Rezolucija radara po koordinatama određuje cjelovitost informacija o zračnoj situaciji u prisutnosti velikog broja ciljeva (točkastih i raspoređenih) u području radarskog pokrivanja i utječe na sposobnost radara da otkrije grupni sastav ciljeva, kao i otpornost radara na pasivne smetnje.
Pod rezolucijom radara na bilo kojoj koordinati podrazumijevamo takvu minimalnu razliku u zadanoj koordinati za dva cilja kada se njihove druge koordinate podudaraju, pri čemu se ciljevi promatraju odvojeno.
Ova definicija općenito nije stroga budući da pokazatelji kvalitete razlučivosti nisu navedeni. U stvarnim uvjetima, kada su procesi radarske detekcije i rezolucije popraćeni interferirajućim šumom, potrebno je govoriti o statičkoj rezoluciji, tj. na razlučivosti ciljeva s danom vjerojatnošću ili prihvatljivim smanjenjem kvalitete detekcije.
Pravi se razlika između potencijalne i stvarne rezolucije.
Potencijalna razlučivost karakterizira najveću moguću razlučivost i određena je omjerom signala i šuma i duljinom dijela tijela nesigurnosti (dvodimenzionalna autokorelacijska funkcija) signala radarske sonde prema parametru razlučivosti. Što je veći omjer signala i šuma i što je manji opseg nesigurnosti u odgovarajućem parametru, to je veća, uz sve ostale uvjete, veća potencijalna rezolucija radara.
Stvarna rezolucija uvijek je gora od potencijalne. Čimbenici koji smanjuju rezoluciju uključuju:
neoptimalna struktura radarskih prijamnika sa stajališta rješavanja problema rezolucije signala;
ograničenje signala zbog nedovoljnog dinamičkog raspona prijamnog puta;
ograničena rezolucija koordinatnih mjernih uređaja.
Poznate sheme za optimalnu (koordiniranu) obradu radarskih signala temelje se na operaciji izračuna korelacijskog integrala (modularne vrijednosti)
ovdje je kompleksna amplituda ispitnog signala;
Kompleksna amplituda očekivanog signala, uzimajući u obzir kašnjenje i zbrajanje Dopplerove frekvencije, predznak minus u eksponentu uzima u obzir da je pri radijalnoj brzini (cilja koja se udaljava) frekvencija reflektiranog signala manja od frekvencije sondiranja signal.
Općenito, veličina primljenog signala je zbroj kompleksnih amplituda signala i smetnje:
gdje su i prave vrijednosti kašnjenja i Doplerove frekvencije korisnog signala. Uzimajući u obzir (3.10), modul (3.9) se svodi na modul zbroja dviju kompleksnih veličina
Prva veličina za neslučajnu amplitudu signala nije slučajna i izražava se integralom ovisnim o signalu:
Drugi je nasumična varijabla, što je manji to je smetnja slabija, a izražava se integralom:
Integral signala (3.12) i njegova modularna vrijednost funkcije su razlika između očekivanog i stvarnog vremena kašnjenja, očekivane i stvarne Dopplerove frekvencije.
Izračunajmo funkciju. Da bismo to učinili, promijenimo varijablu u integralu (3.12) i izbacimo faktor iz predznaka integrala. Zamjena modula umnoška umnoškom modula, gdje
Funkcija se naziva dvodimenzionalna autokorelacijska funkcija signala. Ovisi o njegovim argumentima razlike, a ne ovisi o vrijednostima i. Osim toga, funkcija ovisi o vrsti složene ovojnice koherentnog signala.
Poput dijagrama zračenja antene, autokorelacijske funkcije signala mogu se normalizirati. Jer
gdje je onda energija signala
Funkcija se naziva normalizirana dvodimenzionalna autokorelacijska funkcija signala.
Slika dvodimenzionalne autokorelacijske funkcije signala za radioimpuls zvona s konstantnom trenutnom frekvencijom prikazana je na slici 3.24.
Sl.3.24. Slika dvodimenzionalne autokorelacijske funkcije signala
Razmotrimo svojstva autokorelacijske funkcije signala:
svojstvo centralne simetrije;
vrijednost je unutar , ;
svaki odjeljak je ravnina s fiksnim vrijednostima i može se smatrati izlazom korelacijskog kruga optimalne obrade ili optimalnog filtra kada primaju signal bez smetnji, čiji se parametri (vrijeme kašnjenja i frekvencija) razlikuju od očekivanih prema i, respektivno.
Analogno s (3.16) možemo napisati
gdje je kompleksni amplitudno-frekvencijski spektar signala.
Presjek okomitom ravninom, proizlazi iz (2.17), opisuje se izrazom
i je Fourierova transformacija kvadrata amplitudno-frekvencijskog spektra signala. Uz ograničenu širinu spektra signala, ovaj presjek ima oblik impulsa s trajanjem (sl. 3.25.), koji se u literaturi naziva mjera rezolucije u smislu vremena kašnjenja (raspona).
Sl.3.25. Presjek normalizirane dvodimenzionalne ACF ravnine
Razmotrimo problem rješavanja signala u vremenu (po rasponu) analizom signala na izlazu optimalnog filtra.
Neka se pravokutni impulsi reflektirani od koncentriranih sekundarnih emitera bez intrapulsne modulacije optimalno obrade i pomaknu u vremenu za
gdje je udaljenost između sekundarnih emitera. Na slici 3.26. prikazane su ovojnice izlaznih impulsa optimalnog filtera.
Veličina minimalnog intervala određena je mogućnošću odvojenog promatranja susjednih impulsa. U slučaju koji razmatramo, kao uvjetnu vremensku rezoluciju možemo uzeti vrijednost pri kojoj maksimum ovojnice signala reflektiran od jedne mete odgovara nultoj vrijednosti ovojnice impulsa od druge. Prema tome, mjera razlučivosti raspona se naziva .
Sl.3.26. Omotnice reflektiranih radijskih impulsa od dva cilja blizu dometa
Dakle, potencijalna razlučivost dometa radara određena je kao
a ovisi o širini spektra signala.
Potencijalna rezolucija u kutnim koordinatama određena je širinom dijagrama zračenja antene u odgovarajućoj ravnini na razini polovične snage.
Da bi se povećala potencijalna rezolucija, potrebno je, kao i kod mjerenja kutnih koordinata, povećati omjer signala i šuma na ulazu mjernog uređaja (povećati energiju sondirajućeg signala, a time i reflektiranog signala), tj. kao i smanjiti kutne dimenzije dijagrama zračenja antene. Ovo posljednje, uz konstantne dimenzije antene, postiže se smanjenjem valne duljine (povećanjem nosive frekvencije) sondirajućeg signala.
Generalizirana mjera razlučivosti pulsirajućeg radara u smislu dometa i kutnih koordinata je pulsni volumen unutar kojeg se ciljevi ne razlučuju.
Obično se vjeruje da je volumen impulsa ograničen širinom donjeg snopa na pola snage i dugo (Sl. 3.27.), gdje je trajanje impulsa na izlazu optimalnog kruga obrade.
Sl.3.27. Volumen radarskog pulsa
Što je širi spektar sondirajućeg pulsa (manji ) i uži donji snop (manji ), to je manji volumen pulsa i veća razlučivost radara.
Razrješavanje ciljeva brzine moguće je korištenjem koherentnog niza reflektiranih signala, budući da ima diskretni spektar (o ovom problemu detaljnije će se govoriti u nastavku). Brzinska rezolucija je frekvencijska rezolucija, gdje je broj impulsa u nizu, a period ponavljanja impulsa.
Što je veća rezolucija brzine (frekvencije), dulje je trajanje snopa impulsa.
Izum se odnosi na područje radarskih detekcija korištenjem pojedinačnih ultraširokopojasnih (UWB) impulsnih signala i može se koristiti pri ispitivanju nekoliko obližnjih objekata, na primjer slojeva asfaltnog kolnika. Metoda se sastoji u emitiranju N-lobe sondirajućeg radiopulsa, kontinuiranom primanju reflektiranog signala, njegovom integriranju N-1 puta u odabranom vremenskom prozoru, otkrivanju i evaluaciji signala iz predmeta proučavanja. Ostvareni tehnički rezultat izuma je povećanje točnosti rezolucije UWB detekcije. 6 ilustr.
Nacrti za RF patent 2348945
Izum se odnosi na područje radarskih detekcija korištenjem ultraširokopojasnih (UWB) pulsnih signala s trajanjem T i može se koristiti pri sondiranju nekoliko objekata, udaljenost između kojih je L usporediva sa sT, gdje je c brzina svjetlosti u mediju , tj. u uvjetima u kojima se signali reflektirani od nekoliko objekata proučavanja preklapaju. Ovaj problem nastaje npr. kod sondiranja podzemnih slojeva tla, posebno višeslojnih asfaltnih površina.
Poznato je, str.24, da svaki signal S(t) koji može emitirati antena mora zadovoljiti uvjet: 
uključujući jednostruki UWB radarski sondirajući signal.
Kada se koristi UWB radarsko detektiranje nekoliko obližnjih istraživačkih objekata, javlja se problem razlučivanja signala primljenih od jednog i drugog objekta. Ovaj problem je pogoršan prisutnošću smetnji, nesavršenom opremom za odašiljanje i prijem i mnogim drugim čimbenicima.
Tradicionalni način prethodne obrade radarskog signala reflektiranog od objekta proučavanja je njegova detekcija - odabir niskofrekventne funkcije - amplitudne (kompleksne) ovojnice radiopulsa. Pri radu s UWB signalima, omotnica amplitude UWB signala dobivena pomoću Hilbertove transformacije ne odražava uvijek ispravno značajke njegovog oblika str.17. U ovom slučaju, potencijalno visoka razlučivost UWB signala nije ostvarena.
3. Patent FR 2626666.
4. Teorijska osnova radar / ur. V.E. Dulevich. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 str.
ZAHTJEV
Metoda za povećanje razlučivosti ultraširokopojasnog radarskog očitavanja, koja se sastoji u emitiranju N-lobe sondirajućeg radijskog pulsa, gdje je N = 2, 3, 4, 5..., neprekidnog primanja reflektiranih signala u odabranom vremenskom prozoru, otkrivanja signale iz predmeta proučavanja, mjerenje i procjenu parametara signala reflektiranih od predmeta proučavanja, karakterizirano time da se ispitivanje objekta proučavanja radijskim impulsom s N-režnjem provodi opetovano; pri primanju reflektiranih signala, može se kontrolirati vrijednost kašnjenja postavlja prozor prijema s mogućnošću dobivanja cjelokupne implementacije reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru i položaj referentne točke u Integrira primljene uzorke reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru prijema N-1 puta, pretvarajući vremensku strukturu signala s N-režnjem u jednostruku, osiguravajući rezoluciju obližnjih objekata proučavanja i koristi rezultate integracije za otkrivanje objekata proučavanja, mjerenje i procjenu parametara signala iz predmeta proučavanja.
Uvod.
1. Teorijske osnove radara za prodor zemlje.
1.1 Fizičke osnove za konstrukciju i rad radara za podzemnu sondu.
1.2 Obnavljanje karakteristika okoliša koji se proučava korištenjem geo-radiolokacijskih metoda.
1.3 Proračun dijagrama usmjerenja električnog i magnetskog dipola na granici dvaju medija.
1.4 Procjena maksimalnog dometa (dubine detekcije) radara i njegove rezolucije.
1.5 Utjecaj karakteristika medija na strukturu reflektiranog signala.
2 Obrada radarskih podataka.
2.1 Oblik pulsa sondiranja.
2.2 Oblik reflektiranih signala.
2.3. Metode detekcije i procjene parametara reflektiranih signala.
2.4 Metodologija izrade programa za prikupljanje, obradu i vizualizaciju georadarskih podataka.
3 Tehnike snimanja tla prirodne sredine i njihovu praktičnu primjenu.
3.2 Metodologija odabira GPR karakteristika za rješavanje problema.
3.3 Metodologija prepoznavanja objekata na radargramu.
33.4 Značajke radijskog sondiranja slatkovodnih vodenih tijela s površine vode i leda.
3.5 Eksperimentalno ispitivanje metode sondiranja vodnih tijela.
3.6 Metodologija korištenja georadara u terenskoj arheologiji.
3.7 Značajke korištenja georadara u građevinarstvu.
4 Značajke provođenja eksperimenata i obrade podataka iz podpovršinskog sondiranja tla planeta s broda svemirska letjelica.
4.1 Planiranje eksperimenta za ispitivanje površine Fobosa.
4.2 Rezultati obrade podataka s orbitalnog radara Marsis u misiji Mars Express.
Uvod u disertaciju (dio sažetka) na temu “Metode izvođenja eksperimenata radarskog podpovršinskog sondiranja Zemlje i terestričkih planeta”
Relevantnost rada
Podpovršinski radar je, očito, najproduktivnija i tehnološki najnaprednija među ostalim geofizičkim metodama koje se koriste za rješavanje inženjersko-geoloških, hidrogeoloških, ekoloških, geotehničkih i planetoloških problema. Područja primjene geodetskih radara trenutno se stalno šire. S poboljšanjem tehnologija proizvodnje opreme i pojavom moćnijih algoritama i sredstava za obradu radarskih podataka, zemaljski radar postaje jedan od najvažnijih uređaja za ispitivanje bez razaranja.
U istraživanju svemira ovaj trenutak podzemno radiosondiranje praktički je jedino dostupno sredstvo određivanja unutarnja struktura svemirska tijela Glavni problem leži u specifičnosti ultraširokopojasnih (UWB) signala i ultrakratkih impulsa koji se koriste u praksi podzemnih detekcija, što zahtijeva razvoj posebnih metoda za njihov prijem i obradu. Osim toga, frekvencijski rasponi koji se koriste u georadaru ne dopuštaju upotrebu visoko usmjerenih antena zbog ograničenja optimalne težine radara. Stoga je pri razvoju opreme potrebno uzeti u obzir mnoge kontradiktorne čimbenike: potrebu za smanjenjem težine i potrošnje energije uz povećanje potencijalnih mogućnosti radara; povećanje dubine sondiranja uz smanjenje snage odašiljača; povećanje rezolucije bez povećanja gornje granice frekvencijskog raspona itd. Stoga su razvoj radara koji prodiru u zemlju i povezano planiranje i provođenje eksperimenata podzemnog radiosondiranja hitan zadatak, kako u primijenjenom tako iu čistom smislu. znanstveni aspekt istraživanje okoliš, kako na Zemlji tako i na drugim planetima i satelitima.
Teorijske temelje uporabe radiovalova za proučavanje geoloških struktura postavili su G. Lovi i G. Leimbach 1910., a 1912. potkrijepili su mogućnost traženja ruda i podzemnih voda metodama radiosmetnji. Prvi radar koji prodire u zemlju stvoren je u Austriji 1929. za određivanje debljine ledenjaka. Radar je dobio ime - RADAR 1934. godine, od kratice RAdio Detection And Ranging.
Refleksije impulsa elektromagnetskih valova od podzemnih nehomogenosti slučajno je otkrio A. Waite 1957. godine na ledenom aerodromu na Antarktici. Daljnji pokusi pokazali su da je pomoću pulsnog radara moguće odrediti debljinu leda i s njegove površine i iz zraka. To je dovelo do istraživanja koja su pokazala mogućnost uočavanja donje granice ne samo leda, već i vode, kao i provođenja podpovršinskog sondiranja tla.
Godine 1960. John C. Cook pokušao je upotrijebiti radar za proučavanje refleksije ispod površine. Umjesto konvencionalnog radarskog impulsa ispunjenog visokom frekvencijom, predložio je korištenje impulsa bez nositelja u radarima, koji se ponekad naziva monopuls ili video puls. U ovoj metodi, koja se naziva "metoda pobuđivanja udarom antene", primjenjuje se pad napona na odašiljačku antenu, koja generira video impuls. Ova metoda generiranja video pulsa još uvijek se koristi u georadarima. Moffatt i Puskar mogli su koristiti sustav koji su razvili za rješavanje nekoliko problema: otkrivanje podzemnih tunela, rudnika, kao i snimanje drugih promjena u tlu, na primjer, promjena vlažnosti, otkrivanje stijena i stjenovitih formacija ispod površine tla .
7Godine 1967. stvoren je radarski sustav koji prodire u zemlju sličan Sternovom ledenom radaru, koji je korišten tijekom istraživanja Mjeseca na Apollu 17.
Godine 1976. Moffatt i Puskar predstavili su jednu verziju osnovne teorije radara koji prodire u zemlju i njegove obrade signala, koju su razvili i dopunili drugi znanstvenici koji su predložili učinkovitije metode za obradu i analizu podataka radara koji prodire u zemlju.
Prema stranim izvorima, radar koji prodire u zemlju počeo se široko koristiti 70-ih godina 20. stoljeća, prvenstveno u vojne svrhe, posebno za traženje lokalnih podzemnih struktura i tunela u Vijetnamu. Ubrzo su se razne tvrtke zainteresirale za korištenje GPR metoda za svoje praktične potrebe, kao što je mapiranje podzemnih vodova i cijevi ispod gradskih ulica, otkrivanje šupljina i špilja. Sve do nedavno, neke vrste radara koji prodiru u zemlju koristile su se s nosača zrakoplova za mapiranje refleksija ispod površine džungle i šumskog pokrivača. Arheolozi su zračni radar koristili za istraživanje velikih područja džungle, poput regije Yucatan u Srednjoj Americi.
U našoj zemlji prvi eksperimentalni rad metodama elektroprospekcije pomoću radiofrekventnih signala započeo je 1925. A.A. Petrovskog. Nakon značajne stanke, istraživanje lokacije ispod površine nastavljeno je 1968. u Radarskom odjelu Inženjerskog instituta Crvene zastave u Rigi. Civilno zrakoplovstvo(RKIIGA) pod vodstvom prof. M. Finkelstein. Godine 1989 Pojavila se tvrtka Radar Systems, Inc., koja se bavila razvojem i proizvodnjom radara koji prodiru u zemlju serije "Probe". Kasnije su im se prilično uspješno natjecali georadari “Oko” tvrtke LOGIS i drugi georadari ruske proizvodnje.
8 Godine 1990. stručnjaci s Instituta za zemaljski magnetizam, ionosferu i širenje radio valova (Troitsk) započeli su razvijati ugrađeni radar za marsovski rover u svemirski program"Mars-94". Planirano je istraživanje ispod površine Marsa i traženje smrznute vode. Kasnije je razvojno iskustvo uspješno iskorišteno za projektiranje i proizvodnju radara za prodiranje zemlje serije Trot i Loza.
Na Moskovskom institutu za fiziku i tehnologiju, rad na podzemnim senzorima započeo je proučavanjem električnih svojstava tla od strane grupe zaposlenika predvođenih profesorom Leshchanskyjem. Potom su članovi ove skupine predložili niz zanimljivih rješenja u pogledu razvoja i stvaranja podzemnih radara.
Na Katedri za seizmometriju i geoakustiku Geološkog fakulteta u Moskvi državno sveučilište GPR je postao logičan nastavak seizmičkih istraživanja zbog sličnosti metoda obrade podataka. Odjel je prvi put u našoj zemlji počeo široko koristiti radare za prodiranje zemlje serije "Sonda" za proučavanje geoloških presjeka, stečeno je veliko iskustvo u složenim geofizičkim istraživanjima pomoću georadara, a višenamjenski softver za obradu georadarskih podataka.
U Moskovskom zrakoplovnom institutu glavni smjer u odnosu na podzemni radar bio je korištenje metoda za rješavanje inverznih problema i poboljšanje metoda za prepoznavanje slika skrivenih objekata.
Od sredine 80-ih, u laboratoriju za daljinska istraživanja Moskovskog državnog tehničkog sveučilišta. N.E. Bauman je započeo niz radova na korištenju podzemnih radara za dobivanje slika objekata koji leže u tlu na malim dubinama. Kao rezultat završenog ciklusa istraživanja razvijena je metoda višefrekventnog očitavanja kondenzirane tvari pomoću podpovršinskih lokatora s kontinuiranom emisijom signala. Na temelju razvijene metode projektiran je i pušten u probnu proizvodnju radar RASKAN za detekciju građevinskih konstrukcija visoke rezolucije.
U IRE RAS i SKB IRE RAS u Fryazinu, rad na razvoju teorije podzemnog radara, razvoju opreme i eksperimentalnim istraživanjima u ovom području započeo je 1980. godine u vezi s projektom Mars-84 - Fobos. U radu su sudjelovali stručnjaci iz RCIIGA zajedno sa stručnjacima iz IRE RAS. Za dobivanje dubokih profila Marsovog satelita Phobos stvoren je radarski kompleks RLK-84 koji radi u frekvencijskim rasponima 300-200, 150-90 i 4,7-5,3 MHz. Koristeći jedan od uzoraka uređaja RLK-84, djelatnici IRE i SKB IRE proveli su uspješne eksperimente za procjenu debljine sedre u Armeniji, detekciju plinovoda i mjerenje dubine sezonskog odmrzavanja smrznutog tla u Zapadnom Sibiru. Prvi pokus izveden je tijekom postavljanja uređaja na automobil, posljednja dva izvedena su iz helikoptera. Ovaj rad je nastavljen u okviru projekta Mars-96. Za misiju Mars-96, SKB IRE je, zajedno s IRE RAS, razvio i ugradio na letjelicu novi radar RLK-M za podzemni radar Marsa.
Godine 1998. IRE RAS i SKB IRE RAS započeli su zajednički razvoj dvokanalnog georadara "Gerad-2" koji je naručio Stavropol. arheološka ekspedicija. Ovaj georadar i za njega razvijeni vlastiti softver poslužili su kao prototip za seriju georadara razvijenih u IRE i SKB IRE.
Značajka korištenja zemaljskih georadara je pretežno kontaktni raspored antena u odnosu na površinu sondiranog medija. Ovo osigurava smanjenje gubitaka energije zbog zračenja: prvo, eliminira se refleksija zrak-zemlja, karakteristična za daljinsko očitavanje, drugo, dijagram zračenja antene formira se izravno u okruženju koje se proučava (usmjerenost antene se povećava), treće , objekti koji se proučavaju nalaze se uglavnom u bliskoj zoni antene (sferna divergencija vala može se zanemariti).
Međutim, te iste značajke uzrokuju nedostatke radara koji prodiru u zemlju. Prvo, budući da su medij i objekti koji su u njemu uključeni u neposrednoj blizini antenskog sustava, oni utječu na njegove parametre, pa sukladno tome karakteristike emitiranog signala nisu determinističke (mijenjaju se tijekom procesa mjerenja). Drugo, proračuni elektromagnetskog polja u bliskoj zoni antene prilično su složeni, što komplicira modeliranje i praktički eliminira korištenje kvantitativne karakteristike prilikom analize primljenog signala. S tim u vezi, od posebne su važnosti pitanja unaprjeđenja algoritama za obradu i prikaz primljenih radarskih podataka i razvoj istraživačkih metoda u cilju povećanja praktičnog učinka metode.
Za razliku od radara koji prodiru u zemlju, svemirski radari ispituju dehidrirane ili smrznute okoline - površine svemirskih tijela (s malom apsorpcijom radio signala). Stoga, čak i uz ograničenu potrošnju energije, njihov potencijal je dovoljan za detektiranje površina s velikih udaljenosti. Takve velike udaljenosti često su posljedica osobitosti postavljanja eksperimenata u svemiru: orbita svemirske letjelice, nemogućnost približavanja objektu koji se proučava na manju udaljenost od zadane udaljenosti zbog sigurnosti leta itd. Senzor s velikih udaljenosti zahtijeva upotrebu radara s visokim omjerom signala i šuma. To se postiže korištenjem signala s dugim trajanjem impulsa - poboljšanje omjera signala i šuma postiže se zbog dugog vremena akumulacije signala tijekom hardverske obrade. Uglavnom, u te svrhe radari se koriste ili s chirp modulacijom ili s postupnom promjenom nosive frekvencije, kao u RLC-M.
Ako raspon udaljenosti tijekom detekcije varira od nekoliko metara do desetaka (ili stotina) kilometara, uporaba dugotrajnih impulsa postaje nemoguća, osobito u pretežno svemirskim radarima s jednom antenom (kako bi se smanjila težina svemirskog radara , obično se koristi jedna antena koja naizmjenično radi na odašiljanju ili primanju signala ). Jedno od inženjerskih rješenja problema "dugog dometa" bilo je korištenje radarskih sustava. U takvom kompleksu za svaki raspon udaljenosti korišten je radar s optimalnim karakteristikama signala i načinom njegovog formiranja. Zapravo, to je dovelo do postavljanja nekoliko radara na svemirsku letjelicu, što nije na najbolji mogući način utjecao na njegove težinske karakteristike. U dugovalnom planetarnom radaru DPR, predlaže se još jedna metoda: na kratkim udaljenostima koristi se radio signal s trajanjem impulsa koji daje rezoluciju potrebnu za rješavanje problema. Na velikim udaljenostima koristi se složeni signal, određen kombinacijom gore opisanih impulsa. U ovom se slučaju rezolucija praktički ne mijenja (ne pogoršava), a akumulacija se provodi povećanjem broja jednostavnih podimpulsa u emitiranom (i, prema tome, primljenom) složenom signalu.
Svrha disertacije je rješavanje problema postavljanja i izvođenja pokusa podpovršinskog radarskog detektiranja prirodnih okoliša, razvoj metoda radijskog detektiranja Zemljine površine i okoline. nebeska tijela Sunčev sustav, razvoj metoda za prikupljanje i obradu mjernih podataka pri postavljanju konkretnih eksperimenata i interpretaciji dobivenih rezultata.
Realizacija postavljenog cilja postiže se rješavanjem sljedećih zadataka:
1. Proučavanje ovisnosti dijagrama zračenja dipola o parametrima medija i veličini razmaka između antene i površine medija. Analiza utjecaja karakteristika medija na amplitudu i oblik signala reflektiranog od podzemlja.
2. Razvoj algoritama i izrada paketa programa za prikupljanje i obradu georadarskih podataka, uzimajući u obzir specifičnosti formiranja i širenja ultraširokopojasnih signala.
3. Razvoj metoda za detekciju različitih prirodnih okoliša: kopneno tlo, vodeni okoliš s površine rezervoara i s površine leda, daljinsko detektiranje tla svemirskih tijela sa svemirske letjelice.
4. Provođenje pokusa detekcije i prepoznavanja skrivenih podzemnih objekata (na temelju razvijenih tehnika i stvorene biblioteke radarskih slika najkarakterističnijih tipova podzemnih objekata).
5. Razvoj metodologije za pripremu eksperimenta radarskog sondiranja površine Fobosa u misiji Phobos-Grunt, obrazloženje izbora sondnog signala, modeliranje procesa obrade reflektiranog signala uzimajući u obzir šum. Testiranje razvijenih algoritama na eksperimentalnim podacima dobivenim radarom Marsis u europskoj međuplanetarnoj misiji “Mars Express”.
Odredbe podnesene na obranu: 1. Izrađeni univerzalni paket programa za obradu radarskih podataka podzemnog sondiranja omogućuje povećanje potencijalnih mogućnosti radara i poboljšanje kvalitete interpretacije dobivenih rezultata.
2. Razvijene metode za pripremu, provođenje i analizu rezultata eksperimenata radarskog detektiranja različitih prirodnih okoliša primjenjive su za rješavanje primijenjenih problema u arheologiji, građevinarstvu, inženjerskoj geofizici i drugim područjima.
3. Razvijene metode omogućuju optimalno planiranje i simulaciju faza pripreme, provedbe i analize rezultata dobivenih u eksperimentima radarskog sondiranja kriolitosfere Marsa i površine Fobosa.
Pouzdanost rezultata rada osigurana je sljedećim izjavama:
1. Dobiveni rezultati su u skladu s teorijskim izračunima i, u posebnim slučajevima, s rezultatima opisanim u literaturi.
2. Razvijene metode su provjerene u praksi.
3. Rezultati interpretacije eksperimentalnih podataka u eksperimentima za otkrivanje skrivenih podzemnih objekata potvrđuju se iskapanjima, bušenjima ili izravnim promatranjem (ekstrapolacija i interpolacija iz poznatih položaja proučavanog objekta).
Znanstvena novost i praktični značaj
Razvijen je univerzalni program za prikupljanje i vizualizaciju radarskih podataka s dvokanalnog radara u stvarnom vremenu. Uz neposredno sudjelovanje autora, prvi put je izrađen i testiran dvokanalni georadar za arheološka istraživanja.
Na temelju analize izračunatih dijagrama zračenja georadarskih antena pri emitiranju u lagano tlo i vodu, pokazalo se da pri izvođenju georadarskih mjerenja, odvajanje antene od površine medija koji se proučava za više od 1 valne duljine zračenja treba biti izbjegavao.
Za interpretaciju rezultata podzemnog sondiranja stvorena je biblioteka radarskih slika za najtipičnije tipove objekata skrivenih u tlu.
Po prvi put, predložena je tehnika za ispitivanje podpovršinske strukture fobosovog tla s organiziranim signalom manipuliranim faznim kodom koji emitira radar smješten na svemirskoj letjelici (SC) iz stalne orbite i sa putanje slijetanja.
Na temelju analize balističkih i navigacijskih podataka razvijena je optimalna shema rada DPR radara u međuplanetarnoj svemirskoj misiji Phobos-Grunt.
Rezultati rada u disertaciji mogu se koristiti za razvoj i modernizaciju programa za prikupljanje i matematičku obradu radarskih podataka, za pripremu i izvođenje eksperimenata podpovršinskog sondiranja slabo apsorbirajućih zemaljskih okoliša i tla zemaljskih kozmičkih tijela, kao i za analizu i interpretirati dobivene podatke mjerenja.
Rad je obavljen na Institutu za radiotehniku i elektroniku V.A. Kotelnikova Ruske akademije znanosti (ogranak Fryazino) u razdoblju od 1991. do 2008. godine. Rezultati prikazani u disertaciji dio su radiofizičkih istraživanja provedenih na Institutu V.A. Institut za radiotehniku i radioelektroniku Kotelnikov Ruske akademije znanosti. Opći nadzor nad ovim studijama vršio je doktor tehničkih znanosti, profesor N.A. Armand, doktor fizikalno-matematičkih znanosti. V.A. Andrianov i doktor fizikalnih i matematičkih znanosti V.M.Smirnov.
Istraživanje provedeno u okviru ovog rada odgovara specijalnosti 01.04.03 “Radiofizika”, odjeljak 5 “Razvoj znanstvenih osnova i principa aktivne i pasivne daljinske dijagnostike okoliša, na temelju suvremenih metoda za rješavanje inverznih problema. Izrada sustava daljinskog nadzora reo-, hidrosfere, ionosfere, magnetosfere i atmosfere. Radioastronomska istraživanja bliskog i dalekog svemira."
Rezultati disertacije (razvijen softver, uključujući Hilbertovu transformaciju, inverzno filtriranje, izlaz rezultata u fazi obrade) korišteni su i koriste se u provedbi ISTC projekta br. 2866 „Mogućnosti korištenja višefrekventne polarimetrijske sintetičke aperture radarski (SAR) metarski (L, P) i decimetarski (UNB) rasponi za površinsko i podpovršinsko sondiranje tla i vegetacije.” Voditelji projekta uključili su doktoranta da provede pokuse za proučavanje mogućnosti korištenja zemaljskog radara u proučavanju fluktuacija dielektrične konstante tla ispod šumskog pokrivača. Rezultati dobiveni ovim eksperimentima prezentirani su na domaćim i međunarodnim konferencijama. Dobiveni rezultati ukazuju na perspektivu korištenja zemaljskog radara u takve svrhe.
Publikacije o temi disertacije. Materijali disertacije objavljeni su u cijelosti u 26 radova, uključujući recenzirane časopise uvrštene na popis VIK-a (3), druge časopise (2), zbornike znanstveni radovi(1), sažeci izvješća na ruskim i međunarodnim konferencijama (20).
Struktura i djelokrug rada. Disertacija se sastoji od uvoda, četiri poglavlja, zaključka i popisa literature. Rad sadrži 163 stranice, 69 slika i 4 tablice.
Slične disertacije u specijalnosti "Radiofizika", 01.04.03 šifra VAK
Procjena dijagnostičkih mogućnosti georadarskih sustava za detekciju prirodnih i prirodno-antropogenih objekata. 2002, kandidat tehničkih znanosti Yankovsky, Konstantin Petrovich
Poboljšanje napredne kontrole stijenskih masa pomoću radara tijekom podzemnog rudarenja 2002, kandidat tehničkih znanosti Izyumov, Sergey Viktorovich
Razvoj i istraživanje metoda obrade signala u problemima podzemne detekcije elektromagnetskim impulsima 1998, kandidat tehničkih znanosti Tereshenkov, Dmitry Aleksandrovich
Digitalna obrada signala i slike u pulsirajućem podzemnom radaru 2004, kandidat tehničkih znanosti Tolmazov, Boris Borisovich
Pulsna ultraširokopojasna šumska tomografija 2009, kandidat fizikalnih i matematičkih znanosti Klokov, Andrey Vladimirovich
Zaključak disertacije na temu “Radiofizika”, Marchuk, Vasily Nikolaevich
Zaključak
U ovoj disertaciji dobiveni su sljedeći rezultati:
1. Provedeni su proračuni dijagrama zračenja antena smještenih na sučelju između dva medija. Pokazalo se da dijagram zračenja u zraku ima mnogo niži koeficijent usmjerenosti nego u mediju (tlu). Pokazano je da kada su antene odvojene od zemlje, koeficijent usmjerenosti raste, a integralna snaga signala koji se zrači u zemlju smanjuje.
2. Provedeno je modeliranje širenja GPR signala u slojevitom mediju. Proučavan je utjecaj radiofizičkih karakteristika slojevitog medija na amplitudu i oblik reflektiranog impulsa. Na temelju rezultata numeričkog modeliranja i podataka eksperimentalnih mjerenja izrađen je katalog radargrama za najčešće sondirane objekte.
3. Razvijena je metodologija za izradu algoritama za prikupljanje i obradu georadarskih podataka. Na temelju ove metodologije razvijen je programski paket za georadare serije “Gerad”, “DAO”, “GIR”.
4. Razvijene su metode za pripremu, provođenje i analizu rezultata eksperimenata radarskog sondiranja slatkovodnih vodenih tijela s površine vode i leda, kao i različitih prirodnih okoliša u odnosu na različite primijenjene probleme: arheologiju, građevinarstvo, inženjerstvo geofizika. Metode su eksperimentalno ispitane.
5. Razvijena je metodologija za pripremu eksperimenta radarskog sondiranja površine Fobosa u misiji Phobos-Grunt. Izbor signala sondiranja je opravdan. Provedena je simulacija obrade reflektiranog signala uzimajući u obzir šum. Na temelju analize balističkih i navigacijskih podataka razvijen je optimalni eksperimentalni dizajn DPR radara. 6. Razvijena metodologija obrade podataka s uređaja DPR testirana je prilikom obrade eksperimentalnih podataka dobivenih radarom Marsis u europskoj međuplanetarnoj misiji “Mars Express”.
U zaključku, autor izražava duboku zahvalnost svom znanstvenom voditelju V.M.Smirnovu na pomoći u izvođenju ovog rada, kao i iskrenu zahvalnost koautorima rada na plodnoj raspravi o dobivenim rezultatima. Autor je zahvalan timu Saveznog državnog unitarnog poduzeća SKB IRE za razvoj opreme i pomoć u provođenju eksperimenata na podzemnim istraživanjima.
Popis literature za istraživanje disertacije Kandidat fizičkih i matematičkih znanosti Marchuk, Vasily Nikolaevich, 2008.
1. Problematika podzemnog radara: skupna monografija, ur. Grineva A.Yu. // M.: Radio inženjerstvo, 2005. 416 str.
2. Razvoj opreme, metode obrade podataka za elektromagnetsko podzemno očitavanje i iskustva u njihovoj primjeni / A.E. Reznikov i drugi // M: RAS. UFN. 2000. - T. 170, N 5. -P.565-568.
3. Stern W. Versuch einer elektrodynamischen Dickenmessung von Gletschereis // Ger. Beitr. zur Geophysik, 1929. - v.23. - Str. 292-333.
4. Buderi, R. Izum koji je promijenio svijet // Centar za Povijest obrambene elektronike, Simon & Schuster 1996. - str. 544.
5. Evans, S. Radiotehnike za mjerenje debljine leda // Polar Rec., v. 11.- 1963. Str. 406-410.
6. Cook, J.C. Predloženi monociklički pulsni VHF radar za mjerenja leda i snijega u zraku //AIEE Trans. Komun. I Electron., v.79, br. 1960.-P.588-594.
7. Cook, J.C. Radarski prozirnici minskih i tunelskih stijena. // Geofiz., v.40. -1975. P. 865-885.
8. Moffatt, D. L. Podzemni elektromagnetski pulsni radar. / Moffatt D. L., Puškar R. J. //Geofizika, 41(3). 1976. - P. 506-518.
9. Olhoeft, G.R., Električna i magnetska svojstva tla Apolla 17 / Olhoeft, G.R. et al. // EOS, v. 54. 1973.-P.601.
10. Wyatt, D. E. Geofizika i plitki rasjedi u nekonsolidiranim sedimentima / Wyatt D. E., Waddell M. G., Sexton G. B. // Podzemne vode, 34(2). 1996. - P. 326-334.
11. Lambert Delfin. Radar koji prodire u zemlju (GPR), upotreba i ograničenja / 1995. // Internet: Iltp://\WAV.ldolphin.or^GPRbkgrKlhiralW.
12. Olhoeft G.R., “Ground penetating Radar” 2000, Internet: http://www.g-p-r.com/introduc.htm
13. Lambert Dolphin “Kako geofizičke metode mogu pomoći arheologu” // Internet: http://wvvw.ldolphin.crgA\.
14. Petrovsky, A.A. Radio u istraživanju rudarstva // Izv. Zavod za primijenjenu geofiziku", 1925., br. 1.
15. Finkelydtein, M.I. Radar slojevitih pokrivača zemlje / M.I. Finkelyptein, V.L.Mendelson, V.A. M.: Sovjetski radio, 1977.- 174 str.
16. Radar Systems, Inc. Povijest Radar Systems, Inc. // Internet: http://w\w.onrdtmnei/radar/Qaidihtm//.
17. Serija georadara “OKO” / Pomozov V.V., Potsepnya O.A., Semeikin N.P. i dr. // Istraživanje i zaštita podzemlja. 2001. - N 3. - P.26-28
18. Georadar Trot" // Uređaji. 2002. - N 11(29). - S. 18.
19. Marchuk, V.N. Rezultati korištenja georadara Gerad-2 u nacionalnom gospodarstvu / Marchuk V.N., Bazhanov A.S., Etenko G.V. // Istraživanje i zaštita podzemlja. M.: Nedra, 2001. - br. 3 - str.34-36.
20. Geofizičko istraživanje gradilišta korištenjem radara za prodor u zemlju serije TR-GEO / Izyumov S.B., et al. -2002. -N2. -P.51-53.
21. S.I. Klimov itd. “O korištenju mobilnog površinskog radara za proučavanje atmosfere i ionosfere Marsa” Adv. Space Res. 1990, v. 10, str. 35-38
22. Serija georadara “Vine” \\Internet: http://www.geo-radar.ru/articles.php.
23. Leshchansky, Yu.I. Proučavanje apsorpcije decimetarskih i centimetarskih radiovalova u tlu. / Yu.I. Leshchansky, G.N.Lebedeva // Izv. sveučilišta SSSR-a. Ser. Radiophysics, 1968, T.11, br. 2, str.205-208.
24. Leshchansky, Yu.I. Električni parametri pješčanih i glinastih tla u rasponu centimetarskih, decimetarskih i metarskih valova / Yu.I. Leshchansky, V.D. Shumilin. sveučilišta SSSR-a. Ser.Radiophysics, 1971, T.14, No.4, P.562-569.
25. Krumpuls, A.Yu. Optimizacija broja akumulacija podataka u georadarskom prijemniku sa stroboskopskim pretvaračem / A.Yu.Krampuls, N.P. Chubinsky // Radiotekhn. i elektron. 1998. - T.43, N 11. - P.1131-1335.
26. Krumpuls, A.Yu. Analiza mogućih modifikacija frekvencijskog puta georadara / A.Yu Krampuls, N.P. Chubinsky // Radiotehnika i elektronika. 2000. - T.45. - N 9. - Str. 1037-1046.
27. Vladov, M.JI. Georadarska istraživanja gornjeg dijela odjeljka: Udžbenik. dodatak / M.JI. Vladov, A.B. Starovoitov // M.: Moskovska izdavačka kuća. Sveučilište, 1999. -92 str.
28. Tokarev, M.Yu. O matematičkoj obradi podataka geoloških radara / M.Yu. Tokarev, P.A. Goffman, L.M. Kulnitsky // Znanstvena praktična konferencija “GPR u Rusiji 2000.”, Sažeci, Moskva, 15.-19. svibnja 2000., S.Z.
29. Obrada radarskih podataka koji prodiru u zemlju pomoću paketa RadExPro Plus / P.A. Goffman et al.] // Znanstveno-praktična konferencija “GPR u Rusiji 2002”, Sažeci, Moskva, Moskovsko državno sveučilište, 28. siječnja - 1. veljače 2002. , str.5-6.
30. Grinev A.Yu. Rekonstrukcija geometrijskih i električnih parametara objekata u problemima podpovršinske detekcije // Proc. XII sveruski škola-konf. on Difraction and Wave Propagation, Moskva, dec. 2001 T.1. M, 2001. - S.30-42
31. Eksperimentalno određivanje rezolucije holografskog radarskog sustava RASCAN-4/4000 / E. Bechtel i sur. //12. međunarodna konferencija o radaru koji prodire do zemlje: sažetak, 16.-19. lipnja 2008., Birmingham, UK.
32. Ozvučenje građevinskih konstrukcija u radijskom rasponu visoke rezolucije / I.A. Vasiljev, S.I. Ivashov et al. // Radiotehnika. 2001. - N 8. - P.65-68.
33. Istraživanje Fobosa i Marsa radarskim metodama. GMetodološka pitanja / N.A.Armand i dr. // Phobos. Znanstveni i metodološki aspekti istraživanja: tr. intl. konf. IKI AS SSSR, 24.-28. veljače 1986. - M., 1988. - P. 327-346.
34. Eksperimentalni rezultati daljinskog radarskog očitavanja smrznutih tla / Andrianov V.A., Marchuk V.N. et al. // Treća međunarodna konferencija o radaru za prodor zemlje: sažetak. sc. konf/SAD Geološki zavod, 1990. Str.2.
35. Marchuk, V.N. Detekcija plinovoda u smrznutom tlu pomoću radara RLK-84 iz helikoptera / V.N. Marchuk, S.D. Nazarenko // Dijagnostika plinovoda: prog. referat na međunarodnoj konferenciji, Moskva, 21.-26.05.2001. -str.25.
36. Armand, N.A. Radar dugih valnih duljina za ispitivanje površine Marsa i ionosfere / Armand N.A., Marchouk V.N. et al.// Radar 97: apst. Int. konf., 1416. listopad. 1997. / Edinburgh, IEE, 1997. P.819-823.
37. Andrianov, V.A. Dvokanalni georadar "Gerad-2" za arheologiju / Andrianov V.A., Marchuk V.N., et al. // Georadar u Rusiji 2000: sažetak. znanstveno-praktična konferencija, 15.-19. svibnja 2000. / M., Moskovsko državno sveučilište, 2000. P.20 - 21.
38. Marchuk, V.N. Dvokanalni georadar "Gerad-2" / Marchuk V.N et.al. // 32nd Microsymp. o komparativnoj planetologiji: saž. Int. konf. Moskva, 9-11 listopada 2000. - Str. 171.
39. Bazhanov, A.S. Georadar "Gerad-3" / A.S. Bazhanov, V.N. Marchuk, // Dijagnostika cjevovoda: prog. izvješće na međunarodnoj konferenciji, Moskva 21.-26.svibnja/2001. Str.25.
40. Georadar "Gerad-3". Nove mogućnosti i rezultati primjene / Bazhanov A.S., Marchuk V.N. i drugi // Georadar-2002: sažetak. izvješće znanstveni, praktični Conf., Moskva, 28. siječnja - 1. veljače 2002. / M., Moskovsko državno sveučilište, 2002. -P.13.
41. Primjena radara koji prodiru u zemlju serije "Gerad" za detekciju rezervoara, komunalnih objekata i željezničkih nasipa / Bazhanov A.S., Marchuk V.N. i drugi // Znanstveno intenzivne tehnologije. 2005. - T.6, N 12. - P.32-38.
42. Radarsko sondiranje površine Marsa / Giovanni Picardi, et al. // Science, Vol.310, 2005. -P.1925-1928.
43. Radarsko sondiranje fobosovog tla u projektu Phobos-Grunt / Armand N.A., Marchuk V.N. i drugi // Radiotehnika i elektronika 2003. - T.48, br. 10. - Str.1186-1195.
44. Primjena GPR-a pri interpretaciji radarskih slika šume na metarskom području valnih duljina / B. Kutuza, V. Marchuk et al. // EUSAR 2008 7. europska konferencija o radaru sa sintetičkom aperturom: abst. Int. konf. / Friedrichshafen, Njemačka 2.-5. lipnja 2008. - CD.
45. Simulacija rada GPR-a pomoću numeričkih metoda / Marchuk V.N. i drugi //Tehnologije intenzivne znanja. 2006. - T.7, N 10. - P.39-52.
46. Finkelyptein, M.I. Primjena radarskog podzemnog sondiranja u inženjerskoj geologiji / M.I. Finkelyptein. V.A.Kutev, V.P. Zolotarev M.: Nedra, 1986. - 128 str.
47. Podzemni radar. / M.I. Finkelyptein i dr.: Radio i komunikacije, 1994.-216 str.
48. Kopeikin, V.V. Inverzni problem georadara \\ Internet: http://www.geo-radar.ru/articles/article2.php.
49. Brekhovskikh, JI.M. Valovi u slojevitim medijima / L.M. Brekhovskikh M.: Nauka, 1973.-344 str.
50. Hutton, Jl. Obrada seizmičkih podataka / L. Hutton, M. Wardington, J. Meikin. M.: Mir, 1989. - 216 str.
51. Youn H-S., Chen S-S. Neuronska detekcija za ukopanu cijev koristeći potpuno Polarimetrie GPR1 radar koji prodire u zemlju: abst. Int.Conf., 21.-24. lipnja 2004., / Delft, Nizozemska, 2004. Str.303-306.
52. G. Smith. Direktivna svojstva antena za prijenos u materijalni poluprostor. IEEE, Transakcije na antenama i širenju, sv. AP-32, br.3, ožujak 1984.
53. Nadenenko, S.I. Antene // Svyazizdat. M. - 1959. - 552 str.
54. Marchuk, V.N. Rezultati izračuna dijagrama zračenja antene na granici dva medija / Marchuk V.N. // Inženjerska geofizika-2005, sažetak. izvješće znanstveno-praktične konf., Gelendžik, 27. ožujka - 2. travnja 2005. / Gelendžik 2005. -Str.215.
55. Kopeikin V.V. Širenje elektromagnetskih impulsa u podzemnom okruženju. //Internet: http://www.georadary.ru/-name=pub-reips.rar.htm.
56. Baskakov, S.I. Osnove elektrodinamike / S.I. Baskakov M.: Sovjetski radio, 1973.-248 str.
57. Kopeikin V.V. Primarna obrada georadarskih signala // Internet: http://www.geo-radar.ru/articles/article3.php
58. Gorelik, G.S. Oscilacije i valovi / G.S. Gorelik: GIFML, 1959. -572 str.
59. Lezin, Yu.S. Optimalni filtri i uređaji za pohranjivanje impulsnih signala / Yu.S. Lezin. M.: Sov.radio, 1963. - 319 str.
60. Astanin, L.Yu. Osnove ultraširokopojasnih radarskih mjerenja / L.Yu Astanin, A.A. Kostylev M.: Radio i komunikacije, 1989. -191 str.
61. Cepstral obrada signala u problemima podzemnog radara / S.Yuvakumov et al. - 1984. -T.24. -Ne.Ts.-s.
62. RAZRED. Tematski broj “Spektralna procjena”, 1982, god. 70, br.
63. Suvorov V.N. O kepstralnoj analizi u popularnom obliku. "PiCAD: industrijska mjerenja, upravljanje, automatizacija, dijagnostika", 2006, br. 4 \\HHiepHer:http://picad(X^
64. Siggins A.F. Radar koji prodire u zemlju u geotehničkim primjenama, Exploration Geophysics, 1990, v. 21. Str. 175-183.
65. Priručnik o radaru. Uredio M. Skolnik. New York, 1970. Prijevod s engleskog. (u četiri sveska) pod glavnim uredništvom. K.N. Trofimova. Svezak 2. Radarski antenski uređaji. Uredio P.I.Dudnik. M., “Sov.radio”, 1977. 408 str.
66. Stolt R.H. Migracija pomoću Fourierove transformacije. // Geofizika 43, 1978. - P.23-48.
67. Timoshin, Yu.V. Osnove difrakcijske transformacije seizmičkih zapisa / Yu.V Timoshin. M.: Nedra, 1972. - 263 str.
68. Gutkin, J.L.C. Teorija optimalnih metoda radijskog prijema pod fluktuacijskim smetnjama / JI.C. Gutkin M.: Sov.radio, 1972. - 447 str.
69. Marchuk, V.N. Algoritam za obradu georadarskih podataka "Gerad-3" / Marchuk V.N. // Georadar-2002: sažetak. izvješće znanstveno-praktične Conf., Moskva, 28. siječnja - 1. veljače 2002. / M, Moskovsko državno sveučilište, 2002. P. 18-20.
70. Marchuk V.N. Algoritam za obradu podataka iz složenog radioakustičkog sustava za podpovršinsko otkrivanje lokalnih objekata / Marchuk V.N. // Georadar-2004: sažetak. izvješće znanstveno-praktične Conf., Moskva, 29. ožujka - 2. travnja 2004. / M., Moskovsko državno sveučilište, 2004. Str.47.
71. Smemoe, S.M. Obrada i vizualizacija radarskih podataka koji prodiru u zemlju za procjenu prirodne hidrogeologije. 2000. // Internet: http://www.emrl.byu.edu/chris/gpr.htm
72. Bezdudni, V.G. Primjena geolokacije u arheološkim istraživanjima. Pregled literature / Bezdudny V.G., Marchuk V.N. // Arheološke bilješke. RROO DAO, Rostov na Donu, 2007. - br. 5 -P.215-232.
73. Bezdudny, V.G. Analiza rezultata georadarskog sondiranja arheoloških lokaliteta Rostovska regija 2001. / Bezdudny V.G., Marchuk V.N. // Arheološke bilješke RROO DAO, Rostov na Donu, 2002. - broj 2. - Str.205-212.
74. Bezdudny, V.G. Provođenje geolokacijske studije lokacije grobišta zemlje Maksari (Kletsky okrug Volgogradske regije) / Bezdudny V.G., Marchuk V.N. // El.sb. "Arheologija i geoinformatika", br.4. M.: Institut za arheologiju, - 2007. - CD.
75. Rezultati korištenja georadara za traženje komunalnih usluga / Bazhanov A.S., Marchuk V.N. i drugi // Georadar-2004: sažetak. izvješće znanstveno-praktične Conf., Moskva, 29. ožujka - 2. travnja 2004. / M., Moskovsko državno sveučilište, 2004. Str.77.
76. Primjena georadara za rješavanje ekoloških problema / Talonov S.S., Marchuk V.N. i drugi // Engineering Ecology 2005: tr. intl. Symp., Moskva, 7.-9. prosinca 2005. / M., 2005. - P. 57-62.
77. Gorbatenko, S.B. Korištenje radioapsorbirajućih materijala za zaštitu georadara od elektromagnetskih smetnji / O.N. Gorbatenko, S.B. Bibikov // Posebna tehnologija. 2006. -№3. - Str.26-34.
78. Podpovršinski radar, značajke i prednosti, očekivani rezultati primjene u području šumarstva / Marchuk V.N. i dr. // Ekologija, praćenje i racionalno korištenje prirodnih resursa: zbornik članaka. znanstveni tr. /M.:MGUL, 2001. Broj 314 - str.48-56.
79. Kennauch E.M., Moffatt D.L. Prijelazna i impulsna aproksimacija. Proc. IEEE, 1965, v.53, N 8, str.893 - 901 (Zbornik radova Instituta inženjera elektrotehnike i radioelektronike, ruski prijevod, 1965, v. 53, br. 8, str. 1025-1034).
80. Arcone S.A., Delaney A.J. Dielektrična svojstva otopljenih aktivnih slojeva koji prekrivaju permafrost korištenjem radara na VHF. Radioznanost, 1982, v. 17, str.618-626.
81. Finkelyptein, M.I. Radiolokacija slojevitih pokrivača zemlje / M.I. Finkelyptein, V.A. Kutev M.: Sovjetski radio, 1977.
82. Harmuth, H.F. Nesinusoidalni valovi u radarskim i radio komunikacijama / H.F. Harmut-M.: Radio i komunikacije, 1985. 576 str.
83. Daniels D.J., Gunton D.J., Scott H.F. Uvod u podzemni radar. IEE Proc., 1988, v.135, N4, str.278-330.
84. Andreev, G.A. Radiovalni sustavi podzemnog očitavanja / G.A. Andreev, L.V. Zaentsev, V.V. 1991. - br. 2, str. 3-22.
85. Stroitelev, V.G. Metode obrade signala za podzemna radarska sondiranja. //Ibid. 1991. - br.1. - Str.95-105.
86. Andrianov, V.A. Podpovršinski radar slojevitog nehomogenog tla planeta // Radiotehnika i elektronika. 1992. -T.37. -Br. 11. - S. 1937-1948.
87. S. Valle, L. Zanzi, M. Sgeig, et al. Radarske antene koje prodiru u zemlju: Teorijske i eksperimentalne funkcije usmjerenosti. IEEE, Transactions on geoscience and remote sensing, Vol. 39, br.4, travanj 2001.
88. L. J. Porcello, R. L. Jordan, J. S. Zelenka, et al. Apollo radarski sustav lunarne sonde. Proc.IEEE, 62(6), 1974. P.769-783.
89. W. J. Peeples, W. R. Sill, Th. W. May, S. H. Ward et al. Dokazi orbitalnog radara za raslojavanje mjesečeve podpovršine u Maria Serenitatis i Crisium. Časopis za geofizička istraživanja. srpnja 1978. sv. 83, br. B7.
90. Fink, J.I.M. Signali, smetnje, pogreške / L.M.Fink M.: Radio i komunikacije, 1984.-256 str.
91. Takashi Miwa, Ikuo Arai. Slike u super-razlučivosti za točkaste reflektore u blizini odašiljačkih i prijamnih nizova/ IEEE Transaction on antennas and propagation, vol.52, No.l, siječanj 2004.
92. Kay, S. M. Suvremene metode spektralna analiza/ S.M.Kay, S.L.Marple //TIIER, 1981., T.69. - Broj 11.-Str.5-51.
93. Finkelyntein, M.I. Primjena radarskog podzemnog sondiranja u inženjerskoj geologiji / M.I. Finkelshtein, V.A. M.: Nedra, 1986. - 128 str.
94. Cook, K. Radarski signali / K. Cook, M. Bernfeld. M.: Sovjetski radio, 1971. - 568 str.
95. Varakin, J.I.E. Teorija složenih signala / L.E.Varakin. M.: “Sov. radio", 1970. - 376 str.
96. Fizika prostora, ur. S.B. Pikelner. M., Sovjetska enciklopedija, 1976. -655 str.
97. Breus T.K., Stern D.Ya., Elkin M.L. Osnovni principi konstrukcije opreme za radijsko sondiranje plazma ljuski planeta na brodu, zbornik članaka. Znanstvena oprema za istraživanja svemira. M., Nauka, 1987.
98. Dombrovsky, I.A. Antene \ I.A.Dombrovsky. M, Veze i radio, 1951.-352str.
99. Priručnik o radaru. Uredio M. Skolnik. New York, 1970. Prijevod s engleskog. (u četiri sveska) pod glavnim uredništvom. K.N. Trofimova. Svezak 1. Osnove radara. Uredio Y.S. Itskhoki. M., “Sov.radio”, 1976, 456 str.
100. Priručnik o radaru. Uredio M. Skolnik. New York, 1970. Prijevod s engleskog. (u četiri sveska) pod glavnim uredništvom. K.N. Trofimova. Svezak 3. Radarski uređaji i sustavi. Uredio A.S. Vinitsky. M., “Sov.radio”, 1979, 528 str.
101. Priručnik o radaru. Uredio M. Skolnik. New York, 1970. Prijevod s engleskog. (u četiri sveska) pod glavnim uredništvom. K.N. Trofimova. Svezak 4. Radarski antenski uređaji. Uredio P.I.Dudnik. M., “Sov.radio”, 1977., 408 str.
Napominjemo da su gore predstavljeni znanstveni tekstovi objavljeni samo u informativne svrhe i da su dobiveni pomoću prepoznavanja originalnog teksta disertacije (OCR). Stoga mogu sadržavati pogreške povezane s nesavršenim algoritmima prepoznavanja. U PDF datotekama disertacija i sažetaka koje isporučujemo nema takvih pogrešaka.
Izum se odnosi na područje radarskih detekcija korištenjem pojedinačnih ultraširokopojasnih (UWB) impulsnih signala i može se koristiti pri ispitivanju nekoliko obližnjih objekata, na primjer slojeva asfaltnog kolnika. Metoda se sastoji u emitiranju N-lobe sondirajućeg radiopulsa, kontinuiranom primanju reflektiranog signala, njegovom integriranju N-1 puta u odabranom vremenskom prozoru, otkrivanju i evaluaciji signala iz predmeta proučavanja. Ostvareni tehnički rezultat izuma je povećanje točnosti rezolucije UWB detekcije. 6 ilustr.
Izum se odnosi na područje radarskih detekcija korištenjem ultraširokopojasnih (UWB) pulsnih signala s trajanjem T i može se koristiti pri sondiranju nekoliko objekata, udaljenost između kojih je L usporediva sa sT, gdje je c brzina svjetlosti u mediju , tj. u uvjetima u kojima se signali reflektirani od nekoliko objekata proučavanja preklapaju. Ovaj problem nastaje npr. kod sondiranja podzemnih slojeva tla, posebno višeslojnih asfaltnih površina.
Poznato je, str. 24, da svaki signal S(t) koji može odašiljati antena mora zadovoljiti uvjet: uključujući jednostruki UWB radarski signal.
Kada se koristi UWB radarsko detektiranje nekoliko obližnjih istraživačkih objekata, javlja se problem razlučivanja signala primljenih od jednog i drugog objekta. Ovaj problem je pogoršan prisutnošću smetnji, nesavršenom opremom za odašiljanje i prijem i mnogim drugim čimbenicima.
Tradicionalni način prethodne obrade radarskog signala reflektiranog od objekta proučavanja je njegova detekcija - odabir niskofrekventne funkcije - amplitudne (kompleksne) ovojnice radiopulsa. Pri radu s UWB signalima, omotnica amplitude UWB signala dobivena pomoću Hilbertove transformacije ne odražava uvijek ispravno značajke njegovog oblika str.17. U ovom slučaju, potencijalno visoka razlučivost UWB signala nije ostvarena.
Poznati patent RU 2141674 - metoda ultraširokopojasnog radarskog očitavanja, koja se sastoji u emitiranju impulsa s jednom antenom, primanju ovog impulsa s drugom - udaljenom antenom, primljeni impuls se odgađa, ponovno zrači i prima antena smještena na mjesto primarnog zračenja. Ova metoda omogućuje vremensko odvajanje signala primljenih od antene i od okolnih strukturnih elemenata. Ovom metodom problem rezolucije je riješen vremenskim odvajanjem reflektiranih signala.
Nedostatak ove metode je ograničeni opseg primjene zbog činjenice da se rijetko pojavljuje mogućnost umjetnog odvajanja u vremenu reflektiranih signala od nekoliko objekata proučavanja.
Najbliži navedenoj metodi je da emitiraju N-lobe sondirajući radio puls, kontinuirano primaju reflektirani signal u odabranom vremenskom prozoru, detektiraju i procjenjuju signale iz predmeta proučavanja. Da biste riješili problem razrješenja, odredite:
Direktan prijenos signala od emitirajuće do prijemne antene (pri sondiranju otvorenog prostora), koji se oduzima od primljenog signala pri naknadnom sondiranju okoline;
Signal potpune refleksije kod sondiranja metalnog lima, koji se koristi za kalibraciju sljedećih sondiranja.
Prednji signal se oduzima od signala primljenog od istraživačkih objekata. Najbliži odgovor se tada detektira jedan po jedan i, uzimajući u obzir slabljenje poznatog signala ukupne refleksije, oduzima se od primljenog signala. Stoga je teoretski moguće riješiti primljene signale.
Nedostatak ove metode je niska točnost. Prvo, signal koji prolazi kroz medij mijenja frekvencijski spektar, a time i ne samo amplitudu, već i njegov oblik. Kao rezultat toga, ispada da je neprikladno koristiti signal totalne refleksije kao kalibracijski signal. Drugo, rekurzivna priroda obrade, u kojoj se svaki novi objekt otkriva na temelju rezultata detekcije prethodnog, dovodi do gomilanja pogrešaka.
Problem koji je riješen ovim izumom je povećati razlučivost UWB senzora reflektiranog od obližnjih objekata, i stoga dobiti više i kvalitetnije informacije iz radarskog sondiranja.
Za rješavanje problema postavljenog u metodi za povećanje razlučivosti ultraširokopojasnog radarskog očitavanja, koja se sastoji u emitiranju N-režnja sondirajućeg radiopulsa, kontinuiranom primanju reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru, otkrivanju i evaluaciji signala iz objekata proučavanja , integriranje reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru N -1 vrijeme, i korištenje rezultata integracije za otkrivanje i procjenu signala iz predmeta proučavanja.
Značajna razlika između predložene metode i prototipa je u tome što se kod sondiranja s N-lobe radio impulsom reflektirani signal integrira u odabrani vremenski prozor N-1 puta.
Prototip koristi operaciju oduzimanja poznatih odgovora od primljenog signala.
Korištenje višestruke integracije N-1, linearne metode za pretvorbu primljenih signala, omogućuje vam pretvaranje njihove višestruke vremenske strukture u jednostruku. Slika 1 pokazuje da troslojni radioimpuls nakon jednog sondiranja postaje dvoslojni, a nakon druge integracije jednoslojni. Kad bi antena mogla emitirati takav puls, tada bi zadatak razlučivanja obližnjih objekata bio znatno pojednostavljen. Integracija primljenog signala za linearni sustav je ekvivalentno integriranju ulaznog signala. Stoga integracija izlaznog signala uvelike pojednostavljuje razlučivost obližnjih objekata.
Inventivna metoda ilustrirana je sljedećim grafičkim materijalima.
Slika 1 - rezultati sekvencijalne integracije troslojnog signala.
Slika 2 - parcijalni signali reflektirani od tri objekta.
Slika 3 - ukupni signal reflektiran od tri objekta.
Slika 4 je rezultat jedne integracije reflektiranog signala.
Slika 5 je rezultat dvostruke integracije reflektiranog signala.
Razmotrimo mogućnost primjene predložene metode.
Za radarsko sondiranje mogu se koristiti pojedinačni radioimpulsi s malim brojem vremenskih režnjeva N=2-5, na primjer, troslojni impuls S(t), prikazan na sl.1. Takvi signali imaju UWB spektar. Njihova obrada moguća je u frekvencijskoj ili vremenskoj domeni. U oba slučaja potrebno je detektirati signale koji se reflektiraju od predmeta proučavanja, procijeniti njihovu amplitudu, polaritet, vremenski položaj i druge parametre. Takva sondiranja koriste se, primjerice, u proučavanju slojeva površine ceste. U ovom slučaju, predmet proučavanja su granice slojeva prevlake, koje reflektiraju sondirajući signal i imaju različite dielektrične konstante ε. Ovisno o omjeru dielektričnih konstanti ε medija, reflektirani signali mogu imati različite polaritete.
Ako su predmeti proučavanja (slojevi površine ceste) smješteni blizu jedan drugoga, tada se reflektirani signali međusobno preklapaju. Slika 2 prikazuje parcijalne signale S 3i (t), (i=1, 2, 3), reflektirane od tri različita sloja. Svaki od njih ima svoju amplitudu i oblik. Signal S 32 (t) ima obrnuti polaritet. Ukupni reflektirani signal S 3 (t)=S 31 (t)+S 32 (t)+S 33 (t), slika 3, malo je koristan za analizu. Kako bi se riješio problem rezolucije, moguće je smanjiti trajanje sondirajućeg signala S(t), ali to će dovesti do neopravdanog povećanja troškova razvoja ili tehničke neizvedivosti.
Jednostruka integracija signala reflektiranog od objekata 
Slika 4 ne rješava problem rezolucije, već reintegraciju 
Slika 5 omogućuje prilično točnu procjenu vremenskog položaja, polariteta i amplitude reflektiranih signala. Ova se procjena može dobiti vizualno ili pomoću računala.
Imajte na umu da je uz pomoć predložene linearne transformacije moguća obnova omjera amplituda parcijalnih signala i udaljenosti između njih čak iu slučaju kada signali kasne jedan u odnosu na drugi za vrijeme kraće od trajanja period središnjeg harmonika spektra signala, tj. u uvjetima ostvarivanja potencijalne razlučivosti raspona.
Dakle, predložena metoda omogućuje UWB radarsko detektiranje objekata proučavanja, približavajući se potencijalnoj rezoluciji.
Razmotrimo mogućnost praktične primjene predložene metode. Slika 6 prikazuje dijagram uređaja koji implementira predloženu metodu, gdje je:
1. Generator UWB signala.
2. Odašiljačka antena.
3. Prijemna antena.
4. Višeslojni medij koji se proučava.
5. Stroboskopski prijemnik.
6. Kontrolirana linija kašnjenja.
7. Analogno-digitalni pretvarač (ADC).
8. Računalo.
Signal iz računala 8 pokreće generator UWB signala 1, koji emitira antena 2. UWB signal reflektiran od višeslojnog medija 4 koji se proučava ulazi u antenu 3. Linija kašnjenja 6, kojom upravlja računalo 8, pokreće stroboskopski prijemnik 5, koji odabire jednu trenutnu amplitudu reflektiranog signala. Analogno-digitalni pretvarač 7 pretvara ovu vrijednost u kod koji čita računalo 8. Frekvencija pokretanja generatora 1 može biti nekoliko desetaka kiloherca, što ne zahtijeva brzi ADC 7. Vrijednost odgode 6 postavlja prozor prijema i položaj referentne točke u njemu. Ponavljanjem mjerenja mnogo puta, možete usrednjiti vrijednosti ovog uzorka reflektiranog signala, a promjenom vrijednosti kašnjenja, možete dobiti cjelokupnu implementaciju reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru točno na skali-vrijeme transformacija. Dakle, kao rezultat ponovljenog sondiranja, trenutne amplitude reflektiranog signala u prijamnom prozoru pohranjuju se u memoriju računala 8. Integracija dobivenih digitalnih uzoraka provodi se sekvencijalnim zbrajanjem uzoraka, a višestruka integracija sekvencijalnim primjenom ovog postupka. Na slikama 1-5, apscisa pokazuje brojeve uzoraka UWB signala. Dobivene rezultate integracije moguće je vizualno obraditi od strane operatera ili poznatim metodama obrade u računalu 8.
Stoga je predložena metoda tehnički izvediva i omogućuje povećanje rezolucije ultraširokopojasnog radarskog očitavanja.
Popis korištene literature
1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Osnove ultraširokopojasnih radarskih mjerenja. - M.: Radio i komunikacije, 1989. - 192 str.: ilustr.
2. Patent RU 2141674.
3. Patent FR 2626666.
4. Teorijske osnove radara / ur. V.E. Dulevich. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 str.
Metoda za povećanje razlučivosti ultraširokopojasnog radarskog očitavanja, koja se sastoji u emitiranju N-lobe sondirajućeg radijskog pulsa, gdje je N = 2, 3, 4, 5..., neprekidnog primanja reflektiranih signala u odabranom vremenskom prozoru, otkrivanja signale iz predmeta proučavanja, mjerenje i procjenu parametara signala reflektiranih od predmeta proučavanja, karakterizirano time da se ispitivanje objekta proučavanja radijskim impulsom s N-režnjem provodi opetovano; pri primanju reflektiranih signala, može se kontrolirati vrijednost kašnjenja postavlja prozor prijema s mogućnošću dobivanja cjelokupne implementacije reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru i položaj referentne točke u Integrira primljene uzorke reflektiranog signala u odabranom vremenskom prozoru prijema N-1 puta, pretvarajući vremensku strukturu signala s N-režnjem u jednostruku, osiguravajući rezoluciju obližnjih objekata proučavanja i koristi rezultate integracije za otkrivanje objekata proučavanja, mjerenje i procjenu parametara signala iz predmeta proučavanja.
Slični patenti:
Izum se odnosi na radiotehniku, uglavnom na radar stacionarnih objekata, a posebno se može koristiti za detekciju podzemlja.
Izum se odnosi na radar kratkog dometa i može se koristiti u autonomnim sustavima upravljanja kretanjem međusobno povezanih objekata za mjerenje kuta kontakta koncentriranog zračnog cilja na ograničenim udaljenostima pomoću aktivnog radara smještenog u zrakoplovu.
Izum se odnosi na radar kratkog dometa i može se koristiti za mjerenje kuta susreta zrakoplova s koncentriranim zračnim ciljem u uređajima za autonomno upravljanje kretanjem međusobno djelujućih objekata na ograničenim udaljenostima.
Izum se odnosi na radiotehniku i može se koristiti u sustavima pasivnog radijskog nadzora za identifikaciju, nalaženje smjera i određivanje lokacije zemaljskih i zračnih objekata emisijama njihovih UHF odašiljača pri korištenju jedne prijemne stanice.
