Способ радиолокационного зондирования и устройство "дифференциальный радар" для его осуществления

 

Использование: геофизические методы разведки, в частности подповерхностная радиолокация для выявления и определения местонахождения неоднородностей в массиве горных пород. Сущность изобретения: принимают возбужденный сигнал двумя приемниками. Вычитают из одного принимаемого сигнала другой. Принимаемый сигнал и разность сигналов подвергается масштабно-временному преобразованию и предварительной обработке. Устройство включает блок дифференциального локатора, содержащий передатчик, приемники, фазоинвертор и сумматор. Выходы приемников поданы на входы сумматора, причем одного - через фазоинвертор. Приемные антенны размещены симметрично по отношению к передающей. Технический результат: повышение эффективности исследований. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиолокационной электроразведки с применением импульсных источников возбуждения зондирующих сигналов и может быть использовано для геологических, инженерно-строительных, гидрогеологических и археологических изысканий, а также для поиска пластиковых мин и захоронений.

Известен способ обнаружения неоднородностей в массиве горных пород, основанный на излучении - приеме сигналов с помощью антенн, расположенных по разные стороны рабочего органа, ведущего горные работы, при этом сначала против первой точки массива излучают и принимают сигнал первой антенной, после смещения вместе с рабочим органом напротив этой же точки излучают и принимают сигнал второй антенной (заявка РФ на изобретение N 93016043/25, кл.6: G 01 V 1/00, 29.03.93). Этот способ позволяет определить скорость сигнала, а значит, и выявить неоднородности в вырабатываемом слое, но он не обладает в сравнении с распространенными способами подповерхностного зондирования ни повышенной чувствительностью, ни помехозащищенностью, ни повышенной глубинностью, которые требуются для определения мелких, слабо дифференцированных по электрическим характеристикам неоднородностей, таких, например, как пластиковые мины. Не пригоден он и для изысканий, требующих, как правило, оперативности и минимальных затрат.

Известен способ исследования и определения мощности и свойств расположенных под поверхностью земли слоев без выемки грунта, состоящий в возбуждении акустических колебаний датчиком и приеме эхо-сигналов приемниками, располагаемыми на изучаемой поверхности на известном расстоянии друг от друга, определением разности прихода одной и той же фазы эхо-сигнала на два приемника или пар приемников и вычислением скорости упругой волны (заявка EP N 0295096, кл.4: G 01 V 1/00, 1/30; 14.12.88). Свойства отдельных слоев определяют, используя корреляцию между определенными параметрами (например, сопротивлении сжатию) и скоростью упругой волны для одного и того же вида грунта. Способ не обладает ни повышенной помехозащищенностью, ни повышенной чувствительностью, ни оперативностью в сравнении с другими широко известными сейсмоакустическими методами исследования и поэтому не пригоден для надежной локализации мелких подповерхностных неоднородностей, таких, например, как пластиковые мины.

Известен способ комплексной геофизической разведки, основанный на излучении - приеме радио- и сейсмоакустических сигналов, преобразовании принятых радиосигналов в частоту сейсмоакустических и дальнейшую обработку и регистрацию всех сигналов в единой аппаратно-программной среде (патент RU N 2022301, кл. 5: G 01 V 1/00, 11/00, 30.10.94). Устройство для осуществления способа содержит локатор радара и локатор сонара, подключенные к каналу обработки и регистрации сигналов. Каждый локатор содержит передатчик и приемник сигналов. Способ, обладая повышенной глубинностью, производительностью и информативностью за счет комплексного использования двух методов, основанных на разных по физической сущности параметрах, и специальных приемах снижения мультипликативной помехи преобразования и несингенетичной помехи, тем не менее не позволяет с высокой надежностью выделять локальные неоднородности на фоне больших значений поля.

Наиболее близким по технической сущности является способ и устройство для определения положения границы раздела материалов с различными диэлектрическими свойствами, в частности, в скважине в нефтеносной свите, основанный на излучении двумя антеннами сигналов, сдвинутых по фазе на 180o и принимаемых приемными антеннами, расположенными между передающими антеннами, симметрично и параллельно им (заявка Франции N 2613842, кл.4: G 01 V 3/30, E 21 B 47/04, 14.10.88).

Способ используется для определения мощности нефтяного слоя на водоносном горизонте в скважине. Излучение двух сигналов в противофазе позволяет приемным антеннам в случае однородной среды фиксировать слабый суммарный сигнал. При появлении вблизи одной из передающих антенн границы раздела пород, отличающихся по диэлектрическим свойствам, принимаемый сигнал резко возрастает, причем по его форме можно судить о близости границы раздела к определенной передающей антенне. Однако, хотя и имея несколько расширенный рабочий динамический диапазон из-за снижения величины суммарного прямого сигнала, поступающего на приемную антенну, симметрично расположенную по отношению к передающим, способ не обладает сколько-нибудь повышенной помехозащищенностью. Кроме того, способ не пригоден для работы в гигагерцовом диапазоне, так как одновременное возбуждение излучения с высокой степенью точности в обеих антеннах (десятки пикосекунд) сопряжено со значительными техническими трудностями.

Предлагаемый способ лишен указанных недостатков за счет того, что приемные антенны размещают симметрично относительно передающей антенны на известном расстоянии от нее так, чтобы центры всех антенн находились в плоскости, ортогональной поверхности зондирования, а из сигнала, принимаемого одной антенной, вычитают сигнал, принимаемый другой антенной, и полученную разность и один из сигналов подают в канал обработки и регистрации.

Причем можно использовать варианты размещения антенн, когда передающую антенну размещают между поверхностью зондирования и приемными антеннами, или приемные антенны размещают между поверхностью зондирования и передающей антенной, или приемные антенны размещают по обе стороны передающей.

Разностный сигнал в нормальном, не искаженном неоднородностями поле стремится к нулю, и усиление тракта разностного сигнала, а значит, и чувствительность могут быть значительно увеличены в сравнении с усилением тракта, принимающего эхо-сигнал без перегрузки. Из этого следует, что градиенты разностного сигнала могут быть значительно выше, чем эхо-сигнала, и точность установления местоположения локальной неоднородности по разностному сигналу возрастает, тем более, что центр неоднородности фиксируется весьма устойчивой характеристикой - переходом кривой через ноль.

В значительной мере расширяет диапазон и повышает чувствительность метода эффективное подавление помех как "дальней зоны" (атмосферики, антропогенные помехи), так и некоторые виды помех "ближней зоны", например помеха тактирования или помеха "пролезания" зондирующего сигнала по цепям приемника, то есть все помехи, одновременно и равно воздействующие на оба приемника, весьма значительно подавляются в разностном сигнале, позволяя повысить его динамический диапазон и информативность. Причем чем совершеннее идентичность приемных трактов при размещении антенн приемников симметрично передающей, тем выше подавление одинаково воздействующих на приемные тракты помех, тем шире динамический диапазон, тем чувствительнее способ к приповерхностным локальным неоднородностям. При приближении дифференциального локатора (блока приемно-передающих антенн) к такой неоднородности отраженный от нее сигнал воздействует на приемные антенны не одинаково в силу разного расстояния между неоднородностью и приемными антеннами, появляется отличный от нуля разностный сигнал, который может быть значительно усилен, т.е. стать контрастнее в силу того, что аддитивная помеха в таком канале значительно ниже и рабочий динамический диапазон также расширен за счет снижения уровня шума. Кроме того, наличие двух приемных антенн, симметричных передающей, позволяет осуществить "стереовидение", то есть получить объемное изображение.

Все это в значительной мере повышает эффективность нахождения локальных слабых аномалий, какие вызываются, например, пластиковыми минами.

Размещение антенн в плоскости ортогональной поверхности зондирования (причем приемные антенны расположены по обе стороны от передающей, а только так их и можно разместить, исходя из требования симметрии приемных антенн передающей) и получение одномоментного разностного сигнала эквивалентно методу вычитания полей, так как для дальней от поверхности зондирования приемной антенны эхо-сигнал приходит с некоторым отставанием, то есть с меньшей глубины. Получается как бы послойное зондирование, причем ширина слоя определится как произведение эффективной скорости электромагнитной волны в исследуемой среде и времени отставания, определяемом как частное от деления расстояния между приемными антеннами на скорость электромагнитной волны в воздухе.

Кроме того, такое расположение антенн наиболее значительно обостряет главный максимум характеристики направленности локатора, что сужает границы принципа эквивалентности, повышая разрешение и чувствительность метода.

Известно устройство, содержащее активный вибратор и пассивные вибраторы (патент RU N 2022425, кл. 5: H 01 Q 3/04; 30.10.94). Пассивные вибраторы предназначены для обеспечения распределения фаз токов в антенне, необходимого для продольного излучения. Они выполнены в виде металлических трубок одинакового диаметра и расположены по разные стороны активного вибратора на одинаковом расстоянии 0,15 - 0,20 рабочей длины волны. Один пассивный вибратор несколько больше, а другой - несколько меньше рабочей длины полуволны, играя роль директора и рефлектора для приемного (активного) вибратора и повышая чувствительность антенны. Однако эти пассивные вибраторы не несут никакой дополнительной функциональной нагрузки, превращая приемную антенну в довольно громоздкое устройство, малопригодное для использования в полевых мобильных устройствах. Прием сигналов такой антенной не защищен от помех.

Известное устройство по заявке Франции N 2613842 (кл.4: G 01 V 3/30, E 21 B 47/04; 14.10.88) является наиболее близким по технической сущности. Это устройство содержит два синхронных передатчика, излучающих высокочастотные электромагнитные импульсы в противофазе и приемник, выход которого подключен к каналу обработки и регистрации. Антенны передатчиков расположены симметрично относительно антенны приемника и в одной с ней плоскости, параллельной поверхности исследования. При работе устройства в однородной среде принимаемый суммарный от обоих передающих антенн сигнал близок нулю, что несколько расширяет верхнюю границу динамического диапазона устройства. При появлении на профиле исследования (стенке скважины) неоднородности баланс разностного излучаемого сигнала резко нарушается и приемный сигнал становится аномально различимым. Однако устройство не позволяет получить снижение нижней границы динамического диапазона, определяемой уровнем помех, и поэтому чувствительность устройства посредственная. Кроме того, в устройстве не предусмотрено увеличение максимума характеристики направленности его локатора зондирования, что не позволяет в заметной мере повысить эффективность геофизических исследований.

Предлагаемое устройство лишено указанных недостатков и обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики за счет того, что в устройстве, содержащем одну передающую, две приемные вибраторные антенны и канал обработки и регистрации с подключением выходов приемных антенн к каналу обработки и регистрации, введены фазоинвертор и сумматор, причем выходы одной приемной через фазоинвертор, а другой приемной антенны - напрямую поданы на вход сумматора, а выход сумматора и одной приемной антенны подключены на входы канала обработки и регистрации, что значительно раздвигает границы динамического диапазона за счет уменьшения в канале обработки суммарного прямого принимаемого антеннами излучаемого сигнала и снижения уровня синфазных помех. В силу симметричности расположения антенн является несущественным, какая именно из приемных антенн подключена напрямую к каналу обработки, так как наличие разностного сигнала позволяет восстановить первоначальный сигнал другой антенны. Кроме того, расположение антенн позволяет значительно обострить максимум характеристики направленности.

Приемные антенны должны быть размещены симметрично относительно передающей антенны, параллельно передающей антенне на известном расстоянии от нее, причем центры всех антенн расположены в плоскости ортогональной поверхности зондирования. Как вариант, приемные антенны могут быть размещены симметрично относительно передающей антенны, параллельно передающей антенне, на известном расстоянии от передающей антенны и в одной плоскости с передающей антенной, ортогональной поверхности исследования.

Задачи, подобные поиску пластиковых мин, требуют высокой эффективности съемки. А это, в свою очередь, требует кроме повышения частоты зондирующего сигнала, увеличение его направленности и расширения динамического диапазона устройства, так как с ростом частоты зондирующего сигнала сильно возрастает затухание высокочастотного радиосигнала в грунте. Кроме того, появляется требование различения материала локальной неоднородности, то есть установления, является ли отражающая неоднородность камнем, корневищем дерева, пластиком или металлом. И это, в свою очередь, означает необходимость повышения метрической точности измерения поля, высокого уровня подавления помех, высокой точности локализации аномалии. Метод вычитания полей отвечает именно этим требованиям. И его применение переводит метод подповерхностного зондирования по отношению к информативности интерпретации материалов зондирования из качественного метода в метод количественный, что означает в том числе, что по профилю зондирования можно будет получить глубинный разрез диэлектрической проницаемости.

Повышение эффективности выделения локальных неоднородностей вблизи поверхности исследуемого массива включает следующее: - повышение метрической точности метода, - снижение уровня помех, - повышение точности локализации аномалии.

1. Повышение метрической точности измерения поля напрямую связано с динамическим диапазоном измерительного устройства. Поэтому возможность точного измерения небольшого приращения сигнала на фоне мощного зондирующего сигнала позволяет именно метод вычитания полей. В однородном пространстве выходной сигнал разности принимаемых сигналов двумя одинаковыми приемными симметрично расположенными по отношению к передающей антеннами близок к нулю, и усиление приемного канала можно сделать высоким. При перемещении по профилю в плоскости, проходящей через центры симметрии антенн, и появлении вблизи одной из антенн неоднородности даже небольшая аномалия отраженного сигнала проявится весьма контрастно.

2. Высокий уровень подавления помех генетически связан с дифференциальным методом измерения. По отношению к источнику возникновения все помехи можно разделить на помехи дальней и ближней зоны. К помехам дальней зоны относятся наиболее мощные помехи антропогенного свойства, атмосферики, импульсное ЭМИ (электромагнитное излучение, связанное с тектоническими процессами земной коры) и некоторые другие. Эти помехи подавляются дифференциальным локатором весьма эффективно, так как их воздействие на обе приемные антенны одинаково. Кроме того, эффективно подавляются и некоторые помехи ближней зоны, такие, например, как помеха "пролезания" зондирующего сигнала, помехи, связанные с погрешностью стробирования, и другие, относимые к помехам тактирования.

3. Высокая точность локализации аномалии также является свойственной для дифференциальных методов, так как центр аномалии фиксируется переходом через ноль регистрируемого сигнала с более высоким градиентом в сравнении с градиентом принятого эхо-сигнала, что повышает контрастность аномалии. Кроме того, способу присуще обострение главного максимума характеристики направленности антенн, которое достигается тем, что приемные антенны во время излучения зондирующего сигнала играют роль пассивных вибраторов с индуктивным характером входного сопротивления, являясь рефлекторами для передающей антенны, а передающая антенна обладает входным сопротивлением емкостного характера, т.е. играет роль директора во время приема отраженного сигнала для случая, когда передающая антенна находится между приемными антеннами и поверхностью зондирования. Или для случая, когда приемные антенны находятся между передающей антенной и поверхностью зондирования, приемные антенны могут выполнять роль пассивных вибраторов с емкостным характером входного сопротивления, т.е. играют роль директора для передающей антенны в момент излучения зондирующего сигнала, а передающая антенна обладает входным сопротивлением индуктивного характера, т.е. играет роль рефлектора для приемных антенн во время приема отраженного сигнала. В обоих случаях главный максимум характеристики направленности локатора обостряется и расщепляется в плоскости исследования, становясь "двугорбым" и обостряя чувствительность дифференциальных исследований. Предусмотрено также параллельное расположение всех антенн в одной плоскости, ортогональной поверхности исследования, причем приемные антенны расположены симметрично относительно передающей антенны, т. е. одна приемная антенна расположена между передающей антенной и поверхностью исследования, а вторая - симметрично ей по отношению к передающей. В этом случае значительно обострение главного максимума характеристики направленности локатора, так как одна приемная антенна играет роль директора, а другая - рефлектора для передающей антенны, а передающая антенна является рефлектором для одной и директором для другой приемных антенн.

Сущность изобретения отражена на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 приведены варианты схем размещения передающей и приемных антенн локатора радара и их условно-схематические характеристики направленности.

Примером реализации способа служит устройство подповерхностного зондирования, блок-схема которого приведена на фиг. 1.

Предлагаемое устройство содержит дифференциальный локатор радара, содержащий передающую вибраторную антенну 1, идентичные приемные антенны 2 и 3 также вибраторного типа, которые расположены симметрично и параллельно передающей антенне и на заданном расстоянии от нее. Выходы приемной антенны, одной через фазоинвертор 4, а другой - напрямую поданы на входы сумматора 5. Выходы сумматора и одной из приемной антенн поданы на соответствующие входы канала обработки и регистрации 6.

Блок дифференциального локатора радара на фиг. 2 представляет собой передающую 7 и размещенные симметрично относительно передающей две приемные 8 и 9 вибраторные антенны. Вибраторы изготовлены из металлических трубок одинакового диаметра и близкой длины.

Передающая антенна на фиг. 2а) располагается между поверхностью исследования и приемными антеннами на одинаковом расстоянии от каждой приемной антенны в 0,2 - 0,3 длины передающей антенны. Обе приемные антенны располагаются в плоскости параллельной поверхности исследования и передающей антенне. Размеры приемных антенн одинаковы и составляют каждая 1,04 - 1,1 длины передающей антенны - l. Таким образом, антенны как бы образуют равнобедренную призму треугольного сечения, располагаясь в ребрах этой призмы.

Приемные антенны на фиг. 2б) располагаются между поверхностью исследования и передающей антенной на одинаковом от передающей антенны расстоянии в 0,2 - 0,3 ее длины. Размеры приемных антенн одинаковы и составляют каждая 0,9 - 0,96 длины передающей антенны.

Приемные антенны на фиг. 2в) располагаются в одной плоскости с передающей антенной, параллельно ей, и по обе стороны так, что одна находится между поверхностью исследования и передающей антенной. Расстояние между передающей и приемной антеннами составляет 0,2 - 0,3 длины передающей антенны, а размер ближайшей к поверхности исследования приемной антенны составляет 0,9 - 0,96 длины передающей антенны, а длина второй приемной антенны составляет 1,04 - 1,1 длины передающей.

Принцип обострения главного максимума характеристики направленности антенны заключается в следующем.

Известно, что для обеспечения требуемого для антенны продольного излучения фазового распределения нужно подобрать фазы входного сопротивления вибраторов.

Фаза тока рефлектора должна быть опережающей (положительной). Для обеспечения этого реактивная часть входного сопротивления должна быть положительной (иметь индуктивный характер). Из теории симметричного вибратора известно, что положительную реактивную составляющую входного сопротивления имеет симметричный вибратор длиной 2 l > 1/2 (l - длина плеча вибратора, - длина возбужденной волны), т.е. больше первой резонансной длины.

Очевидно, что входное сопротивление директора должно иметь отрицательную фазу. Это означает, что реактивная составляющая входного сопротивления должна иметь отрицательный знак (должна иметь емкостной характер). Входное сопротивление емкостного характера имеет симметричный вибратор длиной 2 l < 1/2 (меньше первой резонансной длины).

Таким образом, чтобы обеспечить в блоке локатора использование приемных антенн в качестве рефлекторов для излучаемого зондирующего сигнала, они должны быть длиннее полуволны (больше первой резонансной длины), а директор для принимаемого отраженного сигнала - короче полуволны. Длина вибраторов, необходимая для рефлектора, 0,52 , а для директора - 0,48 . Учитывая, что при ударном возбуждении симметричного вибратора длина полуволны 1/2 сигнала для случая излучения в воздухе приблизительно равна длине вибратора 2 l, а вблизи границы с реальными электрическими параметрами длина полуволны возбуждаемого сигнала несколько превышает длину вибратора передающей антенны, то, если длина вибраторов приемных антенн будет превышать длину вибратора передающей антенны более чем в 1,04 раза, будут соблюдены условия, при которых вибраторы приемных антенн будут играть роль рефлекторов во время излучения зондирующего импульса и вибратор передающей антенны будет являться директором для приемных антенн во время приема отраженного сигнала.

Схематическая характеристика направленности локатора на фиг. 2а) характеризуется расщепленным, "двугорбым" главным максимумом направленности. При превышении на 5% длины приемной антенны, играющей роль рефлектора, величины передающей антенны, выполняющей роль директора, и расстояния между ними в 0,2 или 0,4 l коэффициент усиления превышает 2,5, а входное сопротивление антенны составляет около 60 Ом.

Схематическая характеристика на фиг. 2б) мало отличается от предыдущей, однако для цели локализации пластиковых мин этот локатор предпочтительнее, т. к. спектр зондирующих импульсов более стабилен из-за меньшего влияния на передающую антенну изменяющихся электрических параметров зондируемой среды. Да и главный максимум более обострен. При расстоянии между передающей антенной и приемными в 0,15 или 0,3 l и превышении на 5% передающей антенной длины приемной антенны коэффициент усиления составляет 3,0, а входное сопротивление - 25 Ом.

Схематическая характеристика направленности локатора на фиг. 2в) представляет собой значительно обостренный главный максимум характеристики направленности локатора, так как направленность излучения передающей антенны формируется директором и рефлектором, роль которых играют приемные антенны, и направленность приема определяется для одной приемной антенны двумя директорами, роль которых играют передающая и вторая приемная антенны, и для другой приемной антенны - двумя рефлекторами, роль которых играют передающая и первая приемная антенны. Для этого локатора коэффициент усиления передающей антенны около 6-ти, а сопротивление - около 10 Ом. Усиление приемных антенн несколько ниже и сопротивление - около 15-20 Ом. Здесь и ранее коэффициент усиления понимается как величина принятого и переданного сигнала по отношению к принятому и переданному сигналу аналогичным вибратором без директоров и рефлекторов. Главный максимум характеристики направленности в этом варианте устройства заметно выше, чем в первом случае, однако это устройство менее эффективно для поиска пластиковых противопехотных мин из-за сужения рабочего динамического диапазона в сравнении с первым вариантом устройства, зато обладает значительной эффективностью при решении задач поиска более заглубленных мин противотанковой направленности, поиска захоронений тел в снежных лавинах и разрушенных сооружениях, задачах геологического картирования и им подобным.

Из вышесказанного вытекает, что применение метода подповерхностного зондирования, использующего принципы метода вычитания полей, позволяет повысить эффективность поиска локальных неоднородностей в горном массиве за счет повышения метрической точности и значительного снижения помех, а также за счет повышения точности локализации аномалии с использованием принципа обострения главного максимума характеристики направленности антенн.

Устройство работает следующим образом. При излучении передающей антенной зондирующего сигнала, он по воздуху распространяется на приемные антенны и до поверхности зондирования (дневной поверхности земли), частично проникает под поверхность, а частично отражается от поверхности и воспринимается приемными антеннами. Проникнув под дневную поверхность и встретив отражающую поверхность (границу между материалом, веществом, породой, отличными по электрическим параметрам - диэлектрической проницаемости и электрической проводимости), зондирующий сигнал снова частично отразится, частично проникнет через отражающую поверхность (границу) и т.д. Отраженные сигналы также воспринимаются приемными антеннами. До тех пор пока принимаемые сигналы по интенсивности равны в каждый момент времени, а приемные тракты идентичны по усилению, задержке, динамическому и частотному диапазону, на выходе приемных антенн будут два одинаковых сигнала, и если вычесть один из другого, например, подав один сигнал на фазоинвертор и затем на сумматор и на сумматор же подав неинвертированный сигнал второй антенны, то результирующий сигнал будет близок нулю. То есть в случае плоских отражающих границ, параллельных плоскости приемных антенн, такой локатор будет выдавать нулевой сигнал, и по принципу действия является дифференциальным. При появлении искажения поля сигнал дифференциального локатора будет отличным от нуля. В случае присутствия на профиле исследования подповерхностной, даже слабо дифференцированной по электрическим параметрам в сравнении со вмещающей средой локальной неоднородности, искажение нормального поля сначала проявится на ближайшей к неоднородности приемной антенне, и на выходе устройства появится изменение выходного сигнала.

Затем при перемещении по профилю исследований искажение поля (аномалия) расположится симметрично по отношению к антеннам, и в этом случае сигналы в приемных трактах снова уравняются и будет зафиксирован так называемый "переход через ноль". При дальнейшем перемещении по профилю воздействие искажения поля на вторую приемную антенну будет значительнее, и в канале обработки появится сигнал противоположный по знаку сигналу первого возмущения. То есть выходной сигнал устройства будет представлять типичную производную аномальной кривой, и интегрирование позволит восстановить аномальную кривую.

Вообще говоря, дифференцирование не изменяет градиенты. Но это справедливо для одного и того же масштаба. Масштаб, то есть коэффициент усиления для разностного сигнала, а следовательно, и чувствительность можно значительно увеличить, так как рабочий диапазон тракта разностного сигнала расширен за счет снижения уровня помех (практически снижаются все помехи, равно воздействующие на обе приемные антенны), определяющие нижнюю границу динамического диапазона, и значительно снижается уровень прямого зондирующего сигнала (поступающего непосредственно по воздуху на приемные антенны), и определяющего верхнюю границу коэффициента усиления устройства. Расширение динамического диапазона позволяет повысить чувствительность, и локальная неоднородность будет фиксироваться изменением с высокими градиентами выходного сигнала, переход через ноль которого будет соответствовать возмущающему центру аномалии.

Предусмотрен также вариант устройства с параллельным расположением всех антенн в одной плоскости, причем одна приемная антенна расположена между передающей антенной и поверхностью зондирования. В этом случае обострение главного максимума характеристики направленности локатора значительно, так как одна приемная антенна играет роль директора, а другая - рефлектора передающей антенны, а передающая антенна является рефлектором для одной и директором для другой приемных антенн. При работе с этим устройством происходит как бы двухуровневое зондирование, так как эхо-сигнал приходит на дальнюю приемную антенну с "опозданием", то есть с меньшей глубины в сравнении с ближней к поверхности зондирования приемной антенной. При излучении зондирующего сигнала он поступает на обе приемные антенны одновременно в силу симметричности их расположения по отношению к передающей антенне, а эхо-сигнал поступает на дальнюю приемную антенну с некоторой задержкой, равной времени прохождения электромагнитной волны между двумя приемными антеннами. Вычитание из одного эхо-сигнала другого, имеющего задержку, определяет ту послойность исследования, которая присуща методу вычитания полей в низкочастотной электроразведке. Причем разрешение способа при этом не зависит от глубины исследования и определяется только произведением времени прохождения расстояния в воздухе между двумя приемными антеннами электромагнитной волной (временем задержки сигнала) и эффективной скорости в исследуемой среде. С учетом того, что чувствительность тракта разностного сигнала значительно выше тракта эхо-сигнала, общая чувствительность способа также выше, чем способа, основанного на приеме эхо-сигнала.

Результаты полевых испытаний опытного образца на макетах мин и при геологическом картировании подтвердили вышеуказанные преимущества и эффективность.

1. Способ радиолокационного зондирования, основанный на возбуждении и приеме зондирующих импульсных радиолокационных сигналов с взаимно симметричным и параллельным расположением приемных и передающих антенн, передаче принимаемых сигналов в канал обработки и регистрации, отличающийся тем, что располагают приемные антенны симметрично передающей антенне так, чтобы центры всех антенн находились в плоскости ортогональной поверхности зондирования, и передающую антенну размещают между поверхностью зондирования и приемными антеннами, или приемные антенны размещают между поверхностью зондирования и передающей антенной, или приемные антенны размещают по обе стороны передающей, а из сигнала, принимаемого одной антенной, вычитают сигнал, принимаемый другой антенной, и полученную разность и один из сигналов подают в канал обработки и регистрации.

2. Устройство радиолокационного зондирования "Дифференциальный радар", содержащее передающие и приемные антенны и канал обработки и регистрации, причем выходы приемных антенн подключены к каналу обработки и регистрации, отличающееся тем, что в него введены фазоинвертор и сумматор, причем выходы одной приемной антенны через фазоинвертор, а другой - напрямую поданы на вход сумматора, и выход сумматора и одной приемной антенны подключены на входы канала обработки и регистрации.

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электромагнитным методам, геофизической разведки нефтяных и газовых месторождений и может быть использовано при прямых поисках нефтегазовых месторождений

Изобретение относится к технике обнаружения инородных образований в почве, а конкретно мин, в частности противопехотных

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях

Изобретение относится к области сейсмологии и может найти применение в национальных системах наблюдения и обработки данных геофизических измерений для прогнозирования землетрясений

Изобретение относится к геофизическим способам исследования природных сред и может быть успешно использовано в области инженерной геологии

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для выявления и оконтуривания скоплений глины, опасных по прорывам в горные выработки, при разработке мощных крутопадающих угольных пластов и пластообразных рудных залежей, перекрытых на выходах связными глинистыми отложениями, обрушивающимися в выработанное пространство

Изобретение относится к области геофизики и может быть применено для поиска электромагнитных предвестников землетрясений

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для использования в службах прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек

Изобретение относится к области геологоразведочных работ, а именно к способам поиска нефтяных и газовых месторождений

Изобретение относится к области высокочастотной геоэлектроразведки методом радиоволнового зондирования приповерхностных частей геологических разрезов

Изобретение относится к подповерхностной радиолокации, а именно к средствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в конденсированных средах

Изобретение относится к геофизике, а именно к технике высокочастотного контроля, и может использоваться для геоэлектроразведки подповерхностного слоя почвы или массива горных пород при проведении земляных работ с целью выявления различных неоднородностей, повреждающих рабочие органы землеройной техники

Изобретение относится к области исследования физических явлений, происходящих в околоземном космическом пространстве на высотах внешней ионосферы, и может быть использовано для прогнозирования в сейсмологии, нефтегеологии, в гидрогеологии явлений, связанных с зонами геодинамических напряжений

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам геоэлектроразведки с использованием электромагнитных волн высокой частоты, и может быть использовано при разведке полезных ископаемых, а также для поиска инженерных коммуникаций и других скрытых неоднородностей в исследуемом подповерхностном слое земной поверхности

Изобретение относится к способам, которые могут быть использованы в геофизической разведке и при поиске погребенных объектов в условиях экстремальных ситуаций

Изобретение относится к геофизике горного дела и может быть использовано при электроразведочных работах и исследованиях электромагнитных полей, излучаемых горными породами при их разрушении, а также в горной промышленности для прогноза динамических проявлений в массиве горных пород при изменении его напряженно-деформированного состояния

Изобретение относится к области геофизики, в частности к геофизическим методам исследования скважин, и может быть использовано при изучении земной коры, для выявления зон геологических осложнений при бурении глубоких скважин, для решения задач инженерной геологии

 

Наверх