Radarové snímanie a rozlíšenie. Radarová metóda na štúdium ložísk rašeliny a sapropelu

Antipyretiká pre deti predpisuje pediater. Existujú však mimoriadne situácie s horúčkou, keď je potrebné dieťaťu okamžite podať liek. Vtedy rodičia preberajú zodpovednosť a užívajú antipyretické lieky. Čo je dovolené podávať dojčatám? Ako môžete znížiť teplotu u starších detí? Aké lieky sú najbezpečnejšie?

Stručný popis a príklady použitia metódy

Metóda georadarového podpovrchového snímania (vo všeobecne uznávanej terminológii je georadar; v anglickej literatúre sa táto metóda nazýva „Ground Penetrating Radar“ alebo GPR.) je založená na štúdiu šírenia elektromagnetických vĺn v médiu. Myšlienkou metódy je vysielať impulzy elektromagnetických vĺn a zaznamenávať signály odrazené od rozhraní medzi vrstvami sondovaného média, ktoré majú rozdiel v dielektrickej konštante. . Takýmito rozhraniami v skúmaných prostrediach sú napríklad kontakt medzi suchými a vlhkosťou nasýtenými pôdami (hladina podzemnej vody), kontakty medzi horninami rôzneho litologického zloženia, medzi horninou a materiálom umelej stavby, medzi zamrznutými a rozmrznutými pôdami, medzi horninovým podložím a voľné skaly atď. d. (schéma tvorby vlnového vzoru je na obr.).

Schéma vzniku difraktovanej elektromagnetickej vlny z potrubia umiestnenej v hĺbke H a vlny odrazenej od rozhrania medzi médiami s rôznymi dielektrickými konštantami: hĺbkový (a.) a časový (b.) úsek.

Všetky problémy riešené pomocou pozemného radaru možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín s metódami výskumu, spôsobmi spracovania, typmi zobrazovania výskumných objektov v oblasti elektromagnetických vĺn a prezentovaním výsledkov charakteristických pre každú skupinu. Prvá skupina zahŕňa geologické, hydrogeologické a geotechnické úlohy, ako napríklad mapovanie:

povrchy podložia pod voľnými sedimentmi;
hladiny podzemnej vody a hranice medzi vrstvami s rôznym stupňom nasýtenia vodou;
piesok, hlina, rašelina atď.;
zamrznuté pôdy;
stanovenie hrúbky vodnej vrstvy a zmapovanie poddnových sedimentov;
hrúbka ľadu a snehu.

Druhá skupina úloh zahŕňa vyhľadávanie miestnych objektov, inšpekciu inžinierskych stavieb, porušenie bežnej situácie, napríklad:

hľadanie podzemných dutín;
kontrola mostov a povrchov ciest;
mapovanie komunikácií (potrubia a káble);
kontrola betónových konštrukcií;
soľné pôdy;
úseky úseku s narušeným prirodzeným výskytom pôdy - rekultivovaná pôda, zasypané výkopy.

To. V súčasnosti sa GPR vo veľkej miere využíva pri výskume v relatívne malých hĺbkach cieľových objektov (0,2 – 15 metrov), s výnimkou štúdia ľadovcov a zamrznutých skál, v ktorých sa vďaka vysokej odolnosti hĺbka zväčšuje.

Georadar je digitálne, prenosné geofyzikálne zariadenie prenášané jedným operátorom, určené na riešenie širokého spektra geotechnických, geologických, environmentálnych, inžinierskych a iných problémov, kde je potrebné prevádzkové monitorovanie prostredia, získavanie pôdnych častí, ktoré nevyžadujú vŕtanie. alebo výkop. Počas ozvučenia dostáva operátor informácie v reálnom čase na displej vo forme radarového profilu (nazývaného radargram). Zároveň sú dáta zaznamenané na pevný disk počítača pre ďalšie použitie (spracovanie, tlač, interpretácia atď.).

Sada vymeniteľných anténnych modulov poskytuje možnosť sondovania v širokom frekvenčnom rozsahu (16 - 2000 MHz). Použitie konkrétneho anténneho systému je určené problémom, ktorý sa rieši počas ozvučenia. Zvýšenie frekvencie snímania vedie k lepšiemu rozlíšeniu; ale súčasne sa zvyšuje útlm elektromagnetickej vlny v médiu, čo vedie k zníženiu hĺbky sondovania; naopak, znížením frekvencie môžete zvýšiť hĺbku sondovania, ale za to budete musieť zaplatiť zhoršením rozlíšenia. Navyše so znižovaním frekvencie sa zvyšuje počiatočná zóna necitlivosti (tzv. mŕtva zóna) georadaru.

Nižšie je uvedená tabuľka závislosti rozlíšenia, mŕtvej zóny a hĺbky sondovania v závislosti od použitej antény. Predpokladá sa, že sa skúma pôda s relatívnou dielektrickou konštantou 4 a špecifickým útlmom 1-2 dB/meter. Hĺbkou rozumieme hĺbku detekcie plochej hranice s koeficientom odrazu 1. Treba mať na pamäti, že tieto údaje sú veľmi približné, silne závisia od parametrov sondovaného média.

Parameter	Stredová frekvencia
Parameter	2 GHz	900 MHz	500 MHz	300 MHz	150 MHz	75 MHz	38 MHz
Rozlíšenie, m	0.06 — 0.1	0.2	0.5	1.0	1.0	2.0	4.0
Mŕtva zóna, m	0.08	0.1-0.2	0.25-0.5	0.5-1.0	1.0	2.0	4.0
Hĺbka, m	1.5-2	3-5	7-10	10-15	7-10	10-15	15-30

Moderné GPR sú navrhnuté tak, aby pracovali v ťažko dostupných oblastiach s nepriaznivými klimatickými podmienkami a môžu byť použité kedykoľvek počas roka (prevádzková teplota GPR -20...+40°C).

Nižšie sú uvedené príklady použitia metódy na vyriešenie niektorých (veľmi málo) problémov.

	Objav troch kovových rúr zakopaných v zemi do hĺbky 1 - 1,5 metra. Každé potrubie dáva signál trajektórie vo forme hyperboly, ktorej vrchol zodpovedá jej umiestneniu. Frekvencia zvuku 900 MHz. Miesto sondovania - blízko Daugavpils, Lotyšsko.
	Objav krasovej dutiny vo vápencoch pod vrstvou hliny. Dutina (zakrúžkovaná) je viditeľná na ľavej strane profilu vo forme striedajúcich sa pruhov. Hlina je zobrazená v hornej časti ako nepretržitý signál. Snímacia frekvencia 300 MHz. Miestom sondovania je pobrežie Mŕtveho mora v Izraeli.
	Sondovanie tehlovej steny. V strede profilu je dobre viditeľný signál z kovovej skrine zabudovanej v stene. Frekvencia snímania 2 GHz. Miesto sondovania: Riga, Lotyšsko.
	Profilovanie jazera z dna plastovej lode. Použitá bola 500 MHz tienená anténa. V bahne sú veľmi dobre viditeľné kovové predmety (na obrázku označené ako MO).
	Tento profil bol získaný sondovaním steny štôlne soľnej bane. Signály vo forme mnohých hyperbol zo susedného driftu sú jasne viditeľné. Vzdialenosť medzi driftmi je približne 7,5 metra. Snímacia frekvencia 500 MHz. Miesto sondovania: Mirny, Rusko.

30 /11
2018

Aplikácia laserového skenovania v informačnom modelovaní budov

Moderné úlohy vznikajúce pri projektovaní, konštrukcii a prevádzke budov a stavieb vyžadujú prezentáciu údajov v trojrozmernom priestore, ktorý s vysokou presnosťou a úplnosťou popisuje vzájomnú polohu častí budov, stavieb, situáciu a topografiu.

Livshits M. Rozlíšenie meracích prístrojov // Quantum. - 2002. - č. 3. - S. 35-36.

Po osobitnej dohode s redakčnou radou a redakciou časopisu "Kvant"

Každý vie, že mikroskop je potrebný na to, aby sme napríklad spočítali počet mikróbov na scéne, ďalekohľad - na sčítanie hviezd na oblohe, radar - na určenie počtu lietadiel na oblohe a vzdialenosti ich.

V tomto článku si povieme o najdôležitejšej vlastnosti fyzických zariadení – o ich rozlíšení, t.j. veľkosť najmenších detailov meraných objektov rozlíšených počas procesu merania. Práve rozlíšenie je hlavnou charakteristikou kvality použitého meradla (dokonca dôležitejšie ako presnosť meraní). Napríklad jeho kvalita závisí nielen od zväčšenia mikroskopu. Ak mikroskopické zariadenie neposkytuje oddelené vnímanie dostatočne malých detailov objektu, potom sa výsledný obraz nezlepší ani pri výraznom zvýšení zväčšenia. Získame len väčší, ale rovnako neostrý obraz predmetného objektu. Samotné chyby merania sa navyše dajú určiť až po rozlíšení, t.j. po výbere tejto časti objektu z ostatných.

Ukážeme si, aké fyzikálne vlastnosti vzdialených (bezkontaktných) meračov priamo ovplyvňujú rozlíšenie získané pri ich použití a akými metódami je možné rozlišovaciu schopnosť takýchto zariadení zlepšiť.

Najprv urobme kvantitatívne hodnotenie. Čím jemnejšie detaily objektov dokáže daný prístroj počas procesu merania identifikovať, tým lepšie (vyššie) má rozlíšenie. Pre rôzne prístroje existujú rôzne definície a rôzne vzorce na kvantifikáciu rozlišovacej schopnosti v závislosti od účelu a metód: napríklad či rozlíšenie detailov objektu (mikroskop, ďalekohľad, ďalekohľad) alebo jednotlivých čiar v emisnom spektre (hranol). , difrakčná mriežka a iné spektrálne zariadenia) sa posudzuje ), či sa využíva nezávislosť pozorovania a merania súradníc viacerých cieľov (radar, sonar, zvierací echolokátor) atď. Všeobecne akceptovaným základom pre kvantitatívne hodnotenie rozlíšenia je však Rayleighovo kritérium, pôvodne zavedené pre prípad oddeleného pozorovania dvoch bodových svetelných zdrojov (rozlíšenie dvojhviezd). Jeho zovšeobecnenie, ktoré umožňuje použiť toto kritérium v rôznych prípadoch, sa uskutočňuje nasledovne.

Vstupný efekt na meracie zariadenie nech pozostáva z dvoch píkov oddelených intervalom Δ X; v tomto prípade sa na výstupe zariadenia z každého vrcholu získa „odpoveď“ vo forme rozšírenejšej X výbuch konečnej šírky, charakterizujúci vlastnosti zariadenia a nazývaný hardvérová funkcia (obr. 1). Potom sa Rayleighovo rozlíšenie nazýva minimálny interval Δ X min medzi účinkami dvoch vrcholov, pri ktorých má celková odozva stále tvar dvojitej hrboľatej krivky (obr. 2, a). Ak znížime Δ X, vrchol celkového výbuchu je sploštený a výbuchy sa spájajú do jedného (obr. 2, b).

Aké parametre vĺn používaných vo vzdialených senzoroch určujú rozlíšenie? Ukazuje sa, že tento parameter je stupňom koherencie vĺn (latinské slovo „koherentné“ znamená „spojené“).

Najprv si spomeňme na koherenciu kmitov. Oscilácie sa nazývajú koherentné, ak fázové rozdiely a pomery amplitúd oscilácií zostávajú konštantné počas celej doby pozorovania. V najjednoduchšom prípade sú dve sínusové oscilácie \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) a \(~B \cos (\omega t + \beta)\) koherentné, kde A, IN, α A β - konštantné hodnoty. Keďže vlnové procesy sú determinované osciláciami vo všetkých bodoch v priestore, kde tieto vlny existujú, nevyhnutnou podmienkou pre koherenciu vĺn je koherencia oscilácií vyskytujúcich sa v každom danom bode vlny počas doby pozorovania.

Všeobecnejšia a stručnejšia definícia vlnovej nekoherencie je, že lúče svetla alebo iných vĺn budú nekoherentné, ak sa fázový rozdiel medzi osciláciami vo všetkých bodoch v priestore, kde tieto vlny koexistujú, opakovane a nepravidelne mení počas doby pozorovania.

Teraz sa pokúsime nadviazať spojenie medzi rozlíšením merača a stupňom koherencie vĺn. Najjasnejšie sa to dá urobiť na príklade radaru - metódy určovania polohy objektov pomocou rádiových vĺn.

V krátkosti si pripomeňme princíp fungovania pulznej radarovej stanice (radaru). Obrázok 3 zobrazuje blokovú schému radaru. Tu 1 - vysielač, 2 - prepínač antény, 3 - anténa, 4 - vyžarovací diagram antény, 5 - prijímač, 6 - indikátor. Radarový vysielač pomocou úzko nasmerovanej antény periodicky ožaruje priestor krátkodobými sledmi rádiových vĺn (tzv. sondovanie, t. j. „sondovacie“ impulzy). Otáčaním antény (alebo inými metódami) sa mení smer vyžarovania rádiových vĺn a tým sa uskutočňuje postupné snímanie väčšieho či menšieho sektora priestoru (alebo kruhový pohľad). Impulzy odrazené od rôznych cieľov prichádzajú (zvyčajne cez tú istú anténu) do radarového prijímača. V tomto prípade je určenie uhlových súradníc cieľov založené na použití anténneho žiarenia a vzorcov príjmu. Rozsah D vyrobené meraním času oneskorenia t zap príchodu impulzu odrazeného od cieľa vo vzťahu k okamihu vyžarovania snímacieho impulzu:

\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,

Kde c- rýchlosť svetla. Dvojka v menovateli sa objaví, pretože čas oneskorenia je súčtom času, ktorý trvá, kým sondovací impulz dosiahne cieľ, a rovnakého času, kým odrazený impulz dosiahne radar.

Uhlové rozlíšenie radaru je najmenší rozdiel uhla Δ α medzi smermi pri dvoch cieľoch umiestnených v rovnakom dosahu, pri ktorých sa od nich odrazené impulzy pozorujú oddelene. Je ľahké vidieť, že to zodpovedá najjednoduchšiemu prípadu priestorovej nekoherencie: tie ciele sú rozlíšené (podľa uhla), ktoré nemôžu byť súčasne zasiahnuté „osvetľujúcim“ radarovým žiarením, pretože smery na nich sa líšia šírkou žiarenia antény. vzor (obr. 4).

Rozlíšenie dosahu radaru je najmenšia vzdialenosť δ r medzi dvoma cieľmi umiestnenými v rovnakom smere, v ktorých sú pozorované oddelene. V takzvaných klasických radaroch sa ako snímací impulz používal sínusový sled vĺn s konštantnou amplitúdou. Vysvetľuje to najmä skutočnosť, že takýto vlak sa dá ľahko vytvoriť: stačí krátkodobo aplikovať konštantné vysoké napätie na vysokofrekvenčný generátor (napríklad magnetrón). Rovnomernosť konštrukcie vlaku vedie k tomu, že vlny odrazené od rôznych cieľov budú mať rovnakú frekvenciu (ak sa budú pohybovať smerom k radaru rovnakou rýchlosťou alebo ak možno zanedbať Dopplerov jav), v rámci vzájomného prekrytia odrazených impulzy budú koherentné a ciele budú úplne oddelené, nebude to fungovať. Impulzy odrazené od dvoch cieľov budú nekoherentné iba vtedy, keď sa nezhodujú v čase príchodu do radarového prijímača a preto sa neprekrývajú na obrazovke indikátora (obr. 5).

Rozlíšenie dosahu týchto radarov je teda

\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,

Kde τ - trvanie pulzu. Môžeme povedať, že v uvažovanom radare sa inkoherencia odrazených signálov prichádzajúcich z rôznych cieľov javí v najjednoduchšej forme: ako absencia ich časovej zhody.

Ako je zrejmé z posledného vzorca, na zvýšenie rozlíšenia rozsahu je potrebné skrátiť trvanie impulzu τ . To však nevyhnutne vedie k zodpovedajúcemu rozšíreniu frekvenčného pásma. Faktom je, že na jednej strane existuje zásadný vzťah medzi dĺžkou trvania τ signál (napríklad zlomená sínusoida) a šírka Δ ν jeho spektrum (na frekvenčnej škále), v ktorom je sústredená hlavná energia impulzu:

\(~\Delta \nu \približne \frac(1)(\tau)\) .

Na druhej strane je celkom jasné, že rozsah detekcie cieľa je určený energiou sondovania, a teda vracajúceho sa impulzu. To znamená, že keď sa impulz skráti, musí sa zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť výkon vysielača, čo nie je ľahká úloha.

Pri hľadaní východiska z tejto situácie sa radary vydali cestou zväčšovania šírky pásma impulzu bez zmeny jeho trvania: prechodom od sínusovej k zložitejšej vnútornej štruktúre snímacieho impulzu. Takto sa objavili radary s lineárne frekvenčne modulovanými (chirp) sondážnymi impulzmi (obr. 6). V tomto prípade sa ukazuje, že vzťah medzi trvaním a šírkou signálu už nebude platiť pre trvanie impulzu τ imp , a pre čas súdržnosti τ kog:

\(~\tau_(kog) \approx \frac(1)(\Delta \nu)\) , kde \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).

Je pravda, že na tento účel je do radarového prijímača zavedený ďalší špeciálny filter, pomocou ktorého sa prijatý impulz stlačí na dobu trvania τ s = τ kog. Teraz budú impulzy na obrazovke radaru oddelené v oveľa menšej vzdialenosti medzi cieľmi ako v prípade použitia sínusového impulzu:

\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,

To potvrdzuje neoddeliteľnú súvislosť medzi rozlíšením vzdialeného merača a stupňom koherencie vĺn: na zvýšenie (zlepšenie) rozlíšenia merača je potrebné zhoršiť koherenciu použitých vĺn.

Je zaujímavé, že v živej prírode vývoj v tomto smere zašiel ešte ďalej. Napríklad popri netopieroch, ktorých echolokátory využívajú aj cvrlikavé sondovacie impulzy, existujú takzvané „šuchotavé“ netopiere, ktoré využívajú ešte viac širokopásmových šumových impulzov, t.j. vysokofrekvenčné impulzy modulované „bielym“ šumom. Detekujú ciele pri výrazne nižších výkonoch žiarenia a zároveň poskytujú lepšiu ochranu ich lokátorom pred interferenciou, najmä pred vzájomnou interferenciou, ku ktorej dochádza, keď veľké skupiny týchto netopierov súčasne lovia hmyz.

Vynález sa týka oblasti radarového snímania pomocou jediného ultraširokopásmového (UWB) pulzných signálov a môže byť použitý pri snímaní niekoľkých blízkych objektov, napríklad vrstiev asfaltovej vozovky. Metóda spočíva vo vysielaní N-lalokového sondovacieho rádiového impulzu, kontinuálnom prijímaní odrazeného signálu, jeho integrácii N-1 krát vo zvolenom časovom okne, detekcii a vyhodnotení signálov zo skúmaných objektov. Dosiahnutým technickým výsledkom vynálezu je zvýšenie presnosti rozlíšenia snímania UWB. 6 chorých.

Vynález sa týka oblasti radarového snímania pomocou ultraširokopásmových (UWB) pulzných signálov s trvaním T a možno ho použiť pri snímaní viacerých objektov, pričom vzdialenosť medzi nimi L je porovnateľná s сT, kde c je rýchlosť svetla v médiu. , t.j. v podmienkach, keď sa signály odrazené od viacerých predmetov štúdia navzájom prekrývajú. Tento problém vzniká napríklad pri sondovaní podpovrchových vrstiev pôdy, najmä viacvrstvových asfaltových vozoviek.

Je známe, strana 24, že každý signál S(t), ktorý môže vysielať anténa, musí spĺňať podmienku: vrátane jedného viaclalokového zvukového radarového UWB signálu.

Pri použití UWB radarového snímania niekoľkých blízkych výskumných objektov vzniká problém s rozlíšením signálov prijímaných z jedného a druhého objektu. Tento problém sa zhoršuje prítomnosťou rušenia, nedokonalým vysielacím a prijímacím zariadením a mnohými ďalšími faktormi.

Tradičným spôsobom predspracovania radarového signálu odrazeného od predmetu štúdia je jeho detekcia - výber nízkofrekvenčnej funkcie - amplitúdovej (komplexnej) obálky rádiového impulzu. Pri práci s UWB signálmi amplitúdová obálka UWB signálu získaná pomocou Hilbertovej transformácie nie vždy správne odráža znaky jeho tvaru str.17. V tomto prípade nie je realizované potenciálne vysoké rozlíšenie UWB signálov.

Známy patent RU 2141674 - spôsob ultraširokopásmového radarového snímania, ktorý spočíva vo vyslaní impulzu jednou anténou, prijatí tohto impulzu ďalšou - vzdialenou anténou, prijatý impulz sa oneskorí, prežiari a prijme anténou umiestnenou na miesto primárneho žiarenia. Táto metóda umožňuje časovo oddeliť signály prijímané z antény a z okolitých konštrukčných prvkov. Pri tejto metóde je problém rozlíšenia vyriešený časovým oddelením odrazených signálov.

Nevýhodou tejto metódy je obmedzený rozsah použitia vzhľadom na skutočnosť, že možnosť umelej časovej separácie odrazených signálov od viacerých objektov štúdia vzniká len zriedka.

Najbližšie k nárokovanému spôsobu je, že vysielajú N-lalokový sondovací rádiový impulz, nepretržite prijímajú odrazený signál vo zvolenom časovom okne, detegujú a vyhodnocujú signály z predmetov štúdia. Ak chcete vyriešiť problém s rozlíšením, určite:

Priamy prenos signálu z vysielacej do prijímacej antény (pri sondovaní otvoreného priestoru), ktorý je pri následnom sondovaní okolia odčítaný od prijatého signálu;

Totálny odrazový signál pri snímaní plechu, ktorý sa používa na kalibráciu následných snímaní.

Dopredný signál sa odpočítava od signálu prijatého z výskumných objektov. Potom sa jedna po druhej deteguje najbližšia odozva a s prihliadnutím na útlm známeho signálu totálneho odrazu sa odčíta od prijatého signálu. Takto je teoreticky možné rozlíšiť prijaté signály.

Nevýhodou tejto metódy je nízka presnosť. Po prvé, signál prechádzajúci médiom mení frekvenčné spektrum, a teda nielen amplitúdu, ale aj svoj tvar. V dôsledku toho sa ukazuje ako nevhodné použiť signál totálneho odrazu ako kalibračný signál. Po druhé, rekurzívny charakter spracovania, pri ktorom je každý nový objekt objavený na základe výsledkov detekcie predchádzajúceho, vedie k hromadeniu chýb.

Problém, ktorý rieši tento vynález, je zvýšiť rozlíšenie snímania UWB odrazeného od blízkych objektov, a teda získať viac a kvalitnejších informácií z radarového snímania.

Vyriešiť problém spočívajúci v metóde zvýšenia rozlíšenia ultraširokopásmového radarového snímania, ktorá spočíva vo vysielaní N-lalokového sondovacieho rádiového impulzu, nepretržitom prijímaní odrazeného signálu vo zvolenom časovom okne, detekcii a vyhodnocovaní signálov zo skúmaných objektov. , integrovanie odrazeného signálu vo vybranom časovom okne N -1 čas a použiť výsledky integrácie na detekciu a vyhodnotenie signálov z objektov štúdia.

Významný rozdiel medzi navrhovanou metódou a prototypom je v tom, že pri sondovaní N-lalokovým rádiovým impulzom sa odrazený signál integruje vo zvolenom časovom okne N-1 krát.

Prototyp využíva operáciu odčítania známych odpovedí od prijatého signálu.

Použitie viacnásobnej integrácie N-1, lineárnej metódy na konverziu prijatých signálov, umožňuje previesť ich viaclalokovú časovú štruktúru na jednolalokovú. Obrázok 1 ukazuje, že trojlalokový rádiový impulz po jedinom sondovaní sa stáva dvojlaločným a po druhej integrácii - jednolalokový. Ak by takýto impulz mohla vysielať anténa, potom by sa úloha rozlíšenia blízkych objektov výrazne zjednodušila. Integrácia prijatého signálu pre lineárny systém je ekvivalentná integrácii vstupného signálu. Integrácia výstupného signálu teda výrazne zjednodušuje rozlíšenie blízkych objektov.

Spôsob podľa vynálezu je ilustrovaný nasledujúcimi grafickými materiálmi.

Obrázok 1 - výsledky sekvenčnej integrácie trojlalokového signálu.

Obrázok 2 - čiastkové signály odrazené od troch objektov.

Obrázok 3 - celkový signál odrazený od troch objektov.

Obrázok 4 je výsledkom jedinej integrácie odrazeného signálu.

Obrázok 5 je výsledkom dvojitej integrácie odrazeného signálu.

Uvažujme o možnosti implementácie navrhovanej metódy.

Pre radarové sondovanie možno použiť jednotlivé rádiové impulzy s malým počtom časových lalokov N=2-5, napríklad trojlalokový impulz S(t), znázornený na obr. Takéto signály majú spektrum UWB. Ich spracovanie je možné vo frekvenčnej alebo časovej oblasti. V oboch prípadoch je potrebné detekovať signály odrazené od predmetov štúdia, vyhodnotiť ich amplitúdu, polaritu, časovú polohu a ďalšie parametre. Takéto sondáže sa využívajú napríklad pri štúdiu povrchových vrstiev vozoviek. V tomto prípade sú predmetom štúdia hranice vrstiev povlaku, ktoré odrážajú snímací signál a majú rôzne dielektrické konštanty ε. V závislosti od pomeru dielektrických konštánt ε média môžu mať odrazené signály rôznu polaritu.

Ak sú objekty štúdia (vrstvy povrchu vozovky) umiestnené blízko seba, odrazené signály sa navzájom prekrývajú. Obrázok 2 ukazuje čiastkové signály S3i (t), (i=1, 2, 3), odrazené od troch rôznych vrstiev. Každý z nich má svoju vlastnú amplitúdu a tvar. Signál S 32 (t) má opačnú polaritu. Celkový odrazený signál S3(t)=S31(t)+S32(t)+S33(t), obr. 3, je málo použiteľný na analýzu. Na vyriešenie problému s rozlíšením je možné skrátiť dobu trvania snímacieho signálu S(t), čo však povedie k neodôvodnenému zvýšeniu nákladov na vývoj alebo k technickej neuskutočniteľnosti.

Jednoduchá integrácia signálu odrazeného od objektov Obr.4 nerieši problém rozlíšenia, ale reintegrácie Obr.5 nám umožňuje pomerne presne odhadnúť časovú polohu, polaritu a amplitúdu odrazených signálov. Toto hodnotenie je možné získať vizuálne alebo pomocou počítača.

Všimnite si, že pomocou navrhovanej lineárnej transformácie je možné obnoviť pomer amplitúd čiastkových signálov a vzdialenosti medzi nimi aj v prípade, keď sú signály voči sebe oneskorené o čas kratší ako je trvanie signálu. perióda centrálnej harmonickej spektra signálu, t.j. v podmienkach realizácie rozlíšenia potenciálneho rozsahu.

Navrhovaná metóda teda umožňuje radarové snímanie UWB detekovať objekty štúdia, blížiace sa potenciálnemu rozlíšeniu.

Uvažujme o možnosti praktickej implementácie navrhovanej metódy. Obrázok 6 zobrazuje schému zariadenia, ktoré implementuje navrhovanú metódu, kde:

1. Generátor UWB signálu.

2. Vysielacia anténa.

3. Prijímacia anténa.

4. Viacvrstvové médium, ktoré sa skúma.

5. Stroboskopický prijímač.

6. Riadená oneskorovacia linka.

7. Analógovo-digitálny prevodník (ADC).

8. Počítač.

Signál z počítača 8 spúšťa generátor UWB signálu 1, ktorý je vysielaný anténou 2. UWB signál odrazený od skúmaného viacvrstvového média 4 vstupuje do antény 3. Oneskorovacia linka 6, riadená počítačom 8, spúšťa stroboskopický prijímač 5, ktorý volí jednu okamžitú amplitúdu odrazeného signálu. Analógovo-digitálny prevodník 7 prevedie túto hodnotu na kód, ktorý načíta počítač 8. Spúšťacia frekvencia generátora 1 môže byť desiatky kilohertzov, čo nevyžaduje vysokú rýchlosť ADC 7. Hodnota oneskorenia 6 nastavuje okno príjmu a polohu referenčného bodu v ňom. Mnohonásobným opakovaním meraní môžete spriemerovať hodnoty tejto vzorky odrazeného signálu a zmenou hodnoty oneskorenia môžete získať celú implementáciu odrazeného signálu vo zvolenom časovom okne s presnosťou na čas stupnice. transformácia. V dôsledku opakovaného snímania sú teda okamžité amplitúdy odrazeného signálu v prijímacom okne uložené v pamäti počítača 8. Integrácia získaných digitálnych vzoriek sa uskutočňuje sekvenčným sčítaním vzoriek a viacnásobná integrácia sa uskutočňuje sekvenčnou aplikáciou tohto postupu. Na obrázkoch 1-5 os x ukazuje čísla vzoriek UWB signálu. Získané výsledky integrácie môže operátor spracovať vizuálne alebo známymi spôsobmi spracovania v počítači 8.

Navrhovaný spôsob je teda technicky realizovateľný a umožňuje zvýšiť rozlíšenie ultraširokopásmového radarového snímania.

Zoznam použitej literatúry

1. Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Základy ultraširokopásmových radarových meraní. - M.: Rádio a spoje, 1989. - 192 s.: chor.

2. Patent RU 2141674.

3. Patent FR 2626666.

4. Teoretické základy radaru / Ed. V.E. Dulevich. - M.: Sov. rozhlas, 1978. - 608 s.

Spôsob zvýšenia rozlíšenia ultraširokopásmového radarového snímania, ktorý spočíva vo vysielaní N-lalokového sondovacieho rádiového impulzu, kde N = 2, 3, 4, 5..., nepretržitom prijímaní odrazených signálov vo zvolenom časovom okne, detekcii signály z predmetov štúdia, meranie a vyhodnocovanie parametrov signálov odrazených od predmetov štúdia, vyznačujúce sa tým, že sondovanie predmetu štúdia rádiovým impulzom N-laloku sa vykonáva opakovane; pri príjme odrazených signálov je kontrolovateľný hodnota oneskorenia nastavuje okno príjmu so schopnosťou získať celú realizáciu odrazeného signálu vo zvolenom časovom okne a polohu referenčného bodu v Integruje prijaté vzorky odrazeného signálu vo zvolenom časovom okne príjmu N-1 krát, prevádza N-lalokovú časovú štruktúru signálu na jednolalokovú, poskytujúcu rozlíšenie blízkych objektov štúdia a využíva výsledky integrácie na detekciu objektov štúdia, meranie a vyhodnocovanie parametrov signálov z objektov štúdia.

Podobné patenty:

Vynález sa týka rádiového inžinierstva, hlavne radaru stacionárnych objektov, a najmä ho možno použiť na podpovrchové snímanie.

Vynález sa týka radaru krátkeho dosahu a možno ho použiť v autonómnych riadiacich systémoch na pohyb interagujúcich objektov na meranie uhla dotyku sústredeného vzdušného cieľa na obmedzené vzdialenosti pomocou aktívneho radaru umiestneného na lietadle.

Vynález sa týka radaru krátkeho dosahu a možno ho použiť na meranie uhla stretu lietadla s koncentrovaným vzdušným cieľom v zariadeniach na autonómne riadenie pohybu interagujúcich objektov na obmedzené vzdialenosti.

Vynález sa týka rádiového inžinierstva a môže byť použitý v pasívnych rádiových monitorovacích systémoch na identifikáciu, vyhľadávanie smeru a určovanie polohy pozemných a vzdušných objektov pomocou emisií ich UHF vysielačov pri použití jednej prijímacej stanice.

Je známe, s. 24, že každý signál S(t), ktorý môže vysielať anténa, musí spĺňať podmienku:

Vrátane jedného viaclalokového zvukového radarového UWB signálu.