Radarowa metoda badania złóż torfu i sapropelu. Ultraszerokopasmowy radar do wykrywania pod powierzchnią. Wykrywanie i rozdzielczość radaru

Rozdzielczość radaru- możliwość samodzielnej obserwacji i pomiaru współrzędnych i parametrów ruchu blisko położonych celów.

Wybierzmy w obszarze widoku cztery sąsiednie tomy elementarne 1, 2, 3, 4 (ryc. 2.1, b), z których każdy zawiera jeden cel punktowy. Elementy 1 i 2 mają te same współrzędne kątowe, ale różnią się zasięgiem o wielkość, elementy 1, 3 różnią się tylko azymutem, a 1,4 tylko wysokością, a wszystkie cele obserwuje się osobno. Każdą z wielkości będziemy zmniejszać, aż oddzielna obserwacja celów stanie się niemożliwa. Wtedy będzie tom 1 dozwolona objętość i jej elementów ocenia się rozdzielczość stacji pod względem zasięgu, azymutu i elewacji.

Rozdzielczość zakresu szacuje się na podstawie minimalnej odległości pomiędzy dwoma celami położonymi w tym samym kierunku, przy której cele te są obserwowane oddzielnie.

Rozdzielczość azymutalna szacuje się na podstawie minimalnej różnicy azymutów dwóch celów o tym samym zasięgu i kącie elewacji, przy których cele te są nadal obserwowane osobno.

Rozdzielczość wysokości szacuje się na podstawie minimalnej różnicy kątów elewacji dwóch celów o tym samym zasięgu i azymucie, przy których cele te są nadal obserwowane oddzielnie.

Rozdzielczość prędkości szacuje się na podstawie minimalnej różnicy prędkości promieniowych dwóch celów o tych samych współrzędnych, przy których cele te są nadal obserwowane osobno. W zasadzie wystarczające jest rozpoznawanie celów w oparciu o jedną współrzędną lub prędkość.

Zatem rozdzielczość radaru jest cechą taktyczną, która określa zdolność radaru do oddzielania blisko położonych obiektów i ich elementów podczas ich sondowania.

1.3. Dokładność pomiaru współrzędnych i parametrów obiektów

Błędy pomiarowe dzielą się na brutto, systematyczne i losowe.

Grube błędy- wynik rażącego błędu w obliczeniach operatora lub konsekwencja nieprawidłowego działania urządzenia. Błędy takie są znacznie większe niż inne błędy w danej serii pomiarów, dlatego łatwo je zidentyfikować.

Błędy systematyczne są spowodowane czynnikami długotrwałymi, na przykład opóźnieniem sygnału dla celów radarowych lub niedoskonałością metody pomiaru. Błędy takie są w pewnym stopniu kompensowane przez kalibrację sprzętu.

Losowe błędy zależą od okoliczności losowych, których nie można z góry uwzględnić.

Na przykład wykonano 100 pomiarów zasięgu celu za pomocą hipotetycznego dalmierza radiowego. W tym przypadku błędy losowe podzielono na grupy zgodnie z tabelą. 2.1. Błędy m zaobserwowano w 4 eksperymentach, co odpowiada częstości błędów, błędy zaobserwowano w 6 eksperymentach, tj. ich częstotliwość itp.

Tabela 2.1 – Rozkład losowych błędów pomiarowych według przedziałów

Grupy błędów, m.in
Średni przedział błędów, m
Liczba pomiarów
Poziom błędów

Średnia błędów losowych(kreska jest znakiem uśredniania) jest równa sumie iloczynów błędów, a dokładniej średnich wartości przedziałów i ich częstotliwości:

Uzyskany wynik jest niedokładny, ponieważ różni się od oczekiwanie matematyczne. Jest to nazwa błędu średniego, którego należy się spodziewać na podstawie wyników powtarzanych pomiarów i który oblicza się poprzez podzielenie zakresu błędów X do nieskończenie małych odstępów czasu. Dopiero wtedy zostanie ujawniony ścisły wzór błędów losowych i określona zostanie ich częstotliwość prawdopodobieństwo błędów.

Dane tabeli ilustrują prostokąty o podstawie równej przedziałowi błędów i polu równym odpowiadającej im częstotliwości błędów (rys. 2.2). Kiedy i, pola prostokątów wyrażają prawdopodobieństwo wystąpienia błędu losowego w danym nieskończenie małym przedziale błędu, a wierzchołki prostokątów układają się na krzywej zwanej krzywa rozkładu błędów. Współrzędne tej krzywej (ponieważ wysokość prostokąta jest równa współczynnikowi błędu podzielonemu przez) są pochodną prawdopodobieństwa błędu przy jego aktualnej wartości X.

Powstałą pochodną można nazwać gęstości prawdopodobieństwa przypadkowe błędy

(2.1)

Ryż. 2.2. Histogram i krzywa rozkładu błędów

Pole pod krzywą rozkładu, wyrażające całkowite prawdopodobieństwo błędów, równy jeden. Kwota ta jest dystrybuowana bez przerwy dla wszystkich wartości błędów losowych. W konsekwencji prawdopodobieństwo wystąpienia danego błędu jest nieskończenie małe, ale gęstość prawdopodobieństwa, jako granica stosunku dwóch nieskończenie małych wielkości, jest wielkością skończoną. Dlatego wzdłuż osi rzędnych krzywej rozkładu wykreśla się gęstość prawdopodobieństwa, a nie samo prawdopodobieństwo błędów.

Losowe błędy pomiarowe, podobnie jak wiele innych losowych zjawisk radarowych, powstają pod wpływem wielu niezależnych i nieistotnych czynników, z których prawdopodobieństwo wystąpienia każdego z nich zależy od normalne prawo dystrybucji:

(2.2)

gdzie jest gęstością prawdopodobieństwa wystąpienia zmiennej losowej X; - wartość średnia (oczekiwanie matematyczne) wielkości X; - wariancja zmiennej losowej X; σ - odchylenie standardowe równe pierwiastkowi kwadratowemu z dyspersji; mi- podstawa logarytmu naturalnego.

Jeżeli pomiary wykonywane są w stałych warunkach, to każda wartość błędu losowego X pojawia się z równym prawdopodobieństwem zarówno ze znakiem +, jak i -. Zatem krzywa rozkładu (gęstość rozkładów prawdopodobieństwa) jest symetryczna względem osi rzędnych i wartości średniej, tj. środek rozkładu błędów losowych wynosi zero. Następnie

(2.3)

Z wzorów (2.2), (2.3) wynika, że im mniejsze rozproszenie (rozproszenie) błędów, tym wyższa jakość pomiarów, gdyż wtedy maleje prawdopodobieństwo wystąpienia dużych błędów losowych. Ponadto wariancja sumy zmiennych losowych jest równa sumie wariancji wyrazów, co jest prawdziwe nie tylko dla prawa rozkładu normalnego. Niech będzie na przykład produkowany w stałych warunkach P niezależne pomiary dowolnego parametru. Wtedy błędy losowe każdego pomiaru mają tę samą wariancję, co oznaczamy przez , a wariancję sumy błędów w P razy większa niż średnia kwadratowa tej kwoty. Ale wynik P pomiarów definiuje się jako średnią arytmetyczną wyników poszczególnych pomiarów, a zatem pierwiastek błędu średniokwadratowego

tj. wraz ze wzrostem liczby P eksperymenty (pomiary) o określonej wartości przeprowadzane w stałych warunkach, błąd średniokwadratowy zmniejsza się o współczynnik, ponieważ rozproszenie błędów losowych wpływa coraz mniej.

Zatem błędy pomiarów radarowych dzielimy na brutto, systematyczne i losowe. Najtrudniej jest skompensować błędy losowe. Aby to zrobić, konieczne jest zwiększenie liczby pomiarów.

Radarowa metoda badania złóż torfu i sapropelu 5.Wykorzystanie radaru podpowierzchniowego do badań złóż torfu i sapropelu.
5.1. Metodologia pracy terenowej.

Praca terenowa 1980-86 dotyczące radarowych badań złóż torfu i sapropelu przeprowadzono przy udziale autora i według opracowanej przez niego metodologii /23/. Podstawą były doświadczenia z badań profili radarowych opracowanych w RKIIGA i sondowań stosowanych w AARI.

Metodologia badań radarowych polega na połączeniu dwóch niezależne metody radar podpowierzchniowy, czyli: metoda sondowania radarowego i metoda profilowania radarowego. Różnice pomiędzy tymi metodami polegają na tym, że profilowanie prowadzone jest wzdłuż trasy badawczej w stałej odległości pomiędzy anteną odbiorczą i nadawczą. Wykrywanie radarowe polega na stopniowym zwiększaniu odległości między antenami w przeciwnych kierunkach od punktu badawczego. Sondowanie jest w istocie elektrycznym analogiem MOV.

Główną metodą eksploracji złóż torfu jest profilowanie radarowe. W praktyce stosuje się dwie modyfikacje metody: profilowanie radarowe ciągłe i dyskretne. Profilowanie ciągłe odbywa się poprzez równomierne, bez zatrzymywania przemieszczanie systemów antenowych i urządzenia po trasie badawczej. Do transportu zwykle wykorzystuje się transporter gąsienicowy GAZ-71 lub skuter śnieżny typu Buran. Na małych obszarach pola, do 500 metrów, możliwe jest prowadzenie profilowania ciągłego za pomocą ubieralnej modyfikacji georadara S-023. Profilowanie dyskretne stosuje się jedynie w przypadku braku możliwości wykorzystania pojazdów, polega ono na pomiarze czasów dotarcia odbitych sygnałów i zarejestrowaniu ich w poszczególnych punktach trasy badawczej. W tym przypadku etap profilowania wynosi zwykle 10-25 metrów.

Kolejność prac przy eksploracji złoża torfu za pomocą sprzętu radarowego jest następująca.

Na początku badań należy jak najdokładniej ustalić głębokość do głównej granicy odbijającej, jaką jest dno złoża, zidentyfikować za jej pomocą widoczny na ekranie lokalizatora sygnał odbity i skalibrować urządzenie. W tym celu należy przeprowadzić mechaniczne sondowanie złoża na podstawie poboru próbek gruntu pod spodem, jeżeli dno mineralne złoża torfu zbudowane jest z gęstych osadów piaszczystych lub ilastych i nie ma płynne przejście z torfu do leżącej pod spodem gleby, wówczas jako głębokość odbitej granicy należy przyjąć wynik sondowania mechanicznego. Jeżeli w dennej warstwie złoża występuje sapropel lub następuje płynne przejście od torfu do gruntu pod spodem, wówczas w punkcie wyjścia badań należy przeprowadzić sondowanie radarowe.

Sondowanie radarowe przeprowadza się w następujący sposób: anteny odbiorcze i nadawcze instaluje się na powierzchni złoża w odległości metra od siebie. Po zarejestrowaniu odebranych sygnałów na taśmie magnetycznej zaczynają jednocześnie przesuwać anteny w kierunku przeciwnym do środka, na odległość porównywalną z głębokością dna złoża. W punktach początkowym i końcowym mierzony będzie czas dotarcia odbitych sygnałów.

Prędkość propagacji fal elektromagnetycznych (V) i głębokość (h) granicy odbicia oblicza się za pomocą wzorów:

V = [(x 2 2 -x 1 2)/(t 2 2 -t 1 2)] 1/2

H = 1/2(t 1 2 (x 2 2 -x 1 2)/(t 2 2 -t 1 2) - x 1 2 ) 1/2 = 1/2(t 2 2 (x 2 2 -x 1 2)/(t 2 2 -t 1 2) - x 2 2 ) 1/2

Gdzie:
x 1 i x 2 - odległość między antenami,
t 1 i t 2 - czas przybycia fal odbitych.

Przy wyznaczaniu t 1,2 mogą pojawić się trudności w identyfikacji sygnału odbitego od dna mineralnego. Aby wstępnie zidentyfikować odbicia, należy skorzystać z danych wiercenie ręczne i oblicz czas przybycia fali odbitej, korzystając ze wzoru

Lub skorzystaj z tabeli przeliczeniowej t(ns) na h(m).

Po określeniu odległości do granicy odbijającej oraz prędkości propagacji fali w złożu należy przeprowadzić dogłębną kalibrację urządzenia i przystąpić do prac nad metodą profilowania radarowego złoża torfu. W czasie jazdy pojazdu z zainstalowanym georadarem prowadzona jest ciągła rejestracja odbieranych sygnałów. Skrzyżowania trasy z charakterystycznymi formami rzeźby oraz planowane odniesienie rejestrujemy na taśmie magnetycznej poprzez krótkie włączenie znaków kalibracyjnych. Każda aktywacja tagów jest odnotowywana w dzienniku obserwacji.

Obliczanie średniej głębokości złóż torfu i zasobów surowca na podstawie danych radarowych wymaga monitorowania zmian prędkości propagacji fal elektromagnetycznych w różnych obszarach złoża. W tym celu konieczne jest utworzenie referencyjnej sieci bezpośrednich pomiarów głębokości złoża lub sondowań radarowych.

Najwygodniej jest połączyć punkty sieci referencyjnej z punktami poboru próbek. Ponadto tworząc sieć szkieletową należy kierować się następującymi postanowieniami:

Każdy typowy obszar złoża torfu musi posiadać co najmniej dwa punkty odniesienia.
Wzdłuż profilu lub autostrady punkty odniesienia powinny być rozmieszczone co najmniej co 1000 m.,
Punkty referencyjne powinny być zlokalizowane w miejscach o różnej głębokości złoża,
W przypadku dużej zmienności głębokości złoża punkty sieci referencyjnej powinny znajdować się w miejscach o poziomym położeniu dna złoża.

Poruszanie się pojazdem terenowym po złożach torfu odbywa się po wyznaczonych trasach, zgodnie z instrukcją prowadzenia badań złóż torfu.

Metodologia poszukiwań złóż sapropelu prowadzona jest w okres zimowy, podobnie do metody opisanej powyżej. W okresie letnim sondowanie radarowe zastępuje się pulsacyjnym rejestrowaniem elektromagnetycznym.

Metodę badań terenowych torfu i sapropelu można stosować praktycznie bez zmian dla radarów podpowierzchniowych innych środowisk geologicznych. Jednak przed przystąpieniem do prac terenowych należy ocenić możliwości istniejącego sprzętu /3/. Można to zrobić na podstawie obliczeń podanych w sekcji 3. Autor opracował nomogramy specjalnie do oceny granic możliwości radaru w badaniach geologicznych. Na rysunku 5.1 przedstawiono nomogram pozwalający na podstawie czasu trwania impulsu sondującego oraz prędkości propagacji fal elektromagnetycznych określić wartość „martwej strefy” lokalizatora (H).

Dolna skala nomogramu pokazuje pionowy czas trwania impulsu sondującego w nanosekundach – długość „martwej strefy” w metrach. Nomogram zbudowany jest w skali logarytmicznej różne znaczenia prędkości od 3,35 do 30 cm/ns i obejmują wszystkie przypadki zmian prędkości, jakie można spotkać podczas badań środowisk geologicznych. Korzystając z głównego nomogramu (linie ciągłe), można określić Nm dla lokalizacji anten odbiorczych i nadawczych w tym samym punkcie. W przypadku stosowania anten różnicowych zwiększa się rozmiar „martwej strefy”, ponieważ różnica pomiędzy przybyciem fal bezpośrednich i odbitych maleje. Aby wprowadzić poprawki na separację anten, konstruowana jest dodatkowa rodzina linii kropkowanych. Skorygowane wartości głębokości martwej strefy pokazane są na górnej skali.

Nomogramu należy używać w następujący sposób. Niech czas trwania emitowanego impulsu wynosi 60 ns, badania prowadzi się w środowisku o V = 3,35 cm/ns (rel = 80) i stosuje się anteny rozstawione na antenie o długości 2 m. Na osi OX znajdujemy punkt 60 ns i przywracamy prostopadłą do przecięcia z prostą o V = 3,35 cm/ns. Współrzędną tego punktu jest wartość H=1m. Skorygowaną wartość Nm można znaleźć na podstawie odciętej przecięcia Nm = 1m. Oraz linia przerywana z indeksem 2mY na górnej skali nomogramu. W rozpatrywanym znaku ostateczna wartość głębokości „martwej strefy” wynosi 1,8 m.

Nomogram jest uniwersalny i pozwala na przeliczenie odcinków czasu na głębokość. Aby to zrobić, jest to konieczne zamiast imp. Weź czas opóźnienia totr. odbitego sygnału w stosunku do momentu emisji. Rozdzielczość zakresu jest określana w podobny sposób.

Rzeczywiste wartości martwej strefy i rozdzielczości zasięgu mogą być niższe, ponieważ profilowanie radarowe dostarcza więcej informacji niż pojedyncze obserwacje układu fal.

Maksymalny zasięg radaru podpowierzchniowego można oszacować korzystając z nomogramu na rys. 5.2. W tym celu konieczna jest znajomość specyficznego tłumienia fal radiowych w badanym ośrodku (dB/m). Jeżeli nie ma pomiarów na próbkach, należy oszacować wartość tłumienia na podstawie źródeł literaturowych lub skorzystać z wykresów przeliczających om na dB/m (rys. 5.3, 5.4).

Nomogram na ryc. 52 uwzględnia wpływ na zasięg lokalizacji jedynie tłumienia i strat geometrycznych i jest obliczany dla różnych wartości potencjału lokalizatora w decybelach.

Jako przykład wykorzystania nomogramu podajemy oszacowanie maksymalnej głębokości sondowania radarowego złoża torfu. Średnie wartości sondowań radarowych złóż torfu. Średnie wartości oporności elektrycznej torfu wysokiego oscylują wokół 100 Ohm, co odpowiada określonej wartości tłumienia elektrycznego wynoszącej 4 dB/m. Potencjalne wartości dotychczas opracowanych radarów wynoszą 80-100 dB. Ale z nomogramów uzyskujemy głębokość od 5,5 do 15 m, co jest zgodne z danymi z pomiarów terenowych. Dla torfów nizinnych o tłumieniu większym niż 5 dB/m maksymalna głębokość sondowania jest mniejsza niż 5 m. Ponadto, jeśli weźmiemy pod uwagę występowanie płynnych przejść od torfu do gruntów leżących pod spodem, charakterystycznych dla osadów nisko położonych, można stwierdzić, że badania radarowe nisko położonych złóż torfu, prowadzone przez istniejąca metodologia, są możliwe tylko w rzadkich przypadkach.

Takie ograniczenie głębokości metody negatywnie wpływa na jej użyteczność praktyczną, gdyż nizinne złoża torfu i złoża sapropelu. Mając podobne właściwości elektryczne, jak wynika z rozważenia nomogramu, być może na dwa sposoby, a mianowicie? Zwiększając potencjał georadara i zmniejszając częstotliwość impulsów sondujących.

Zwiększenie potencjału lokalizatora możliwe jest przede wszystkim poprzez zastosowanie mocniejszych generatorów impulsów nanosekundowych. Wynika to jednak ze wzrostu wielkości generatora i jego zużycia energii. Chociaż generator o mocy 200 kW waży około 1,5 kg i zużywa 30 W, nie nadaje się on do noszenia modyfikacji georadaru. W przypadku sprzętu przewożonego na przenośniku waga i gabaryty nie mają znaczenia, co pozwala na zastosowanie wydajnych agregatów prądotwórczych. Opracowywane obecnie generatory impulsów mogą rozwinąć moc mierzoną w gigawatach i zwiększyć potencjał lokalizatora o ponad 60 dB, tj. W ten sposób można rozwiązać problemy zwiększania głębokości badań.

Inną, bardziej korzystną metodą jest zmniejszenie średniej częstotliwości impulsu sondującego z 80 MHz do 10-20 MHz. Ale to powoduje wzrost martwej strefy! I zmniejszenie rozdzielczości zasięgu, która wynosi 1,5-1 m. Technicznie łatwiej jest zmniejszyć częstotliwość impulsu sondującego. Jak wynika z rozdziału 4, tak jest wystarczy, aby zwiększyć efektywną długość anteny. Chociaż wydłużenie anten powoduje nieco większe wymagania wobec generatora i będzie wymagało specjalnego przetwarzania sygnału, ta metoda jest wygodniejsza.

Podane nomogramy pozwalają szybko określić możliwości wykorzystania istniejącego sprzętu radarowego do rozwiązywania konkretnych problemów geologicznych. A w przypadku braku pozytywnej decyzji określić sposoby modernizacji sprzętu lub ocenić możliwości wykorzystania innych georadarów.

Krótki opis oraz przykłady zastosowania metody

Metoda georadarowego wykrywania podpowierzchniowego (w ogólnie przyjętej terminologii to georadar; w literaturze angielskiej metoda ta nazywa się „Ground Penetrating Radar” lub GPR.) opiera się na badaniu propagacji fal elektromagnetycznych w ośrodku. Ideą metody jest emitowanie impulsów fal elektromagnetycznych i rejestracja sygnałów odbitych od granic międzyfazowych pomiędzy warstwami badanego ośrodka, które charakteryzują się różnicą stałej dielektrycznej. . Takimi interfejsami w badanych środowiskach są np. styki gruntów suchych i nasyconych wilgocią (poziom wody gruntowe), kontakty między skałami o różnym składzie litologicznym, między skałą a materiałem sztucznej struktury, między zamarzniętymi i rozmrożonymi glebami, między podłożem a luźnymi skałami itp. (schemat powstawania wzoru fal pokazano na ryc.).

Schemat formacji dyfrakcyjnej fala elektromagnetyczna z rury znajdującej się na głębokości H oraz fali odbitej od powierzchni styku ośrodków o różnych stałych dielektrycznych: przekroju głębokości (a.) i czasu (b.).

Wszystkie problemy rozwiązywane za pomocą radaru penetrującego grunt można podzielić na dwie duże grupy, charakteryzujące się metodami badawczymi, metodami przetwarzania, rodzajami wyświetlania obiektów badawczych w polu fal elektromagnetycznych i prezentacją wyników charakterystycznych dla każdej grupy. Do pierwszej grupy zaliczają się zadania geologiczne, hydrogeologiczne i geotechniczne, takie jak kartowanie:

powierzchnie podłoża skalnego pod luźnymi osadami;
poziomy wód gruntowych i granice między warstwami o różnym stopniu nasycenia wodą;
piasek, glina, torf itp.;
zamarznięte gleby;
określenie miąższości warstwy wody i kartowanie osadów poddennych;
grubość lodu i śniegu.

Druga grupa zadań obejmuje wyszukiwanie obiektów lokalnych, prace geodezyjne konstrukcje inżynierskie, naruszenie normalnej sytuacji, na przykład:

szukać podziemnych jam;
inspekcja mostów i nawierzchni drogowych;
mapowanie komunikacji (rurociągi i kable);
inspekcja konstrukcji betonowych;
gleby zasolone;
odcinki odcinka z naruszonym naturalnym występowaniem gruntów – tereny zrekultywowane, zasypane wykopy.

To. Obecnie georadar znajduje szerokie zastosowanie w badaniach na stosunkowo małych głębokościach docelowych obiektów (0,2 – 15 metrów), z wyjątkiem badań lodowców i zamarzniętych skał, w których ze względu na duży opór głębokość wzrasta.

Georadar to cyfrowe, przenośne urządzenie geofizyczne prowadzone przez jednego operatora, przeznaczone do rozwiązywania szerokiego zakresu problemów geotechnicznych, geologicznych, środowiskowych, inżynierskich i innych, gdzie istnieje potrzeba operacyjnego monitorowania środowiska, pozyskiwania przekrojów gruntu niewymagających wierceń lub wykop. Podczas sondowania operator otrzymuje w czasie rzeczywistym informacje na wyświetlaczu w postaci profilu radarowego (tzw. radargram). Jednocześnie dane są rejestrowane dysk twardy komputer do dalszego wykorzystania (przetwarzanie, drukowanie, interpretacja itp.).

Zestaw wymiennych modułów antenowych zapewnia możliwość sondowania w szerokim zakresie częstotliwości (16 - 2000 MHz). O zastosowaniu konkretnego systemu antenowego decyduje problem rozwiązywany podczas sondowania. Zwiększenie częstotliwości sondowania prowadzi do poprawy rozdzielczości; ale jednocześnie wzrasta tłumienie fali elektromagnetycznej w ośrodku, co prowadzi do zmniejszenia głębokości sondowania; i odwrotnie, zmniejszając częstotliwość, możesz zwiększyć głębokość sondowania, ale będziesz musiał za to zapłacić pogorszeniem rozdzielczości. Dodatkowo wraz ze spadkiem częstotliwości zwiększa się początkowa strefa nieczułości (tzw. martwa strefa) georadaru.

Poniżej znajduje się tabela zależności rozdzielczości, martwej strefy i głębokości sondowania w zależności od zastosowanej anteny. Zakłada się, że badany jest grunt o względnej stałej dielektrycznej wynoszącej 4 i właściwym tłumieniu wynoszącym 1-2 dB/metr. Przez głębokość rozumiemy głębokość detekcji płaskiej granicy o współczynniku odbicia 1. Należy mieć na uwadze, że dane te są bardzo przybliżone, silnie zależą od parametrów sondowanego ośrodka.

Parametr	Częstotliwość środkowa
Parametr	2 GHz	900 MHz	500 MHz	300 MHz	150 MHz	75 MHz	38 MHz
Rozdzielczość, m.in	0.06 — 0.1	0.2	0.5	1.0	1.0	2.0	4.0
Martwa strefa, m.in	0.08	0.1-0.2	0.25-0.5	0.5-1.0	1.0	2.0	4.0
Głębokość, m	1.5-2	3-5	7-10	10-15	7-10	10-15	15-30

Nowoczesne georadary przeznaczone są do pracy w trudno dostępnych obszarach o niesprzyjającym klimacie i mogą być stosowane o każdej porze roku (temperatura pracy georadaru -20...+40°C).

Poniżej znajdują się przykłady zastosowania tej metody do rozwiązania niektórych (bardzo nielicznych) problemów.

	Wykrycie trzech metalowe rury, zakopany w ziemi na głębokość 1 – 1,5 metra. Każda rura daje sygnał trajektorii w postaci hiperboli, której wierzchołek odpowiada jej położeniu. Częstotliwość sondowania 900 MHz. Atrakcyjna lokalizacja - niedaleko Daugavpils na Łotwie.
	Odkrycie jamy krasowej w wapieniu pod warstwą gliny. Wnęka (zakreślona) widoczna jest po lewej stronie profilu w postaci naprzemiennych pasków. Ił jest pokazany u góry jako sygnał ciągły. Częstotliwość sondowania 300 MHz. Miejscem sondowania jest brzeg Morza Martwego w Izraelu.
	Sondowanie ceglana ściana. W środku profilu wyraźnie widoczny jest sygnał z metalowej szafki wbudowanej w ścianę. Częstotliwość próbkowania 2 GHz. Lokalizacja sondowania: Ryga, Łotwa.
	Profilowanie jeziora z dna plastikowej łodzi. Zastosowano antenę ekranowaną o częstotliwości 500 MHz. W mule bardzo dobrze widoczne są metalowe przedmioty (oznaczone na rysunku jako MO).
	Profil ten uzyskano poprzez sondowanie ściany wyrobiska kopalni soli. Wyraźnie widoczne są sygnały w postaci wielu hiperboli z sąsiedniego sztolni. Odległość pomiędzy sztolniami wynosi około 7,5 metra. Częstotliwość sondowania 500 MHz. Lokalizacja sondowania: Mirny, Rosja.

30 /11
2018

Zastosowanie skanowania laserowego w modelowaniu informacji o budynku

Współczesne zadania pojawiające się w projektowaniu, budowie i eksploatacji budynków i budowli wymagają prezentacji danych w przestrzeni trójwymiarowej, która z dużą dokładnością i kompletnością opisuje względne położenie części budynków, budowli, sytuację i topografię.

Są to urządzenia działające na zasadzie lokalizacji. to znaczy wykorzystanie niektórych fal e/magnetycznych (fale e/mag o zakresie metrowym i decymetrowym): mają one tę właściwość, że przenikając przez materiały (piasek, tłuczeń kamienny, ciecze) odbijają się od napotkanego obiektu obcego na swojej drodze i tym samym rejestrują swoją obecność w środowisku badanego obiektu

Obecnie służba celna dysponuje następującymi pojazdami lokalizacyjnymi (detekcja podpowierzchniowa):

Podpowierzchniowe urządzenie sondujące „Oko”

Urządzenie do sondowania podpowierzchniowego „Zond-M”

Przenośny przyrząd do teledetekcji radiowej

(RPDZ) „Zond-M” to nowocześniejszy, zautomatyzowany, techniczny środek kontroli celnej, przeznaczony do kontroli operacyjnej (wyszukiwania i wykrywania obcych załączników) ładunków masowych, masowych i jednorodnych (jednorodnych), w tym opakowanych (skrzynie, bele, torby itp.) umieszczonych w nadwoziach pojazdów, wagonów kolejowych (platform) i ładowni statków.

Rys. 3.22 Podpowierzchniowe urządzenie sondujące „Zond-M”

Konstrukcja i działanie urządzenia.

Radar podpowierzchniowy wykorzystuje krótkie sygnały impulsowe. Aby wygenerować takie impulsy, antena szerokopasmowa jest wzbudzana przez spadek napięcia z krótkotrwałym zboczem narastającym. Jednostka sterująca, przetwarzająca i wyświetlająca tworzy dwuwymiarowy obraz odbieranych sygnałów i wyświetla je na monitorze w czasie rzeczywistym.

Do komunikacji z komputerem zewnętrznym, w tym do generowania

trójwymiarowy obraz, urządzenie posiada specjalne złącze i kabel.

Prawidłowa interpretacja powstałych map lokalizacyjnych w dużej mierze zależy od doświadczenia i wiedzy operatora.

4. Techniczne środki wyszukiwania przedmiotów specjalnych

Do tej grupy pojazdów zaliczają się:

Kontrola i przeszukanie pojazdów omówione powyżej (działanie mechaniczne, optyczno-mechaniczne; specjalne środki znakujące; sprzęt rentgenowski; sprzęt radarowy)

Sprzęt i urządzenia wykorzystujące różne analiza gazów i metody chemiczne kontrola obecność elementów TPN

Zastosowaniem testów ekspresowych do analizy chemicznej obiektów są zestawy chemiczne zawierające różne odczynniki, które pozwalają wstępnie zidentyfikować obecność określonych NV, PV lub materiałów wybuchowych w obiektach kontrolnych (na przykład test upuszczenia „ Virage BB”, „Kwiat narkotyku” itd.)

Metody biologiczne (wykorzystywanie specjalnie wyszkolonych psów)

4.1. Metody analityczne gazów do monitorowania próbek powietrza i pojazdów na ich podstawie

opierają się na analizie próbek powietrza pobranych z obiektu kontrolnego na obecność CV różne sposoby(spektrometria mas, chromatografia gazowa itp.)

Sprzęt i urządzenia wykorzystujące różne metody analityczne i chemiczne gazów do monitorowania obecności elementów TPN obejmują:

Przenośne analizatory gazów (na przykład detektor „ SZABLA 2000" patrz rys. 3.23;

Stacjonarne analizatory gazów (na przykład Complex „ITEMISER-C” patrz rys. 3.24; Spektrometr dryftowy „Grif –1” (Express – detektor CV) - rys. 3.25

Przenośne analizatory gazów

Ryc.3.23 Detektor "SABER 2000"

Stacjonarne analizatory gazów

Ryc.3.24 Kompleks „ITEMISER - C”

Spektrometr dryftowy „Grif –1” (Express – detektor CV)

Ryż. 3,25. Detektor ekspresowy „GRIF-1”

Zamiar

do wykrywania CV za pomocą spektrometrii mas gazowych

Zasada działania:

Jest to urządzenie do analizy gazów, które działa na zasadzie wykorzystania spektrometrii mas: rozkładu badanej próbki powietrza na widma i badania ich pod kątem obecności jonów CV

Urządzenie:

Monoblok wyposażony we wstępny koncentrator próbek (zwany dalej koncentratorem),

Wbudowany monitor, -Klawiatura - Jednostka akumulatorowa, zamknięta w plastikowej obudowie o wymiarach 30x29x12 cm

Tryby pracy:

Urządzenie wykrywa i rozpoznaje substancje docelowe. Urządzenie działa w trzech trybach:

- tryb „A” (atmosfera) - tryb pracy z lotnymi oparami CV o dużej lotności

- Tryb „H”.(H-heater) - tryb pracy ze śladowymi ilościami niskolotnych CV przy użyciu grzejnika i serwetki do pobierania próbek

-Tryb „AKN”.(atmosfera, koncentrator i podgrzewacz) - tryb pracy z parami lotnymi i małą lotnością z wykorzystaniem koncentratora i podgrzewacza

Wyboru klas rozpoznawanych substancji docelowych (wybuchowe, NV, OM) dokonuje się z klawiatury.

Zasada działania czujki ekspresowej „Grif-1”

PompaDryfKierunek pierścienie prąd jonowy

Źródłojonizacja(wyładowanie koronowe)

Kolektor

Ogrodzeniepowietrze (próbki)

Zamykającyinternet(jońskibrama)

Systemqiklikabiegunkaregiondryf

Kierunek obiegu gazuw cyklicznym układzie nadmuchowym

Obsługa urządzenia (w trybie „A”): 1. Próbka powietrza przez otwór „Pobór powietrza (próbka)” z swobodą. efekt wiru (dryfu) wytworzony przez wentylator dostaje się do jonizatora 2. W jonizatorze za pomocą źródła jonizacji powietrze zostaje częściowo zjonizowane (atomy zamieniają się w naładowane cząstki-jony. Nienaładowane cząsteczki powietrza są wypompowywane przez pompę). 3. Jony przez siatkę blokującą dostają się do rurki dryfowej i pod wpływem prądu elektrycznego przemieszczają się do kolektora przy różnych prędkościach w zależności od wielkości i stopnia polaryzacji.

Umożliwia to skonstruowanie widma jonowego określonego CV, na podstawie którego jest ono wyznaczane.

W takim przypadku generowany jest sygnał „alarmowy” i włącza się sygnał świetlny. Ponieważ pary charakteryzują się wysoką parowalnością CV; są wykrywane w trybie „A” bez ogrzewania.

4. Dla CV z niskim poziomem. parowanie - Tryb „AKN”: stosuje się nagrzewnicę powietrza (H) i koncentrator do gromadzenia par (K). - W przypadku substancji niskolotnych - stosować.

Zawiera pojedynczy wielolistkowy sygnał sondujący radaru UWB.

W przypadku wykorzystania radarowej detekcji UWB kilku pobliskich obiektów badawczych pojawia się problem rozdzielenia sygnałów otrzymanych z jednego i drugiego obiektu. Problem ten pogłębia obecność zakłóceń, niedoskonały sprzęt nadawczy i odbiorczy oraz wiele innych czynników.

Tradycyjnym sposobem wstępnego przetwarzania sygnału radarowego odbitego od obiektu badań jest jego detekcja – wybór funkcji niskiej częstotliwości – obwiedni amplitudy (zespołu) impulsu radiowego. Podczas pracy z sygnałami UWB obwiednia amplitudy sygnału UWB otrzymana za pomocą transformaty Hilberta nie zawsze poprawnie odzwierciedla cechy jej kształtu, str. 17. W tym przypadku nie jest realizowana potencjalnie wysoka rozdzielczość sygnałów UWB.

Znany patent RU 2141674 – metoda ultraszerokopasmowego wykrywania radarowego, która polega na emitowaniu impulsu jedną anteną, odbieraniu tego impulsu drugą – anteną zdalną, odebrany impuls jest opóźniany, ponownie wypromieniowywany i odbierany przez antenę umieszczoną na miejsce promieniowania pierwotnego. Metoda ta pozwala na oddzielenie w czasie sygnałów odbieranych z anteny i otaczających ją sygnałów. elementy konstrukcyjne. Dzięki tej metodzie problem rozdzielczości rozwiązuje się poprzez czasową separację odbitych sygnałów.

Wadą tej metody jest ograniczony zakres jej zastosowania ze względu na to, że rzadko pojawia się możliwość sztucznego rozdzielenia w czasie sygnałów odbitych od kilku obiektów badań.

Najbliższa zastrzeganej metodzie jest taka, że emitują sondujący impuls radiowy typu N, odbierają w sposób ciągły odbity sygnał w wybranym oknie czasowym, wykrywają i oceniają sygnały z obiektów badań. Aby rozwiązać problem rozdzielczości, określ:

Bezpośrednia transmisja sygnału z anteny nadawczej do anteny odbiorczej (podczas sondowania otwarta przestrzeń), który jest odejmowany od odbieranego sygnału podczas kolejnego sondowania otoczenia;

Sumaryczny sygnał odbicia przy sondowaniu blachy, który służy do kalibracji kolejnych sondowań.

Sygnał przekazujący jest odejmowany od sygnału odbieranego z obiektów badawczych. Następnie wykrywana jest jedna po drugiej najbliższa odpowiedź i, biorąc pod uwagę tłumienie znanego sygnału całkowitego odbicia, jest ona odejmowana od odbieranego sygnału. Zatem teoretycznie możliwe jest rozdzielenie odebranych sygnałów.

Wadą tej metody jest niska dokładność. Po pierwsze, sygnał przechodzący przez ośrodek zmienia widmo częstotliwości, a co za tym idzie, nie tylko amplitudę, ale także jego kształt. W efekcie niewłaściwe okazuje się wykorzystywanie sygnału całkowitego odbicia jako sygnału kalibracyjnego. Po drugie, rekurencyjny charakter przetwarzania, w którym każdy nowy obiekt odkrywany jest na podstawie wyników wykrycia poprzedniego, prowadzi do kumulacji błędów.

Problem rozwiązany przez ten wynalazek polega na zwiększeniu rozdzielczości wykrywania UWB odbitego od pobliskich obiektów, a co za tym idzie, uzyskania większej liczby i najwyższa jakość informacje z sond radarowych.

Rozwiązanie problemu związanego ze sposobem zwiększania rozdzielczości ultraszerokopasmowego wykrywania radarowego, polegającym na emisji sondującego impulsu radiowego N-listkowego, ciągłym odbiorze odbitego sygnału w wybranym oknie czasowym, detekcji i ocenie sygnałów z obiektów badań , całkując odbity sygnał w wybranym oknie czasowym N -1 czasu, a wyniki całkowania wykorzystują do wykrywania i oceny sygnałów z obiektów badań.

Istotna różnica pomiędzy proponowaną metodą a prototypem polega na tym, że podczas sondowania impulsem radiowym N-listkowym odbity sygnał jest całkowany w wybranym oknie czasowym N-1 razy.

W prototypie zastosowano operację odejmowania znanych odpowiedzi od odbieranego sygnału.

Zastosowanie integracji wielokrotnej N-1, czyli liniowej metody konwersji odbieranych sygnałów, pozwala na konwersję ich wielopłatowej struktury czasowej na jednopłatową. Na rysunku 1 widać, że trójlistkowy impuls radiowy po pojedynczym sondowaniu staje się dwulistkowy, a po drugim całkowaniu – jednolistny. Gdyby taki impuls mógł być emitowany przez antenę, zadanie rozpoznawania pobliskich obiektów byłoby znacznie uproszczone. Całkowanie odebranego sygnału dla układu liniowego jest równoznaczne z całkowaniem sygnału wejściowego. Zatem całkowanie sygnału wyjściowego znacznie upraszcza rozdzielczość pobliskich obiektów.

Sposób według wynalazku ilustrują następujące materiały graficzne.

Rysunek 1 – wyniki sekwencyjnego całkowania sygnału trójlistkowego.

Rysunek 2 – sygnały częściowe odbite od trzech obiektów.

Rysunek 3 – całkowity sygnał odbity od trzech obiektów.

Rysunek 4 przedstawia wynik pojedynczej integracji odbitego sygnału.

Rysunek 5 przedstawia wynik podwójnej integracji odbitego sygnału.

Rozważmy możliwość wdrożenia proponowanej metody.

Do sondowania radarowego można zastosować pojedyncze impulsy radiowe o małej liczbie listków czasowych N=2-5, np. impuls trójlistkowy S(t), pokazany na rys.1. Takie sygnały mają widmo UWB. Ich przetwarzanie jest możliwe w dziedzinie częstotliwości lub czasu. W obu przypadkach konieczne jest wykrycie sygnałów odbitych od obiektów badań, ocena ich amplitudy, polaryzacji, położenia czasowego i innych parametrów. Sondowania takie wykorzystuje się m.in. w badaniach warstw nawierzchni dróg. W tym przypadku przedmiotem badań są granice warstw powłok, które odbijają sygnał sondujący i mają różne stałe dielektryczne ε. W zależności od stosunku stałych dielektrycznych ε ośrodka odbite sygnały mogą mieć różną polaryzację.

Jeżeli obiekty badań (warstwy nawierzchni drogi) znajdują się blisko siebie, wówczas odbite sygnały nakładają się na siebie. Rysunek 2 przedstawia sygnały cząstkowe S 3i (t), (i=1, 2, 3), odbite od trzech różnych warstw. Każdy z nich ma swoją amplitudę i kształt. Sygnał S 32 (t) ma odwrotną polaryzację. Całkowity odbity sygnał S 3 (t) = S 31 (t) + S 32 (t) + S 33 (t), rys. 3, jest mało przydatny do analizy. Aby rozwiązać problem rozdzielczości, można skrócić czas trwania sygnału sondującego S(t), ale będzie to prowadzić do nieuzasadnionego wzrostu kosztów rozwoju lub do niewykonalności technicznej.

Pojedyncza integracja sygnału odbitego od obiektów

Rysunek 4 nie rozwiązuje problemu rozdzielczości, ale reintegracji

Rysunek 5 pozwala dokładnie oszacować zarówno położenie czasowe, polaryzację, jak i amplitudę odbitych sygnałów. Ocenę tę można uzyskać wizualnie lub za pomocą komputera.

Należy zauważyć, że za pomocą zaproponowanej transformacji liniowej możliwe jest przywrócenie stosunku amplitud sygnałów cząstkowych do odległości między nimi nawet w przypadku, gdy sygnały są opóźnione względem siebie o czas krótszy niż czas trwania okres środkowej harmonicznej widma sygnału, tj. w warunkach realizacji potencjalnej rozdzielczości zakresu.

Zatem proponowana metoda pozwala za pomocą radaru UWB wykrywać obiekty badań z rozdzielczością zbliżoną do potencjalnej.

Rozważmy możliwość praktycznego wdrożenia proponowanej metody. Rysunek 6 przedstawia schemat urządzenia realizującego proponowaną metodę, gdzie:

1. Generator sygnału UWB.

2. Antena nadawcza.

3. Antena odbiorcza.

4. Badane medium wielowarstwowe.

5. Odbiornik stroboskopowy.

6. Kontrolowana linia opóźniająca.

7. Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC).

8. Komputer.

Sygnał z komputera 8 uruchamia generator sygnału UWB 1, który jest emitowany przez antenę 2. Sygnał UWB odbity od badanego ośrodka wielowarstwowego 4 wchodzi do anteny 3. Linia opóźniająca 6 sterowana przez komputer 8 wyzwala odbiornik stroboskopowy 5, który wybiera jedną chwilową amplitudę odbitego sygnału. Przetwornik analogowo-cyfrowy 7 przetwarza tę wartość na kod odczytywany przez komputer 8. Częstotliwość uruchamiania generatora 1 może wynosić dziesiątki kiloherców, co nie wymaga szybkiego ADC 7. Wartość opóźnienia 6 ustawia okno odbioru i położenie w nim punktu odniesienia. Powtarzając pomiary wielokrotnie można uśrednić wartości tej próbki sygnału odbitego, a zmieniając wartość opóźnienia można uzyskać całą realizację sygnału odbitego w wybranym oknie czasowym z dokładnością do czasu skali transformacja. Zatem w wyniku wielokrotnego sondowania chwilowe amplitudy odbitego sygnału w oknie odbiorczym są zapisywane w pamięci komputera 8. Całkowanie otrzymanych próbek cyfrowych odbywa się poprzez sekwencyjne sumowanie próbek, a całkowanie wielokrotne poprzez sekwencyjne stosowanie tej procedury. Na rysunkach 1-5 oś odciętych pokazuje numery próbek sygnału UWB. Otrzymane wyniki całkowania mogą być przetwarzane wizualnie przez operatora lub znanymi metodami przetwarzania w komputerze 8.

Zatem proponowana metoda jest technicznie wykonalna i umożliwia zwiększenie rozdzielczości ultraszerokopasmowego wykrywania radarowego.

Wykaz używanej literatury

1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Podstawy pomiarów radarowych ultraszerokopasmowych. - M.: Radio i Łączność, 1989. - 192 s.: il.

2. Patent RU 2141674.

3. Patent FR 2626666.

4. Podstawy teoretyczne radar / wyd. V.E. Dulevich. - M.: Sow. radio, 1978. - 608 s.

Prawo

Metoda zwiększania rozdzielczości ultraszerokopasmowej detekcji radarowej polegająca na emisji sondującego impulsu radiowego N-listkowego, gdzie N = 2, 3, 4, 5..., odbierającego w sposób ciągły sygnały odbite w wybranym oknie czasowym, wykrywającego sygnały z obiektów badań, pomiar i ocena parametrów sygnałów odbitych od obiektów badań, charakteryzująca się tym, że sondowanie obiektu badania impulsem radiowym N-płatkowym odbywa się wielokrotnie przy odbiorze sygnałów odbitych, w sposób kontrolowany; wartość opóźnienia ustawia okno odbioru z możliwością uzyskania pełnej realizacji odbitego sygnału w wybranym oknie czasowym i położenie punktu odniesienia w. Całkuje odebrane próbki odbitego sygnału w wybranym oknie czasowym odbioru N-1 razy, przekształcając N-płatową strukturę czasową sygnału na jednopłatową, zapewniając rozdzielczość pobliskich obiektów badań, a wyniki integracji wykorzystuje do wykrywania obiektów badań, pomiaru i oceny parametrów sygnałów z obiektów badań.