boshqariladigan kechikish chizig'i 6, aks ettirilgan signalning bir lahzali amplitudasini tanlaydigan stroboskopik qabul qiluvchi 5. Analog-raqamli konvertor 7 bu qiymatni kompyuter 8 tomonidan o'qiladigan kodga aylantiradi. 1-generatorning ishga tushirish chastotasi o'nlab kilogerts bo'lishi mumkin, bu yuqori tezlikda ADC 7 ni talab qilmaydi. Kechikish qiymati 6 qabul qilish oynasini o'rnatadi va undagi mos yozuvlar nuqtasining holati. O'lchovlarni ko'p marta takrorlash orqali siz aks ettirilgan signalning ushbu namunasining qiymatlarini o'rtacha hisoblashingiz mumkin va kechikish qiymatini o'zgartirib, tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalning to'liq bajarilishini o'lchov vaqtiga to'g'ri olishingiz mumkin. transformatsiya. Shunday qilib, takroriy zondlash natijasida qabul qilish oynasida aks ettirilgan signalning oniy amplitudalari kompyuter 8 xotirasida saqlanadi. Olingan raqamli namunalarni integratsiyalash namunalarni ketma-ket yig'ish yo'li bilan, ko'p integratsiya esa ushbu protsedurani ketma-ket qo'llash orqali amalga oshiriladi. 1-5-rasmlarda abscissa o'qi UWB signalining namuna raqamlarini ko'rsatadi. Olingan integratsiya natijalari operator tomonidan vizual tarzda yoki kompyuterda ma'lum ishlov berish usullari bilan qayta ishlanishi mumkin 8.
Shunday qilib, tavsiya etilgan usul texnik jihatdan maqsadga muvofiqdir va ultra keng polosali radar zondlash ruxsatini oshirish imkonini beradi.
Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati
1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Ultra keng polosali radar o'lchovlari asoslari. - M.: Radio va aloqa, 1989. - 192 b.: kasal.
2. Patent RU 2141674.
3. Patent FR 2626666.
4. Radarning nazariy asoslari / Ed. V.E.Dulevich. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 b.
Ultra keng polosali radar zondlash ruxsatini oshirish usuli, bu N-lobli zondli radio impulsni chiqarishdan iborat bo'lib, bu erda N = 2, 3, 4, 5..., tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signallarni doimiy ravishda qabul qilish, aniqlash. o'rganish ob'ektlaridan keladigan signallar, o'rganish ob'ektlaridan aks ettirilgan signallarning parametrlarini o'lchash va baholash, o'rganish ob'ektini N-lobli radio impuls bilan zondlash qayta-qayta amalga oshirilishi bilan tavsiflanadi; aks ettirilgan signallarni qabul qilishda boshqariladigan kechikish qiymati tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalning to'liq bajarilishini va mos yozuvlar nuqtasining holatini olish imkoniyati bilan qabul qilish oynasini o'rnatadi, N-1 qabul qilishning tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalning qabul qilingan namunalarini birlashtiradi. marta, signalning N-lob vaqtinchalik tuzilishini bitta lobga aylantirib, yaqin atrofdagi o'rganish ob'ektlarining ruxsatini ta'minlaydi va o'rganish ob'ektlarini aniqlash, o'rganish ob'ektlaridan signallarning parametrlarini o'lchash va baholash uchun integratsiya natijalaridan foydalanadi.
Shunga o'xshash patentlar:
Ixtiro radiotexnikaga, asosan statsionar ob'ektlarning radariga taalluqlidir va, xususan, er osti zondlash uchun ishlatilishi mumkin.
Ixtiro qisqa masofali radarga taalluqlidir va samolyotda joylashgan faol radar yordamida cheklangan masofalarda kontsentrlangan havo nishonining teginish burchagini o'lchash uchun o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlarning harakatini avtonom boshqarish tizimlarida qo'llanilishi mumkin.
Ixtiro qisqa masofali radarga tegishli bo'lib, cheklangan masofalarda o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlarning harakatini avtonom boshqarish uchun qurilmalarda konsentrlangan havo nishoni bilan samolyotning uchrashish burchagini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin.
Ixtiro radiotexnikaga tegishli bo'lib, bitta qabul qilish stantsiyasidan foydalanganda UHF uzatgichlarining emissiyasi bo'yicha yer va havo ob'ektlarini aniqlash, yo'nalishni topish va joylashishini aniqlash uchun passiv radio monitoring tizimlarida qo'llanilishi mumkin.
Usulning qisqacha tavsifi va qo'llanilishiga misollar
Georadar er osti zondlash usuli (umumiy qabul qilingan terminologiyada georadar; ingliz adabiyotida bu usul “Ground Penetrating Radar” yoki GPR deb ataladi.) elektromagnit toʻlqinlarning muhitda tarqalishini oʻrganishga asoslangan. Usulning g'oyasi elektromagnit to'lqinlarning impulslarini chiqarish va dielektrik o'tkazuvchanlikdagi farqga ega bo'lgan problangan muhit qatlamlari orasidagi interfeyslardan aks ettirilgan signallarni yozishdir. . O'rganilayotgan muhitdagi bunday interfeyslar, masalan, quruq va namlikka to'yingan tuproqlar (er osti suvlari darajasi), turli litologik tarkibdagi jinslar orasidagi, tog 'jinslari va sun'iy tuzilish materiallari o'rtasidagi, muzlagan va erigan tuproqlar o'rtasidagi aloqalardir. bo'shashgan jinslar va boshqalar d. (to'lqin naqshining shakllanish diagrammasi rasmda ko'rsatilgan).
H chuqurligida joylashgan trubadan diffraktsiyalangan elektromagnit to'lqinning hosil bo'lish sxemasi va turli dielektrik doimiyliklarga ega bo'lgan muhitlar orasidagi interfeysdan aks ettirilgan to'lqin: chuqurlik (a.) va vaqt (b.) kesimlari.
Erga kiruvchi radar yordamida hal qilinadigan barcha muammolarni tadqiqot usullari, qayta ishlash usullari, elektromagnit to'lqinlar sohasidagi tadqiqot ob'ektlarini ko'rsatish turlari va har bir guruhga xos bo'lgan natijalarni taqdim etish bilan ikkita katta guruhga bo'lish mumkin. Birinchi guruh geologik, gidrogeologik va geotexnik vazifalarni o'z ichiga oladi, masalan, xaritalash:
- bo'shashgan cho'kindi jinslari ostidagi tog' jinslari sirtlari;
- er osti suvlari sathi va turli darajadagi suv bilan to'yingan qatlamlar orasidagi chegaralar;
- qum, gil, torf va boshqalar;
- muzlatilgan tuproqlar;
- suv qatlamining qalinligini aniqlash va pastki cho'kindilarni xaritalash;
- muz va qor qalinligi.
Ikkinchi guruh vazifalariga mahalliy ob'ektlarni qidirish, muhandislik inshootlarini tekshirish, normal holatni buzish kiradi, masalan:
- er osti bo'shliqlarini qidirish;
- ko'priklar va yo'l qoplamalarini tekshirish;
- kommunikatsiyalarni (quvurlar va kabellar) xaritalash;
- beton konstruksiyalarni tekshirish;
- sho'rlangan tuproqlar;
- uchastkaning buzilgan tabiiy tuproq paydo bo'lgan qismlari - meliorativ erlar, to'ldirilgan qazishmalar.
Bu. Hozirgi vaqtda GPR yuqori qarshilik tufayli chuqurlik ortib borayotgan muzliklar va muzlatilgan jinslarni o'rganish bundan mustasno, maqsadli ob'ektlarning nisbatan sayoz chuqurliklarida (0,2 - 15 metr) tadqiqotlarda keng qo'llaniladi.
Georadar - bu bitta operator tomonidan olib boriladigan raqamli, ko'chma geofizik qurilma bo'lib, atrof-muhitni operativ monitoring qilish, burg'ulashni talab qilmaydigan tuproq uchastkalarini olish zarurati bo'lgan geotexnik, geologik, ekologik, muhandislik va boshqa muammolarni hal qilish uchun mo'ljallangan. yoki qazish. Ovoz berish vaqtida operator displeyda ma'lumotni real vaqt rejimida radar profili (radargramma deb ataladi) shaklida oladi. Shu bilan birga, ma'lumotlar keyingi foydalanish uchun (qayta ishlash, chop etish, talqin qilish va hk) kompyuterning qattiq diskiga yozib olinadi.
O'zgartirilishi mumkin bo'lgan antenna modullari to'plami keng chastota diapazonida (16 - 2000 MGts) tekshirish imkoniyatini beradi. Muayyan antenna tizimidan foydalanish tovush paytida hal qilinadigan muammo bilan belgilanadi. Tekshiruv chastotasini oshirish ruxsatni yaxshilashga olib keladi; lekin ayni paytda muhitda elektromagnit to'lqinning susayishi kuchayadi, bu esa zondlash chuqurligining pasayishiga olib keladi; aksincha, chastotani kamaytirish orqali siz zondlash chuqurligini oshirishingiz mumkin, ammo buning uchun piksellar sonini yomonlashtirib, to'lashingiz kerak bo'ladi. Bundan tashqari, chastota pasayganda, georadarning dastlabki befarqligi zonasi (o'lik zona deb ataladigan) ortadi.
Quyida ishlatiladigan antennaga qarab o'lchamlari, o'lik zonasi va zondlash chuqurligiga bog'liqlik jadvali keltirilgan. Nisbiy dielektrik o'tkazuvchanligi 4 va solishtirma zaiflashuvi 1-2 dB/metr bo'lgan tuproq probatsiya qilinmoqda deb taxmin qilinadi. Chuqurlik deganda biz ko'zgu koeffitsienti 1 bo'lgan tekis chegarani aniqlash chuqurligini nazarda tutamiz. Shuni esda tutish kerakki, bu ma'lumotlar juda taxminiydir, ular problangan muhitning parametrlariga kuchli bog'liqdir.
Parametr | Markaziy chastota | ||||||
2 gigagertsli | 900 MGts | 500 MGts | 300 MGts | 150 MGts | 75 MGts | 38 MGts | |
Ruxsat, m | 0.06 — 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
O'lik zona, m | 0.08 | 0.1-0.2 | 0.25-0.5 | 0.5-1.0 | 1.0 | 2.0 | 4.0 |
Chuqurlik, m | 1.5-2 | 3-5 | 7-10 | 10-15 | 7-10 | 10-15 | 15-30 |
Zamonaviy GPRlar noqulay iqlimi bo'lgan borish qiyin bo'lgan hududlarda ishlashga mo'ljallangan va yilning istalgan vaqtida foydalanish mumkin (GPR ish harorati -20...+40°C).
Quyida ba'zi (juda kam) muammolarni hal qilish uchun usulni qo'llash misollari keltirilgan.
1 - 1,5 metr chuqurlikda erga ko'milgan uchta metall quvurlarning topilishi. Har bir quvur giperbola shaklida traektoriya signalini beradi, uning tepasi uning joylashgan joyiga mos keladi. Ovoz chastotasi 900 MGts. Ovoz berish joyi - Daugavpils yaqinida, Latviya. | |
Tuproq qatlami ostida ohaktoshda karst bo'shlig'ining topilishi. Bo'shliq (aylana shaklida) profilning chap tomonida o'zgaruvchan chiziqlar shaklida ko'rinadi. Loam uzluksiz signal sifatida tepada ko'rsatilgan. Tekshirish chastotasi 300 MGts. Ovoz berish joyi O'lik dengiz qirg'og'i, Isroil. | |
G'isht devorini tekshirish. Profilning o'rtasida devorga o'rnatilgan metall shkafdan signal aniq ko'rinadi. Tekshirish chastotasi 2 gigagertsli. Ovoz berish joyi: Riga, Latviya. | |
Plastmassa qayiqning pastki qismidan ko'lni profillash. 500 MGts ekranli antenna ishlatilgan. Siltda metall buyumlar juda aniq ko'rinadi (rasmda MO sifatida ko'rsatilgan). | |
Ushbu profil tuz konining devorini tekshirish orqali olingan. Qo'shni driftdan ko'plab giperbolalar ko'rinishidagi signallar aniq ko'rinadi. Driftlar orasidagi masofa taxminan 7,5 metrni tashkil qiladi. Tekshirish chastotasi 500 MGts. Ovoz berish joyi: Mirniy, Rossiya. |
30 /11
2018
Qurilish ma'lumotlarini modellashtirishda lazerli skanerlashni qo'llash
Bino va inshootlarni loyihalash, qurish va ekspluatatsiya qilishda yuzaga keladigan zamonaviy muammolar binolar, inshootlar qismlarining nisbiy holatini, vaziyatni va relyefni yuqori aniqlik va to'liqlik bilan tasvirlaydigan uch o'lchovli makonda ma'lumotlarni taqdim etishni talab qiladi.
Ixtiro yagona ultra keng polosali (UWB) impuls signallari yordamida radarni sezish sohasiga taalluqlidir va yaqin atrofdagi bir nechta ob'ektlarni, masalan, asfalt qoplamasi qatlamlarini zondlashda foydalanish mumkin. Usul N-lobli zondli radio impulsni chiqarish, aks ettirilgan signalni doimiy ravishda qabul qilish, uni tanlangan vaqt oynasida N-1 marta birlashtirish, o'rganilayotgan ob'ektlardan signallarni aniqlash va baholashdan iborat. Ixtironing erishilgan texnik natijasi UWB sensorining rezolyutsiyaning aniqligini oshirishdan iborat. 6 kasal.
RF patenti uchun chizmalar 2348945
Ixtiro T davomiyligiga ega bo'lgan ultra keng polosali (UWB) impuls signallari yordamida radar zondlash sohasiga taalluqlidir va bir nechta ob'ektlarni zondlashda foydalanish mumkin, ular orasidagi masofa L sT bilan taqqoslanadi, bu erda c - muhitdagi yorug'lik tezligi. , ya'ni. bir nechta o'rganish ob'ektlaridan aks ettirilgan signallar bir-birining ustiga chiqadigan sharoitlarda. Bu muammo, masalan, er osti tuproq qatlamlarini, xususan, ko'p qatlamli asfalt yo'l qoplamalarini tekshirishda paydo bo'ladi.
Ma'lumki, 24-bet, antenna tomonidan chiqarilishi mumkin bo'lgan har qanday signal S(t) shartni qondirishi kerak: shu jumladan, bitta ko'p lobli UWB radar ovozli signali.
Yaqin atrofdagi bir nechta tadqiqot ob'ektlarini UWB radar yordamida aniqlashda u yoki bu ob'ektdan olingan signallarni hal qilish muammosi paydo bo'ladi. Ushbu muammo shovqinlarning mavjudligi, uzatish va qabul qilish uskunalarining nomukammalligi va boshqa ko'plab omillar bilan yanada kuchayadi.
O'rganilayotgan ob'ektdan aks ettirilgan radar signalini oldindan qayta ishlashning an'anaviy usuli uni aniqlash - past chastotali funktsiyani tanlash - radio impulsining amplitudali (murakkab) konvertidir. UWB signallari bilan ishlaganda, Hilbert konvertatsiyasi yordamida olingan UWB signalining amplitudali konverti har doim ham uning shakli xususiyatlarini to'g'ri aks ettirmaydi 17-bet. Bunday holda, UWB signallarining potentsial yuqori aniqligi amalga oshirilmaydi.
3. Patent FR 2626666.
4. Radarning nazariy asoslari / Ed. V.E.Dulevich. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 b.
TALAB
Ultra keng polosali radar zondlash ruxsatini oshirish usuli, bu N-lobli zondli radio impulsni chiqarishdan iborat bo'lib, bu erda N = 2, 3, 4, 5..., tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signallarni doimiy ravishda qabul qilish, aniqlash. o'rganish ob'ektlaridan keladigan signallar, o'rganish ob'ektlaridan aks ettirilgan signallarning parametrlarini o'lchash va baholash, o'rganish ob'ektini N-lobli radio impuls bilan zondlash qayta-qayta amalga oshirilishi bilan tavsiflanadi; aks ettirilgan signallarni qabul qilishda boshqariladigan kechikish qiymati tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalning to'liq bajarilishini va mos yozuvlar nuqtasining holatini olish imkoniyati bilan qabul qilish oynasini o'rnatadi, N-1 qabul qilishning tanlangan vaqt oynasida aks ettirilgan signalning qabul qilingan namunalarini birlashtiradi. marta, signalning N-lob vaqtinchalik tuzilishini bitta lobga aylantirib, yaqin atrofdagi o'rganish ob'ektlarining ruxsatini ta'minlaydi va o'rganish ob'ektlarini aniqlash, o'rganish ob'ektlaridan signallarning parametrlarini o'lchash va baholash uchun integratsiya natijalaridan foydalanadi.