Радиолокатор подповерхностного зондирования

Полезная модель относится к области радиолокационной техники, а именно к радиолокаторам подповерхностного зондирования - георадарам, которые применяются для поиска и обнаружения объектов, расположенных в оптически непрозрачных средах, например под землей.

Предлагаемый радиолокатор содержит последовательно соединенные приемную антенну, усилитель, стробоскопический преобразователь, согласованный фильтр, устройство синхронизации и обработки сигнала, генератор видеоимпульсов и передающую антенну. При этом управляющий вход устройства синхронизации и управления соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя. Технический результат: повышение разрешающей способности радиолокатора и точности определения координат расположения объекта поиска.

Полезная модель относится к области радиолокационной техники, а именно к радиолокаторам подповерхностного зондирования - георадарам, которые применяются для поиска и обнаружения объектов, расположенных в оптически непрозрачных средах, например под землей и позволяют определить как глубину расположения объекта в среде, так и его координаты.

Основными областями применения георадаров являются:

- ЖКХ (жилищно-коммунальное хозяйство): поиск подземных теплотрасс, электрокабелей, образовавшихся пустот под дорогами и т.д.

- строительство: оценка качества стен и перекрытий по отсутствию пустот при заливке бетонных перекрытий, определение наличия арматуры и т.д.

- геофизика: определение расположения слоев грунта на разной глубине,

- археология: поиск древних захоронений и т.д.

- экология: поиск и обнаружение загрязнений водных акваторий посторонними предметами как находящимися в воде, так и в илистой поверхности дна водоема,

- спецтехника: поиск минно-взрывных устройств на автотрассах, на железнодорожном полотне, при гуманитарном разминировании территорий, поиск и обнаружение несанкционированных захоронений и т.д.

Известны радиолокаторы подповерхностного зондирования, содержащие приемную антенну, усилитель и стробоскопический преобразователь, соединенные последовательно друг с другом, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий вход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному входу устройства синхронизации и обработки сигнала и передающую антенну, вход которой соединен с генератором видеоимпульсов [1, 2]

Эти радиолокаторы подповерхностного зондирования позволяют обнаруживать объекты в грунте и определять как глубину нахождения объекта поиска, так и его координаты. Однако из-за ограниченности полосы пропускания приемной и передающей антенн излучаемый видеоимпульс «рассыпается» и полезный сигнал представляет собой видеоимпульс, имеющий осциллирующий характер. Это значительно ухудшает такие технические характеристики как точность определения координат объекта, так и

разрешающую способность, позволяющую различить два объекта расположенных на разных глубинах, либо на одной глубине, но разнесенных в пространстве.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является радиолокатор подповерхностного зондирования, включающий приемную антенну, усилитель и стробоскопический преобразователь, соединенные последовательно друг с другом, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, выход которого подключен к сигнальному входу устройства синхронизации и обработки сигнала и передающую антенну, вход которой соединен с генератором видеоимпульсов [3].

Этот радиолокатор, как и описанные выше аналоги, позволяет обнаруживать объект и определять его координаты, но это обеспечивается для относительно крупных (больших) объектов и не позволяет обнаруживать и различать мелкие объекты из-за недостаточной разрешающей способности.

Техническая задача, решаемая предлагаемым радиолокатором, является повышение разрешающей способности.

Сущность предложения заключается в том, что в известный радиолокатор введен согласованный фильтр, выполненный в виде синхронного накопителя.

Предложенное устройство поясняется рисунками, где на фиг.1 показана структурная схема радиолокатора, на фиг.2 приведена структурная схема согласованного фильтра, на фиг.3 показаны осциллограммы сигналов на выходе известного радиолокатора (фиг.3-а)е и на выходе предложенного радиолокатора (фиг.3-б).

Предлагаемый радиолокатор содержит последовательно соединенные приемную антенну 1, усилитель 2, стробоскопический преобразователь 3, согласованный фильтр 4, устройство 5 синхронизации и обработки сигнала, генератор видеоимпульсов 6 и передающую антенну 7. При этом управляющий вход устройства 5 синхронизации и управления 5 соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя 3.

Согласованный фильтр (фиг.2) представляет собой синхронный накопитель [4] и состоит из суммирующего устройства 8 и линий задержки 9, 10 и т.д. до N-1. При этом количество линий задержки должно быть N-1, где N - число колебаний в сигнале отраженном от объекта, которое определяется параметрами приемной 1 и передающей 7 антенн, а время задержки линий должно быть равно длительности одного колебания.

Радиолокатор работает следующим образом. Задающий импульс с устройства 5 синхронизации и обработки поступает на вход генератора видеоимпульсов 6 и одновременно на управляющий вход стробоскопического преобразователя 3. Видеоимпульс с генератора 6 через передающую антенну 7 излучается в заданном

направлении. Импульс, отраженный от поверхности среды, в которой находится объект поиска, и от самого объекта принимается приемной антенной 1, усиливается усилителем 2, поступает на стробоскопический преобразователь 3, который преобразует входной высокочастотный сигнал в низкочастотный. Далее при прохождении согласованного фильтра 4 возрастает отношение сигнал/шум и после обработки сигнала в устройстве 5 синхронизации и обработки, результат высвечивается на индикаторе этого устройства.

Положительным результатом данного предложения является то, что в согласованном фильтре происходит синхронное сложение входного сигнала, соответственно увеличение его амплитуды и отношения сигнал/шум, что позволяет уверенно определять как наличие, так и координаты объектов малого размера, т.е. повышает разрешающую способность радиолокатора. На фиг.3-а показан принятый сигнал без согласованного фильтра, а на фиг.3-б при использовании предлагаемого фильтра. Из этих результатов видно, что использование согласованного фильтра позволяет увеличить величину сигнала на 6 дБ и более.

Литература.

1. Г.Аленкович, Б.Левитас, А.Минин «Портативный геолокатор для подземных исследований», ж.СТА, №1, 1996 г., стр.68-69.

2. М.Владов, А.Старовойтов, «Аппаратура для георадиолокационных исследований», Введение в георадиолокацию, учебное пособие, изд. Московского университета, 2005 г., стр.26-33.

3. А.С.Бажанов, В.И.Кричевский, В.Н.Марчук, А.П.Местэртон и др. «Применение георадаров серии «Герад» для зондирования водоемов, инженерных коммуникаций и железнодорожных насыпей», книга «Вопросы подповерхностной радиолокации», изд. «Радиотехника», г.Москва, 2005 г., стр.237-245.

4. З.М.Каневский, М.И.Финкельштейн, «Флуктуационная помеха и обнаружение импульсных радиосигналов», Госэнергоиздат, 1963 г., стр.169-179.

Радиолокатор подповерхностного зондирования, содержащий приемную антенну, усилитель, стробоскопический преобразователь, последовательно соединенные друг с другом, устройство синхронизации и обработки сигнала, управляющий выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического преобразователя, генератор видеоимпульсов, вход которого подключен к сигнальному выходу устройства синхронизации и обработки сигнала, и передающую антенну, вход которой соединен с генератором видеоимпульсов, отличающийся тем, что в радиолокатор введен согласованный фильтр, выполненный в виде синхронного накопителя, вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход - к входу устройства синхронизации и обработки сигнала.