RU2707419C1 - Method for georadiolocation sounding and device for its implementation - Google Patents

Method for georadiolocation sounding and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2707419C1
RU2707419C1 RU2019105789A RU2019105789A RU2707419C1 RU 2707419 C1 RU2707419 C1 RU 2707419C1 RU 2019105789 A RU2019105789 A RU 2019105789A RU 2019105789 A RU2019105789 A RU 2019105789A RU 2707419 C1 RU2707419 C1 RU 2707419C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
field
georadar
frequency
pulses
electromagnetic
Prior art date
Application number
RU2019105789A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ярослав Викторович Савватеев
Борис Анатольевич Корнилов
Original Assignee
Ярослав Викторович Савватеев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ярослав Викторович Савватеев filed Critical Ярослав Викторович Савватеев
Priority to RU2019105789A priority Critical patent/RU2707419C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707419C1 publication Critical patent/RU2707419C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to geophysical survey methods, geophysical survey, particularly to high-frequency electrical prospecting. Method for georadiolocation sounding comprises feeding ultra-broadband pulses of meter and decimeter range of electromagnetic waves on analyzed medium from radiating antenna, reception of the electromagnetic pulses by the receiving antenna, registration of the reflected electromagnetic field from the boundaries with different contrast value of the relative dielectric permeability of the medium excited in the analyzed medium by the probing pulses of the electromagnetic field source in the transmitting antenna, storing the obtained data on an electronic carrier, processing the obtained data in specialized software packages and analyzing the radargrams with visualization of the object of analysis in the form of local or extended objects, besides, creating a background field in the analyzed medium which overlaps the obtained wave pattern of the georadar field.
EFFECT: technical result consists in expansion of time resolution of reflected signal.
5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизических методов исследований, проведения геофизических работ, в частности к высокочастотной электроразведке, называемой также георадиолокационным зондированием, точнее к способам и устройствам для электроразведки, и может быть использовано для обнаружения по контрасту диэлектрической проницаемости в верхней части разреза различных локальных объектов, изучения геологического строения участков земли и решения других прикладных инженерных задач.The invention relates to the field of geophysical research methods, geophysical work, in particular to high-frequency electrical exploration, also called georadar sensing, and more specifically to methods and devices for electrical exploration, and can be used to detect the contrast of the dielectric constant in the upper part of the section of various local objects, study the geological structure of land and other applied engineering problems.

На современном рынке геофизического оборудования существует потребность в технологиях, содержащих необходимый набор компонентов, способными к коплексированию методов, например, технологии получения отраженного сигнала в электромагнитном диапазоне, совмещенными с возможностью изменения свойств среды, например, при помощи наведенных фоновых электромагнитных полей или полей другой природы.In the modern market of geophysical equipment, there is a need for technologies containing the necessary set of components, capable of coplexing methods, for example, technologies for obtaining a reflected signal in the electromagnetic range, combined with the ability to change the properties of the medium, for example, using induced electromagnetic fields or fields of a different nature.

Известен способ электроразведки, включающий возбуждение электромагнитного поля путем создания в генераторном контуре псевдослучайной биполярной последовательности пакетов периодических импульсов тока. Вычисляют величину взаимной корреляционной функции (ВКФ) компоненты (производной по времени) магнитного или электрического поля и формы тока либо при начальном сдвиге ΔТ между временными рядами ВКФ, либо без него. По отсчетам ВКФ с шагом, равным периоду импульсов тока, судят об импульсной реакции геоэлектрической среды и по ней - о строении геоэлектрической среды. По различию импульсных реакций на фоне и при отсутствии первичного магнитного поля выделяют объекты по их индуцированной намагниченности, (патент RU 2354999 С1, 04.07.2007, G01V 3/08) Однако, данный способ не позволяет непосредственно при проведении полевых работ указать наличие объектов поиска, необходимо провести процедуру обработки полученных сигналов.A known method of electrical exploration, including the excitation of an electromagnetic field by creating in the generator circuit a pseudo-random bipolar sequence of packets of periodic current pulses. The magnitude of the mutual correlation function (VCF) of the component (time derivative) of the magnetic or electric field and the shape of the current is calculated either with or without an initial shift ΔТ between the time series of the VCF. According to the readings of the VKF with a step equal to the period of the current pulses, one judges the impulse response of the geoelectric medium and from it - the structure of the geoelectric medium. By the difference in impulse reactions in the background and in the absence of a primary magnetic field, objects are distinguished by their induced magnetization, (patent RU 2354999 C1, 07/07/2007, G01V 3/08) However, this method does not allow to directly indicate the presence of search objects during field work, it is necessary to carry out the procedure for processing the received signals.

Известно устройство для георадиолокационного зондирования «георадар» (радиотехнический прибор подповерхностного зондирования РППЗ «ОКО-2»), содержащее приемную и передающую антенну со сменными антенными блоками центральной частоты 1500 - 90 мГц (Сертификат соответствия №15.000.0581). Указанное устройство не позволяет непосредственно выявить аномалии, связанные с локальными объектами, либо позволяет это в редких случаях с достаточным контрастом диэлектрической проницаемости, в частности, для уточнения положения локальных объектов также необходим программный пакет с рядом процедур для обработки отраженного сигнала с целью показать местонахождение локального объекта.A device for georadar sounding "georadar" (radio-technical device of subsurface sounding RPPZ "OKO-2"), containing a receiving and transmitting antenna with removable antenna units of a central frequency of 1500 - 90 MHz (Certificate of Compliance No. 15.000.0581). The specified device does not allow to directly identify anomalies associated with local objects, or in rare cases it allows sufficient contrast of the dielectric constant, in particular, a software package with a number of procedures for processing the reflected signal to show the location of a local object is also needed to clarify the position of local objects .

Наиболее близким к предложенному является способ, реализуемый устройством для электроразведки и включающий подачу на исследуемую среду с излучающей антенны электромагнитных волн, прием приемной антенной электромагнитных импульсов, регистрацию отраженного электромагнитного поля от границ с различной величиной контраста относительной диэлектрической проницаемости среды, возбуждаемого в исследуемой среде зондирующими импульсами источника электромагнитного поля в передающей антенне, сохранение полученных данных на электронном носителе, обработку полученных данных в специализированных программных пакетах и анализ радарограмм, с визуализацией объекта исследования в виде локальных (по дифрагированным волнам), либо протяженных объектов (по отраженным волнам) (патент RU 2668306 С1, 20.11.2017, G01V 3/12)Closest to the proposed one is a method implemented by a device for electrical reconnaissance and comprising applying electromagnetic waves to the test medium from a radiating antenna, receiving electromagnetic pulses by a receiving antenna, registering the reflected electromagnetic field from boundaries with different contrast ratios of the relative permittivity of the medium excited in the test medium by probing pulses electromagnetic field source in the transmitting antenna, storing the received data on an electronic nose Thus, processing the obtained data in specialized software packages and analysis of radarograms, with visualization of the object of study in the form of local (by diffracted waves) or extended objects (by reflected waves) (patent RU 2668306 C1, 11/20/2017, G01V 3/12)

Однако указанный способ также не позволяет непосредственно по полученной волновой картине выявить аномалии, связанные с локальными объектами.However, this method also does not allow directly revealing anomalies associated with local objects directly from the obtained wave pattern.

Наиболее близким к предложенному является устройство (комплекс) для проведения георадиолокационного зондирования (содержащее приемную и передающую антенну, блок управления и регистрации), расположенный на железнодорожной подвижной единице (патент RU 118065 U1, 26.01.2012, G01N 22/00)Closest to the proposed one is a device (complex) for georadar sensing (containing a receiving and transmitting antenna, control and registration unit) located on a railway rolling unit (patent RU 118065 U1, 01/26/2012, G01N 22/00)

Указанное устройство обеспечивает различный угол приема отраженного сигнала для уточнения положения локальных объектов, и не позволяет производить комплексирование методов, свойства среды не меняются, повышаются трудозатраты геофизических работ.The specified device provides a different angle of reception of the reflected signal to clarify the position of local objects, and does not allow the combination of methods, the properties of the environment do not change, the labor costs of geophysical work increase.

Задачей изобретения является расширение временной разрешенности отраженного сигнала путем создания способа георадиолокационного зондирования и устройства для георадиолокационного зондирования, в частности электромагнитного поля, путем установки дополнительного компактного оборудования и получения низкочастотного фонового поля (поля подсветки), в том числе не синхронизированного с центральной излучающей частотой георадара.The objective of the invention is to expand the temporal resolution of the reflected signal by creating a method of georadar sensing and a device for georadar sensing, in particular an electromagnetic field, by installing additional compact equipment and obtaining a low-frequency background field (backlight field), including not synchronized with the central emitting frequency of the georadar.

Другой задачей изобретения является минимизация процедур обработки отраженного сигнала, в частности, аппаратной реализации операции деконволюции, для чего устройство имеет встроенный процессор с набором режимов изменения частот фонового электромагнитного поля.Another object of the invention is to minimize the processing of the reflected signal, in particular, the hardware implementation of the deconvolution operation, for which the device has an integrated processor with a set of modes for changing the frequencies of the background electromagnetic field.

Предложенное изобретение направлено на поиск геофизических аномалий, характеризующих местоположение локальных объектов, таких как трубопроводы, кабели высокого напряжения, археологические объекты и др.The proposed invention is aimed at searching for geophysical anomalies characterizing the location of local objects, such as pipelines, high-voltage cables, archaeological objects, etc.

Поставленная задача решается тем, что в способе георадиолокационного зондирования, включающем подачу на исследуемую среду с излучающей антенны сверхширокополосных импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн, прием приемной антенной электромагнитных импульсов, регистрацию отраженного электромагнитного поля от границ с различной величиной контраста относительной диэлектрической проницаемости среды, возбуждаемого в исследуемой среде зондирующими импульсами источника электромагнитного поля в передающей антенне, сохранение полученных данных на электронном носителе, обработку полученных данных в специализированных программных пакетах и анализ радарограмм, с визуализацией объекта исследования в виде локальных, либо протяженных объектов, дополнительно создают в исследуемой среде фоновое поле, накладывающееся на полученную волновую картину поля георадара.The problem is solved in that in the method of georadar sounding, which includes applying to the test medium ultra-wideband pulses of a meter and decimeter range of electromagnetic waves from a radiating antenna, receiving a receiving antenna of electromagnetic pulses, registering the reflected electromagnetic field from boundaries with different contrast ratios of the relative dielectric constant of the medium excited in the medium under investigation by probing pulses of an electromagnetic field source in a transmitting an Tenne, storing the received data on an electronic medium, processing the obtained data in specialized software packages and analyzing radarograms, with visualization of the research object in the form of local or extended objects, additionally create in the medium under study a background field superimposed on the resulting wave pattern of the georadar field.

Преимущественно, в исследуемой среде создают электромагнитное поле, синхронизированное или не синхронизированное с полем георадара.Advantageously, an electromagnetic field is created in the medium under study, synchronized or not synchronized with the georadar field.

Преимущественно, частоту подачи электромагнитных импульсов, в случае синхронизации работы передающей антенны, и модуля создания фонового поля, изменяют по определенному алгоритму в зависимости от частоты фонового поля, либо фоновое поле изменяют по заданному алгоритму в соответствии с заданной частотой подачи импульсов в передающей антенне, в зависимости от объектов исследования согласно технического задания.Advantageously, the frequency of supply of electromagnetic pulses, in the case of synchronization of the operation of the transmitting antenna, and the module for creating the background field, is changed according to a certain algorithm depending on the frequency of the background field, or the background field is changed according to a predetermined algorithm in accordance with a given frequency of pulses in the transmitting antenna, in depending on the objects of study according to the technical specifications.

Поставленная задача решается тем, что устройство для георадиолокационного зондирования, содержит георадар с излучающим антенным блоком необходимой центральной частоты и приемной антенной, устройство визуализации волновой картины, программный пакет для обработки полученных данных для георадара, причем устройство снабжено модулем создания фонового поля, закрепленным на георадаре и имеющим независимое от георадара электропитание.The problem is solved in that the device for georadar sensing, contains a georadar with a radiating antenna unit of the required center frequency and a receiving antenna, a device for visualizing the wave pattern, a software package for processing the received data for the georadar, the device being equipped with a background field module mounted on the georadar and having independent power supply from a georadar.

Преимущественно, электропитание модуля создания фонового поля выполнено в виде индивидуального аккумулятора, либо в виде общего с георадаром блока питания.Mostly, the power supply of the module for creating the background field is made in the form of an individual battery, or in the form of a power supply common to the georadar.

Указанное выполнение устройства позволяет задавать различные режимы поля подсветки путем создания электромагнитного фонового поля в частности, в несколько раз ниже центральной частоты используемого георадара.The specified implementation of the device allows you to set various modes of the backlight field by creating an electromagnetic background field, in particular, several times lower than the center frequency of the georadar used.

Предложенные способ и устройство поясняются иллюстрациями, на которых:The proposed method and device are illustrated by illustrations in which:

на фиг. 1 представлена схема гетеродинного приемника;in FIG. 1 shows a heterodyne receiver circuit;

на фиг. 2 иллюстрируется модель регенератора;in FIG. 2 illustrates a regenerator model;

на фиг. 3 иллюстрируется вольтамперная характеристика детектора;in FIG. 3 illustrates the current-voltage characteristic of the detector;

на фиг. 4 показана блок-схема устройства для георадиолокационного зондирования.in FIG. 4 shows a block diagram of a device for georadar sensing.

Прогресс в области георадиолокации, в последнее время, несомненно связан с развитием микропроцессорной техники в области хранения и обработки полученных цифровых сигналов, позволяющей сделать оборудование более компактным по сравенению с разработками прошлых лет. Развитие технологий георадиолокации в напрвлении увеличения глубинности георадиолокационного зондирования показали сложность осуществления данного направления. Аппаратная реализация попыток увеличения глубинности исследований осуществлялась либо путем увеличения мощности излучающей антенны (соответственно увеличения размеров аппаратуры, необходимость соблюдения санитарных норм излучающего поля при работе в населенных пунктах), либо понижение цетральной частоты излучающего сигнала (здесь возникают проблемы с обработкой полученных данных с учетом нелинейных искажений). Дальнейшее развитие технологий применения георадиолокации для задач инженерных изысканий, археологии и поиска полезных ископаемых связан с развитием программ обработки полученных сигналов (вейвлет-преобразования, атрибутный анализ и т.д.), либо с аппаратной реализацией программных алгоритмов, например, с попыткой увеличения разрешающей способности метода.Recent progress in the field of GPR has undoubtedly been associated with the development of microprocessor technology in the field of storage and processing of digital signals received, which makes it possible to make equipment more compact compared to the developments of past years. The development of GPR technologies in the direction of increasing the depth of GPR sounding showed the complexity of this direction. The hardware implementation of attempts to increase the depth of research was carried out either by increasing the power of the emitting antenna (correspondingly increasing the size of the equipment, the need to comply with sanitary norms of the emitting field when working in settlements), or lowering the central frequency of the emitting signal (here there are problems with processing the received data taking into account non-linear distortions ) The further development of technologies for the use of georadar for the tasks of engineering surveys, archeology and the search for minerals is associated with the development of programs for processing received signals (wavelet transforms, attribute analysis, etc.), or with the hardware implementation of software algorithms, for example, with an attempt to increase the resolution method.

Разрешающей способностью по глубине называют минимальное расстояние по глубине, на котором могут быть различимы два отражающих объекта или их детали [Владов М.Л., Старовойтов А.В., 2004. Введение в георадиолокацию. Изд-во МГУ, Москва, с. 41]. При обработке и интерпретации волновых полей в сейсмике и георадиолокации для повышения разрешающей способности используют процедуру деконволюции, которая служит для сжатия зондирующего импульса, с которым получена радарограмма, уменьшения его длительности, соответствующего уменьшения интервала на трассе, «закрытого» отраженной волной и тем самым повышения возможности выделить на записи оси синфазности отраженных волн от близких границ или объектов. Процедура может быть выполнена в двух видах - в виде импульсной деконволюции или в виде предсказывающей деконволюции. Импульсная деконволюция использует форму зондирующего импульса, на комплексный спектр которого делится комплексный спектр трассы. В идеальном случае на результате обратного преобразования Фурье должны остаться узкие пики, положение которых соответствует временам прихода отражений. Практически же на результирующей трассе остаются многофазные импульсы, но более короткие по времени, чем исходный зондирующий сигнал. Это связано с тем, что все перечисленные операции могут быть выполнены только в ограниченной полосе частот, где спектр зондирующего импульса не обращается в нуль [Владов М.Л., Старовойтов A.В., 2004. Введение в георадиолокацию. Изд-во МГУ, Москва, с. 56-57]. Известно, например, воздействие на среду упругого (сейсмического) поля и изменение в результате этого воздействия ее проводимости [Светов Б.С. 2008. Основы геоэлетрики. Издательство ЛКИ, Москва, с. 474]. В реальных условиях геологическая среда находится в энергетически неустойчивом состоянии [Иванов А.Г., 1949. Сейсмоэлектрический эффект 1 рода в приэлектродных областях. Доклады АН СССР, Том 68, с. 53-56]. Эта неустойчивость проявляет себя в широком диапазоне пространственных масштабов - от масштаба пористой и полифазной горной породы до масштабов региональных геологических структур. Поэтому даже слабые воздействия на такую среду сейсмическим полем могут приводить к ее существенным изменениям (в частности, к изменению ее электрического сопротивления) [Озерков Э.Л., Агеева О.А., Осипов В.Г., Светов Б.С. Тикшаев B.В., 1998. О влиянии вибровоздействия на электрические свойства геологической среды. Геофизика, №3, с. 30-34]. Из динамики изменения разрезов кажущегося сопротивления, полученные методом становления поля, видно, как резко изменяется геоэлектрический разрез непосредственно после вибровоздействия и как медленно и не полностью он релаксирует к исходному состоянию. Замечены изменения временных сейсмических разрезов при подпитке среды постоянным или переменным электрическим полем. В георадиолокации при решении задачи повышения разрешающей способности предпринимались исследования с различной ориентацией приемной и передающей антенн относительно друг друга [C.S. Bristov and H.M. Jol «Ground Penetrating Radar in Sediments», 2003 Published by The Geological Society, London. «Influence of antenna configuration for GPR survey: information from polarization and amplitude versus offset measurements», page 299]. Авторы ссылаются на проведенные исследования с применением георадиолокационого зондирования по поиску различных металлических объектов [Van Gestel, J.-P. and Stoffa, P.L. 2001. Application of Alfort rotation to ground-penetrating radar data. Geophysics, 66, 1781-1792] и пустот в верхней части разреза.Depth resolution is the minimum depth distance at which two reflecting objects or their details can be distinguished [Vladov ML, Starovoitov AV, 2004. Introduction to GPR. Moscow State University Publishing House, Moscow, p. 41]. When processing and interpreting wave fields in seismic and georadar, the deconvolution procedure is used to increase the resolution, which serves to compress the probe pulse with which the radarogram was obtained, reduce its duration, reduce the interval on the path, “covered” by the reflected wave, and thereby increase the possibility to select on the record the axis of phase matching of the reflected waves from close boundaries or objects. The procedure can be performed in two forms - in the form of impulse deconvolution or in the form of predictive deconvolution. Impulse deconvolution uses the form of a probe pulse, into the complex spectrum of which the complex spectrum of the path is divided. In the ideal case, narrow peaks should remain on the result of the inverse Fourier transform, the position of which corresponds to the arrival times of reflections. In practice, multiphase pulses remain on the resulting path, but are shorter in time than the initial probe signal. This is due to the fact that all of the above operations can be performed only in a limited frequency band, where the spectrum of the probe pulse does not vanish [Vladov ML, Starovoitov AV, 2004. Introduction to GPR. Moscow State University Publishing House, Moscow, p. 56-57]. It is known, for example, the impact on the medium of an elastic (seismic) field and a change in its conductivity as a result of this [Svetov BS 2008. Fundamentals of geo-electrics. LKI Publishing House, Moscow, p. 474]. Under real conditions, the geological environment is in an energy-unstable state [Ivanov AG, 1949. Seismoelectric effect of the first kind in the electrode regions. Reports of the Academy of Sciences of the USSR, Volume 68, p. 53-56]. This instability manifests itself in a wide range of spatial scales - from the scale of porous and polyphase rock to the scale of regional geological structures. Therefore, even weak impacts on such a medium by a seismic field can lead to its significant changes (in particular, to a change in its electrical resistance) [Ozerkov E.L., Ageeva O.A., Osipov V.G., Svetov B.S. Tikshaev VV, 1998. On the influence of vibration on the electrical properties of the geological environment. Geophysics, No. 3, p. 30-34]. From the dynamics of changes in the sections of the apparent resistance obtained by the method of formation of the field, one can see how the geoelectric section changes sharply immediately after vibration exposure and how slowly and incompletely it relaxes to the initial state. Changes in temporary seismic sections were noticed when the medium was fed with a constant or alternating electric field. In GPR, when solving the problem of increasing the resolution, studies were undertaken with different orientations of the receiving and transmitting antennas relative to each other [C.S. Bristov and H.M. Jol, Ground Penetrating Radar in Sediments, 2003 Published by The Geological Society, London. “Influence of antenna configuration for GPR survey: information from polarization and amplitude versus offset measurements”, page 299]. The authors refer to studies using GPR sounding to search for various metal objects [Van Gestel, J.-P. and Stoffa, P.L. 2001. Application of Alfort rotation to ground-penetrating radar data. Geophysics, 66, 1781-1792] and voids at the top of the section.

Предлагаемый способ состоит в проведении георадиолокационного зондирования при действии фонового электромагнитного поля. Заявителем проведены исследования с целью аппаратной реализации операции деконволюции с использованием фонового поля (поля подсветки), с целью повысить разрешающую способность способа. Для выяснения физики процесса проанализирован полученный спектр в исходных радарограммах. При анализе полученного спектра видно, что в полезном сигнале под воздействием фонового поля спектральная плотность сместилась к более высокой частоте, т.е. имеем аппаратный аналог операции деконволюции. Для оптимального обратного фильтра сжатия желаемым результатом фильтрации является предельно короткий импульс - дельта функция: g(t)=δ(t).The proposed method consists in conducting GPR sounding under the action of a background electromagnetic field. The applicant conducted research with the aim of hardware implementation of the operation of deconvolution using a background field (backlight field), in order to increase the resolution of the method. To clarify the physics of the process, the obtained spectrum in the initial radarograms is analyzed. When analyzing the obtained spectrum, it is seen that in the useful signal, under the influence of the background field, the spectral density has shifted to a higher frequency, i.e. we have a hardware analogue of the deconvolution operation. For an optimal inverse compression filter, the desired filtering result is an extremely short pulse — the delta function: g (t) = δ (t).

В результате, из уравнения Винера-КолмогороваAs a result, from the Wiener-Kolmogorov equation

Figure 00000001
Figure 00000001

h(τ)by(θ-τ)dτ=rgy(θ), где h(τ) - оператор фильтра, by(θ) - автокорреляционная функция исходной трассы, rgy(θ) - взаимнокорреляяционная функция заданного импульса и исходной трассы. Учитывая независимость сигнала и помехи, и нулевое математическое ожидание последней, получаемh (τ) b y (θ-τ) dτ = r gy (θ), where h (τ) is the filter operator, b y (θ) is the autocorrelation function of the initial trace, r gy (θ) is the cross-correlation function of the given momentum, and source track. Given the independence of the signal and interference, and the zero mathematical expectation of the latter, we obtain

Figure 00000002
Figure 00000002

Аналогично действию операции деконволюции, действие поля подсветки повысило временную разрешенность записи. Важным условием эффективности обратной фильтрации является присутствие в спектре полезных волн достаточно интенсивных высокочастотных составляющих [Г.Н. Боганик, И.И. Гурвич, 2006. Сейсморазведка. Изд-во АИС, Тверь, с. 464, с. 472].Similar to the operation of the deconvolution operation, the action of the backlight field increased the temporal resolution of the recording. An important condition for the effectiveness of reverse filtration is the presence in the spectrum of useful waves of sufficiently intense high-frequency components [G.N. Boganik, I.I. Gurvich, 2006. Seismic exploration. AIS Publishing House, Tver, p. 464, p. 472].

Возможной аппаратной реализацией повышения разрешающей способности может являться линейное преобразование принимаемой волны радиочастотного диапазона в низкую, звуковую, известное в теории распространения радиоволн как гетеродинный прием. В первых моделях гетеродинных приемников использовались искровые передатчики и детекторные приемники на основе когерера - стеклянной трубочки с выводами, заполненной железными опилками. Под воздействием поля приходящей волны между опилками возникали микроскопические разряды, образовывались проводящие «мостики» и сопротивление когерера резко уменьшалось, что и приводило к срабатыванию реле приемника. В опытах было замечено, что чувствительность приемника к слабым сигналам возрастает, если с приемником связан собственный генератор, пусть даже маломощный, настроенный на частоту, близкую к частоте принимаемого сигнала. Собственный генератор назвали гетеродином, а приемник - гетеродинным. Выделяется ряд разновидностей гетеродинных приемников, использующих различные методы обработки сигнала и предназначенных для приема сигналов с разными видами модуляции. В гетеродинном приемнике (фиг. 1) на детектор действует два сигнала - входной и гетеродинный, значительно больший по амплитуде. Если частота гетеродина G2 немного (на 0,4…1 кГц) отличалась от частоты передатчика G1, на выходе детектора VD1 наблюдается напряжение биений с разностной частотой. Оно существенно больше напряжения продетектированного сигнала, что повышало и чувствительность, и громкость приема.A possible hardware implementation of increasing the resolution can be a linear transformation of the received wave of the radio frequency range into a low, sound one, known in the theory of radio wave propagation as a heterodyne reception. The first models of heterodyne receivers used spark transmitters and detector receivers based on the coherer - a glass tube with leads filled with iron filings. Under the influence of the field of the incoming wave, microscopic discharges arose between the sawdust, conducting bridges formed, and the coherer's resistance sharply decreased, which led to the operation of the receiver relay. In experiments, it was noticed that the sensitivity of the receiver to weak signals increases if an own generator is connected to the receiver, even if it is low-power, tuned to a frequency close to the frequency of the received signal. The own oscillator was called the local oscillator, and the receiver was called the local oscillator. A number of varieties of heterodyne receivers are distinguished, using various signal processing methods and designed to receive signals with different types of modulation. In the heterodyne receiver (Fig. 1), two signals act on the detector - the input and the heterodyne, which is much larger in amplitude. If the frequency of the local oscillator G2 is slightly (0.4 ... 1 kHz) different from the frequency of the transmitter G1, the output voltage of the detector VD1 is observed beating voltage with a differential frequency. It is significantly more than the voltage of the detected signal, which increased both the sensitivity and the reception volume.

Для передачи телефонных сигналов стали широко использовать амплитудную модуляцию, а для приема - ламповые приемники. Приемники прямого усиления содержали 1…2 каскада усиления радиочастоты, ламповый детектор и несколько каскадов усиления звуковой частоты. Позиции приемников прямого усиления значительно укрепил регенератор. Благодаря обратной связи увеличивалась и чувствительность, и селективность приемника прямого усиления.Amplitude modulation has been widely used to transmit telephone signals, and tube receivers have been widely used for reception. Direct gain receivers contained 1 ... 2 radio frequency amplification stages, a tube detector, and several audio frequency amplification stages. The positions of direct amplification receivers were significantly strengthened by the regenerator. Thanks to the feedback, both the sensitivity and selectivity of the direct gain receiver increased.

Широкое распространение регенератора позволило выявить несколько аспектов его использования. Рассмотрим их на примере модели регенератора (фиг. 2).The widespread use of the regenerator revealed several aspects of its use. Consider them on the example of a regenerator model (Fig. 2).

Колебания принимаемого сигнала из антенны поступают в единственный контур L2C1 и затем детектируется в сеточной цепи лампы с помощью элементов R1C2. В анодной цепи лампы кроме продетектированного сигнала (который выделяется на нагрузке R2 и поступает в усилитель звуковой частоты) существуют и радиочастотные колебания. Через катушку обратной связи они снова поступают в контур и компенсируют потери в нем. Увеличивая связь катушек L3 и L2, можно очень близко подойти к порогу самовозбуждения собственных колебаний. При этом значительно возрастают чувствительность и селективность приемника, но сужается полоса пропускания контура. Вполне реальна, например, эквивалентная добротность контура до нескольких тысяч, что соответствует полосе пропускания в несколько килогерц даже на коротких волнах:Fluctuations in the received signal from the antenna enter a single circuit L2C1 and then detected in the grid circuit of the lamp using elements R1C2. In the anode circuit of the lamp, in addition to the detected signal (which is released on the load R2 and enters the audio frequency amplifier), there are radio-frequency oscillations. Through the feedback coil, they again enter the circuit and compensate for the loss in it. By increasing the coupling of coils L3 and L2, one can very close to the threshold of self-excitation of natural vibrations. At the same time, the sensitivity and selectivity of the receiver increase significantly, but the bandwidth of the circuit narrows. For example, the equivalent quality factor of a circuit up to several thousand is quite real, which corresponds to a bandwidth of several kilohertz even at short waves:

Figure 00000003
Figure 00000003

где 2Δƒ - полоса пропускания, ƒо - частота настройки,

Figure 00000004
- эквивалентная добротность.where 2Δƒ is the passband, ƒо is the tuning frequency,
Figure 00000004
- equivalent quality factor.

Однако скаты резонансной кривой одного контура оказывались пологими, всего 6 дБ на октаву расстройки, да и стабильность регенератора была низка - он то терял чувствительность и селективность при уменьшении обратной связи, то самовозбуждался при ее увеличении.However, the slopes of the resonance curve of one circuit turned out to be gentle, only 6 dB per octave of detuning, and the stability of the regenerator was low - it either lost sensitivity and selectivity with a decrease in feedback, or it was self-excited when it increased.

Возможны и другие режимы работы описанного устройства. При обратной связи больше критической возникает самовозбуждение, начинают выделяться биения между собственными колебаниями и колебаниями сигнала. Установив частоту биений в звуковом диапазоне, регенератор в этом режиме называется уже по-другому - автодинным приемником, подчеркивая этим тот факт, что происходил гетеродинный прием с использованием собственных автоколебаний. В англоязычной литературе автодин так и называется - self-heterodyne receiver.There are other possible modes of operation of the described device. When feedback is more critical, self-excitation occurs, beats begin to stand out between the natural oscillations and the oscillations of the signal. Having set the beat frequency in the sound range, the regenerator in this mode is called differently - the autodyne receiver, emphasizing the fact that there was a heterodyne reception using its own self-oscillations. In English literature, autodyne is called self-heterodyne receiver.

Еще более тщательной регулировкой обратной связи вблизи порога возбуждения можно добиться малой амплитуды собственных колебаний в контуре регенератора, при этом возникала возможность режима синхронного приема амплитудно-модулированных сигналов, приемник называется синхродином. Суть синхронного приема состоит в следующем: при точной настройке приемника на частоту несущей амплитудной модуляции сигнала собственные колебания захватываются ею и становятся синхронными и синфазными с несущей. Прием амплитудно-модулированных сигналов при этом улучшается, так как при подъеме несущей за счет собственных колебаний возрастает уровень продетектированного сигнала, улучшается селективность, уменьшаются помехи и искажения. Полосу захвата можно найти из соотношения:An even more careful adjustment of the feedback near the excitation threshold can achieve a small amplitude of natural oscillations in the regenerator circuit, while the possibility of a synchronous reception of amplitude-modulated signals arose, the receiver is called a synchrodin. The essence of synchronous reception is as follows: when the receiver is tuned to the carrier frequency of the amplitude modulation signal, the natural oscillations are captured by it and become synchronous and in phase with the carrier. The reception of amplitude-modulated signals is improved, since when the carrier rises due to its own vibrations, the level of the detected signal increases, selectivity improves, noise and distortion decrease. The capture band can be found from the relation:

Figure 00000005
Figure 00000005

Qo - конструктивная добротность контура, a1 - амплитуда несущей сигнала, а2 - амплитуда собственных колебаний; для увеличения полосы захвата приходится уменьшать амплитуду возбуждения и собственную добротность контура.Q o is the structural quality factor of the circuit, a1 is the amplitude of the carrier signal, and a2 is the amplitude of the natural oscillations; to increase the capture band, it is necessary to reduce the amplitude of excitation and the intrinsic Q factor of the circuit.

Для количественной оценки преимуществ гетеродинного приема проанализируем работу детекторного приемника.To quantify the benefits of heterodyne reception, we analyze the operation of the detector receiver.

Пусть входной незатухающий сигнал имеет видLet the input undamped signal have the form

Figure 00000006
Figure 00000006

Вольтамперную характеристику детектора i (u) (фиг. 3) можно представить рядом:The current-voltage characteristic of the detector i (u) (Fig. 3) can be represented next:

Figure 00000007
Figure 00000007

Коэффициент S называют крутизной характеристики (величина, обратная внутреннему сопротивлению диода в рабочей точке), а Т - кривизной. При малой амплитуде сигнала высшими членами ряда можно пренебречь, посколькуThe coefficient S is called the slope of the characteristic (the reciprocal of the internal resistance of the diode at the operating point), and T is the curvature. With a small amplitude of the signal, the higher terms of the series can be neglected, since

Figure 00000008
Figure 00000008

Детектор в этом случае оказывается квадратичным. Подставляя значение u в выражение для i, получаем:The detector in this case is quadratic. Substituting the value of u in the expression for i, we obtain:

Figure 00000009
Figure 00000009

Естественно, что компоненты тока с радиочастотами для ω1 и 2ω1 на нагрузку (реле, телефоны) не действуют. Для их замыкания параллельно нагрузке включают блокировочный конденсатор. Остается член

Figure 00000010
соответствующий компоненте постоянного, продетектированного тока. Его амплитуда пропорциональна квадрату амплитуды входного сигнала. Сопротивление нагрузки из условия согласования (отдачи в нагрузку максимальной мощности) выбирается приблизительно равной внутреннему сопротивлению детектора Ri=1/S. Тогда полезное напряжение на нагрузке:Naturally, the current components with radio frequencies for ω 1 and 2ω 1 do not act on the load (relays, telephones). To close them in parallel with the load, a blocking capacitor is included. Member remains
Figure 00000010
corresponding to the component of the direct current detected. Its amplitude is proportional to the square of the amplitude of the input signal. The load resistance from the matching condition (maximum power output to the load) is selected approximately equal to the internal resistance of the detector R i = 1 / S. Then the useful voltage at the load:

Figure 00000011
Figure 00000011

В гетеродинном приемнике на детектор действуют уже два сигнала - входной и гетеродинный:In the heterodyne receiver, two signals are already acting on the detector - the input and the local oscillator:

Figure 00000012
Figure 00000012

Полезное напряжение на выходе детектора оказывается следующим:The useful voltage at the detector output is as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

Первый член соответствует продетектированному напряжению сигнала, второй - гетеродина, а третий - биениям между колебаниями сигнала и гетеродина. Этот последний член зависит от амплитуды сигнала а 1 уже не квадратично, а линейно, что в корне меняет дело. При достаточной амплитуде гетеродинного напряжения а 2 (0,1…0,15 В) коэффициент передачи сигнала биений близок к единице и напряжение биений в нагрузке почти равно напряжению радиочастотного сигнала. Дальнейшее повышение амплитуды гетеродина почти не повышает коэффициента передачи (больше единицы в пассивном элементе он быть не может).The first term corresponds to the detected voltage of the signal, the second to the local oscillator, and the third to the beats between the oscillations of the signal and the local oscillator. This last term depends on the signal amplitude and 1 is no longer quadratic, but linear, which radically changes the matter. With a sufficient amplitude of the heterodyne voltage a 2 (0.1 ... 0.15 V), the transmission coefficient of the beat signal is close to unity and the beat voltage in the load is almost equal to the voltage of the RF signal. A further increase in the amplitude of the local oscillator almost does not increase the transmission coefficient (it cannot be more than unity in the passive element).

Итак, полезным эффектом в гетеродинном приемнике оказывается не детектирование, а преобразование сигнала по частоте с выделением низкой звуковой частоты биений:So, a useful effect in the heterodyne receiver is not detection, but the conversion of the signal in frequency with the release of a low sound frequency of the beats:

Figure 00000014
Figure 00000014

Продетектированный ток устраняется при использовании балансного смесителя, на один вход которого подается напряжение сигнала, на другой - гетеродина.The detected current is eliminated by using a balanced mixer, at one input of which a signal voltage is supplied, at the other - a local oscillator.

Элемент, где происходит преобразование радиочастоты в звуковую частоту, называется смесителем, или преобразователем частоты. Более того, если он хотя бы в малой степени будет детектировать сигнал, помехоустойчивость гетеродинного приема ухудшится - ведь детектируются и мешающие сигналы с частотой, отличной от частоты сигнала. Идеальный смеситель осуществляет операцию перемножения входного и гетеродинного сигналов:The element where the conversion of radio frequency to sound frequency occurs is called a mixer, or frequency converter. Moreover, if it detects a signal at least to a small extent, the noise immunity of the local oscillation reception will deteriorate, because interfering signals with a frequency different from the signal frequency are also detected. An ideal mixer performs the operation of multiplying the input and heterodyne signals:

Figure 00000015
Figure 00000015

Суммарная частота отфильтровывается на выходе смесителя, и выделяется полезное напряжение:The total frequency is filtered at the output of the mixer, and the useful voltage is allocated:

Figure 00000016
Figure 00000016

Формула содержит лишь колебания разностных частот и его амплитуда пропорциональна амплитуде сигнала. Спектр радиочастоты принимаемых сигналов линейно переносится в область звуковой частоты и фильтрация на звуковой частоте так же эффективна, как на радиочастотах в приемниках прямого усиления.The formula contains only fluctuations of the difference frequencies and its amplitude is proportional to the amplitude of the signal. The radio frequency spectrum of the received signals is linearly transferred to the region of sound frequency and filtering at the sound frequency is as effective as at radio frequencies in direct amplification receivers.

На фоне полученных биений, дифрагированные волны от локальных объектов обладают схожими скоростями, отличаясь по частоте. Данная параметрическая система является аналогом нелинейной реактивной и линейной цепи с контурами, настроенными на комбинационные частоты внешних сигналов. Мэнли и Роу [Manley J., Rowe Н. - Proc. IRE, 1956, 44, 904] показали, что между мощностями, выделяющимися в каждом из контуров, существуют определенные соотношения. Эти соотношения позволяют определять максимальные коэффициенты усиления и преобразования сложной параметрической ситемы. Рассмотрим поведение нелинейной емкости под действием двух э.д.с. несоизмеримых частот ω1 и ωн (частота накачки). Если связь между зарядом и напряжением uC на этой емкости однозначна, то заряд на нелинейной емкости будет содержать комбинационные частоты вида

Figure 00000017
где m и
Figure 00000018
- любые положительные и отрицательные целые числа. Пусть в емкость в параллель подключено бесконечное число линейных цепей, сотоящих из фильтра Ф и сопротивления R. Фильтры считаем идеальными, т.е. пропускающими токи только одной частоты, соответствующей определенному значению чисел m и
Figure 00000018
. На каждом активном сопротивлении R выделяется
Figure 00000019
на частоте
Figure 00000017
пропущенной соответствующим фильтром Ф. От внешних генераторов накачки и сигнала поступают мощность P10 на частоте накачки ωн и мощность Р01 на частоте сигнала ω1. Если нелинейная емкость свободна от потерь, то она не потребляет энергии, а преобразует поступающую на нее мощность в мощность колебаний
Figure 00000019
на различных комбинационных частотах. Будем считать мощность, вводимую в систему, положительной, а мощности, рассеиваемые на сопротивлениях, - отрицательными. Тогда закон сохранения энергии для рассматриваемой системы можно записать в видеAgainst the background of the beat, diffracted waves from local objects have similar speeds, differing in frequency. This parametric system is an analog of a nonlinear reactive and linear circuit with circuits tuned to the combination frequencies of external signals. Manley and Row [Manley J., Rowe N. - Proc. IRE, 1956, 44, 904] showed that between the powers allocated in each of the circuits, there are certain relationships. These relations allow us to determine the maximum gains and transformations of a complex parametric system. Consider the behavior of a nonlinear capacitance under the action of two emfs incommensurable frequencies ω 1 and ω n (pump frequency). If the relationship between the charge and voltage u C at this capacitance is unambiguous, then the charge at the nonlinear capacitance will contain combination frequencies of the form
Figure 00000017
where m and
Figure 00000018
- any positive and negative integers. Let an infinite number of linear circuits connected from the filter Ф and resistance R be connected to the capacitor in parallel. We consider the filters ideal, i.e. passing currents of only one frequency corresponding to a certain value of numbers m and
Figure 00000018
. At each resistance, R stands out
Figure 00000019
on frequency
Figure 00000017
passed by the corresponding filter F. From the external pump and signal generators, power P 10 at the pump frequency ω n and power P 01 at the signal frequency ω 1 are supplied. If the nonlinear capacity is free from losses, then it does not consume energy, but converts the power supplied to it into oscillation power
Figure 00000019
at various combination frequencies. We assume that the power introduced into the system is positive, and the powers dissipated at the resistances are negative. Then the energy conservation law for the system under consideration can be written as

Figure 00000020
Figure 00000020

Кроме этого очевидного соотношения, между мощностями существуют энергетические соотношения, называемые уравнениями или соотношениями Мэнли-Роу:Besides this obvious relation, there are energy relations between powers called equations or Manly-Row relations:

Figure 00000021
Figure 00000021

Эти соотношения можно получить, перемножая выражения для напряжений и токов с соответствующими частотами. Из вида соотношений Мэнли-Роу следует, что независимо от вида линейности и вида потребителя энергии распределение мощности по комбинационным частотам определяется величиной и знаками комбинационных частот. Рассмотрим случай, когда длительное взаимодействие в нелинейной среде возможно для трех волн с разными частотами [В.В. Мигулин, В.И. Медведев, Е.Р. Мустель, В.Н. Парыгин, 1978. Основы теории колебаний. Изд-во «Наука», Москва]. Эффективное взаимодействие этих волн возможно при выполнении условий синхронизмаThese relations can be obtained by multiplying the expressions for voltages and currents with the corresponding frequencies. From the form of the Manley-Row relations it follows that regardless of the type of linearity and the type of energy consumer, the distribution of power over the combination frequencies is determined by the magnitude and signs of the combination frequencies. Consider the case where long-term interaction in a nonlinear medium is possible for three waves with different frequencies [V.V. Migulin, V.I. Medvedev, E.R. Mustel, V.N. Parygin, 1978. Fundamentals of the theory of oscillations. Publishing House "Science", Moscow]. Effective interaction of these waves is possible under the condition of synchronism

Figure 00000022
Figure 00000022

Из-за наличия дисперсии среды исключим из рассмотрения волны всех частот, отличных от ω1, ω2 и ω3. Поэтому напряжение в линии составит:Due to the dispersion of the medium, we exclude from consideration the waves of all frequencies other than ω 1 , ω 2 and ω 3 . Therefore, the voltage in the line will be:

Figure 00000023
Figure 00000023

где z - пройденное волной расстояние.where z is the distance traveled by the wave.

Взаимодействие волн проявляется в виде пространственных биений, происходит эффект низкочастотной накачки энергии, происходящей периодически от волны частоты ω1 к волне частоты ω3. Соотношение между максимальными амплитудами взаимодействующих волн составитThe interaction of the waves manifests itself in the form of spatial beats, the effect of low-frequency energy pumping occurs periodically from the frequency wave ω 1 to the frequency wave ω 3 . The ratio between the maximum amplitudes of the interacting waves will be

Figure 00000024
Figure 00000024

Таким образом, распределение пиковых значений в спектре при наличие фонового поля становится более контрастным, максимальные величины смещаются к более высокочастотной компоненте.Thus, the distribution of peak values in the spectrum in the presence of a background field becomes more contrasting, the maximum values are shifted to the higher frequency component.

Повышение разрешающей способности, и соответственно, точности положения локальных объектов необходимо для поиска и картирования таких объектов, как кабели высокого напряжения, трубы дождевой канализации и водопровода и других объектов, залегающих как правило на небольших глубинах - до двух-трех метров. Абсолютные величины поправок составляют (для значений глубинных отметок) от 0,1 м до 0,5 м. Точность сопоставима с половиной длины волны используемого георадара АБ-150 (λ/2 порядка 0,3 м). При определении увеличения разрешающей способности по глубине достаточно проследить положение первых вступлений полученного сигнала.An increase in the resolution and, consequently, the accuracy of the position of local objects is necessary for searching and mapping such objects as high voltage cables, rain sewer pipes and water pipes and other objects, which usually lie at shallow depths - up to two to three meters. The absolute values of the corrections are (for depth marks) from 0.1 m to 0.5 m. The accuracy is comparable to half the wavelength of the AB-150 GPR used (λ / 2 of the order of 0.3 m). When determining the increase in resolution in depth, it is enough to trace the position of the first arrivals of the received signal.

Эффект наложения фонового поля на отраженное поле георадара приводит к аппаратному аналогу операции деконволюции с появлением высокочастотных составляющих в полученном спектре, повысив точность определения положения локальных объектов по глубине до 12-14%, что в случае с кабелями высокого напряжения (или газовыми трубами) позволило бы понизить риски при поисковые работах, связанных как с переукладкой коммуникаций, так и с ремонтными работами. Кроме того, после наложения фонового поля волновая картина «собралась», аналогично эффекту «линзы». На полученной волновой картине без каких-либо предварительных операций по обработке полученного сигнала, локальные объекты становятся более контрастными и отчетливыми за счет появления высокочастотных составляющих, облегчив работу оператора по выявлению и картированию необходимых объектов.The effect of applying a background field to the reflected field of the GPR leads to a hardware analogue of the deconvolution operation with the appearance of high-frequency components in the resulting spectrum, increasing the accuracy of determining the position of local objects in depth to 12-14%, which in the case of high voltage cables (or gas pipes) would allow to reduce risks during prospecting works related to both the re-arrangement of communications and repair work. In addition, after applying the background field, the wave pattern “gathered”, similar to the “lens” effect. In the resulting wave pattern, without any preliminary operations for processing the received signal, local objects become more contrasting and distinct due to the appearance of high-frequency components, making it easier for the operator to identify and map the necessary objects.

Как показано на фиг. 4, устройство для георадиолокационного зондирования содержит георадар 1 с излучающим антенным блоком 2 необходимой центральной частоты и приемной антенной 3, устройство визуализации волновой картины 4, программный пакет 5 для обработки полученных данных для георадара, причем устройство снабжено модулем создания фонового поля 6, закрепленным на георадаре, а модуль создания фонового поля 5 снабжен электропитанием 7, независимым от георадара.As shown in FIG. 4, the device for georadar sensing comprises a georadar 1 with a radiating antenna unit 2 of the required center frequency and a receiving antenna 3, a device for visualizing the wave pattern 4, a software package 5 for processing the received data for the georadar, the device being equipped with a background field creating module 6 mounted on the georadar and the module for creating the background field 5 is provided with an electric power 7 independent of the GPR.

Электропитание 7 может быть выполнено в виде аккумулятора 12 В.The power supply 7 can be made in the form of a 12 V battery.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Модуль устройства создания фонового поля 6 закреплен на георадаре 1, который включается первым с созданием стандартных параметров, включающих длительность временной развертки, диэлекрическую проницаемость среды и др. Далее происходит подача электропитания 7 от аккумулятора 12 В на модуль создания фонового поля 6, где происходит преобразование тока в зависимости от заданного алгоритма программного пакета 5. Соответствующее преобразование тока необходимо для создания электромагнитного поля соответствующей частоты и амплитуды, алгоритмы создания которых подбираются в зависимости от объекта исследований. О полученной волновой картине оператор может непосредственно судить по экрану устройства визуализации 4. В зависимости от полученных результатов, и, возможно, после обработки полученных данных в программном пакете 5, можно менять параметры создаваемого фонового электромагнитного поля.The module for creating the background field 6 is mounted on the GPR 1, which is turned on first with the creation of standard parameters, including the duration of the time base, the dielectric constant of the medium, etc. Next, the power supply 7 from the 12 V battery is supplied to the module for creating the background field 6, where the current is converted depending on the given algorithm of the software package 5. The corresponding current conversion is necessary to create an electromagnetic field of the corresponding frequency and amplitude, algorithms whose creations are selected depending on the object of research. The operator can directly judge the resulting wave pattern from the screen of the visualization device 4. Depending on the results obtained, and, possibly, after processing the received data in software package 5, it is possible to change the parameters of the generated background electromagnetic field.

Предложенная конструкция устройства для создания фонового поля позволяет получить необходимую частоту и амплитуду фонового электромагнитного поля, в том числе, позволит произвести никочастотную подкачку отраженного сигнала, создав эффект линзы в полученной волновой картине. Кроме того, предложенное устройство позволяет надежно картировать выявленные аномалии, связанные с локальными объектами не прибегая к помощи программного пакета, непосредственно при полевых работах определяя местонахождение объектов поиска и тем самым повысить производительность работ.The proposed design of the device for creating the background field allows you to get the necessary frequency and amplitude of the background electromagnetic field, including, will allow you to produce a non-frequency pumping of the reflected signal, creating the effect of the lens in the resulting wave pattern. In addition, the proposed device allows you to reliably map the identified anomalies associated with local objects without resorting to a software package, directly in the field, determining the location of the search objects and thereby improve productivity.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.It will be apparent to one skilled in the art that various modifications and changes are possible in the present invention. Accordingly, it is intended that the present invention covers the modifications and variations as well as their equivalents without departing from the spirit and scope of the invention disclosed in the appended claims.

Claims (5)

1. Способ георадиолокационного зондирования, включающий подачу на исследуемую среду с излучающей антенны сверхширокополосных импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн, прием приемной антенной электромагнитных импульсов, регистрацию отраженного электромагнитного поля от границ с различной величиной контраста относительной диэлектрической проницаемости среды, возбуждаемого в исследуемой среде зондирующими импульсами источника электромагнитного поля в передающей антенне, сохранение полученных данных на электронном носителе, обработку полученных данных в специализированных программных пакетах и анализ радарограмм с визуализацией объекта исследования в виде локальных либо протяженных объектов, отличающийся тем, что дополнительно создают в исследуемой среде фоновое поле, накладывающееся на полученную волновую картину поля георадара.1. A method of georadar sensing, including the application of ultra-wideband pulses of a meter and decimeter range of electromagnetic waves to the test medium from the emitting antenna, receiving electromagnetic pulses by the receiving antenna, registering the reflected electromagnetic field from the boundaries with different contrast ratios of the medium, which is excited in the test medium by probing pulses the source of the electromagnetic field in the transmitting antenna, storing the received data on electronic media, processing the obtained data in specialized software packages and analysis of radarograms with visualization of the object of study in the form of local or extended objects, characterized in that they additionally create a background field in the medium under study that overlaps the resulting wave pattern of the georadar field. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в исследуемой среде создают электромагнитное поле, синхронизированное или не синхронизированное с полем георадара.2. The method according to p. 1, characterized in that in the test medium create an electromagnetic field, synchronized or not synchronized with the field of georadar. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту подачи электромагнитных импульсов, в случае синхронизации работы передающей антенны и модуля создания фонового поля, изменяют по определенному алгоритму в зависимости от частоты фонового поля либо фоновое поле изменяют по заданному алгоритму в соответствии с заданной частотой подачи импульсов в передающей антенне, в зависимости от объектов исследования согласно техническому заданию.3. The method according to p. 1, characterized in that the frequency of the supply of electromagnetic pulses, in the case of synchronization of the transmitting antenna and the module for creating the background field, is changed according to a certain algorithm depending on the frequency of the background field or the background field is changed according to a predetermined algorithm in accordance with a given the frequency of the pulses in the transmitting antenna, depending on the objects of study according to the terms of reference. 4. Устройство для георадиолокационного зондирования, содержащее георадар с излучающим антенным блоком необходимой центральной частоты и приемной антенной, устройство визуализации волновой картины, программный пакет для обработки полученных данных для георадара, отличающееся тем, что устройство снабжено модулем создания фонового поля, закрепленным на георадаре, а модуль создания фонового поля снабжен независимым от георадара электропитанием.4. A device for ground penetrating radar sensing, comprising a georadar with a radiating antenna unit of the required center frequency and a receiving antenna, a device for visualizing a wave pattern, a software package for processing the received data for a georadar, characterized in that the device is equipped with a background field creating module mounted on the georadar, and the background field creation module is provided with power supply independent of georadar. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что электропитание модуля создания фонового поля выполнено в виде индивидуального аккумулятора либо в виде общего с георадаром блока питания.5. The device according to p. 4, characterized in that the power supply of the module for creating the background field is made in the form of an individual battery or in the form of a power supply common to the georadar.
RU2019105789A 2019-02-28 2019-02-28 Method for georadiolocation sounding and device for its implementation RU2707419C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105789A RU2707419C1 (en) 2019-02-28 2019-02-28 Method for georadiolocation sounding and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105789A RU2707419C1 (en) 2019-02-28 2019-02-28 Method for georadiolocation sounding and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707419C1 true RU2707419C1 (en) 2019-11-26

Family

ID=68653060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105789A RU2707419C1 (en) 2019-02-28 2019-02-28 Method for georadiolocation sounding and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707419C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116047617A (en) * 2023-03-10 2023-05-02 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 Method and device for identifying geological features between wells
RU219610U1 (en) * 2023-06-21 2023-07-27 Дмитрий Сергеевич Горкин GEORADAR TRANSMITTER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091354A (en) * 1998-04-23 2000-07-18 Power Spectra, Inc. Ground penetrating radar with synthesized end-fire array
US6445334B1 (en) * 2000-12-29 2002-09-03 Planning Systems Incorporated Ground penetrating radar system
RU2244322C1 (en) * 2003-04-02 2005-01-10 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method and device for radiolocation sounding of underlaying surface
RU95862U1 (en) * 2010-03-03 2010-07-10 ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт МО РФ" SYSTEM FOR PROBING THE EARTH'S CRUST

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091354A (en) * 1998-04-23 2000-07-18 Power Spectra, Inc. Ground penetrating radar with synthesized end-fire array
US6445334B1 (en) * 2000-12-29 2002-09-03 Planning Systems Incorporated Ground penetrating radar system
RU2244322C1 (en) * 2003-04-02 2005-01-10 Закрытое акционерное общество "Таймер" Method and device for radiolocation sounding of underlaying surface
RU95862U1 (en) * 2010-03-03 2010-07-10 ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт МО РФ" SYSTEM FOR PROBING THE EARTH'S CRUST

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В. Варенков и др. "О связи крутизны фронта зондирующего электромагнитного импульса в среде с поглощением и дисперсией и эффективности обнаружения аномалий диэлектрической проницаемости", Инженерный вестник Дона, N4 (2018). *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116047617A (en) * 2023-03-10 2023-05-02 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 Method and device for identifying geological features between wells
CN116047617B (en) * 2023-03-10 2023-06-27 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 Method and device for identifying geological features between wells
RU219610U1 (en) * 2023-06-21 2023-07-27 Дмитрий Сергеевич Горкин GEORADAR TRANSMITTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102590869B (en) Artificial field source frequency domain electrical prospecting method and prospecting system
CN102183792B (en) Artificial source frequency domain electromagnetic sounding device and measurement method
CN103091717B (en) A kind of electromagnetic exploration method receiving and dispatching automatic synchronization frequency conversion
US20140184227A1 (en) Collecting and transmitting control source electromagnetic signals
CN101107608A (en) Estimating noise at one frequency by sampling noise at other frequencies
KR20030045806A (en) Method of measuring in-medium dielectric constant in electromagnetic prober, and electromagnetic prober
CN103823244A (en) Magnetic resonance three-component noise removing device and noise removing method
CN108981890A (en) Distributed vibration sensor based on multicarrier nonlinear frequency modulation
CN111290027B (en) Deep resource electromagnetic detection method combining mobile source and fixed source
RU2707419C1 (en) Method for georadiolocation sounding and device for its implementation
Volkomirskaya et al. The influence of the type of pulse on the possibility of logging radiosounding
CN104793237A (en) Method and device for acquiring broadband controllable seismic source scanning signal
Li et al. Time-domain spectral induced polarization based on pseudo-random sequence
CN109001828A (en) A kind of recognition methods of buried target body and device, storage medium
KR20030020722A (en) Ground penetration radar
JP2520042B2 (en) Underground radar tomography device
RU90225U1 (en) NUCLEAR MAGNETIC LOGGING DEVICE
CN211826554U (en) Geological signal receiver based on phase detection
Manstein et al. A device for shallow frequency-domain electromagnetic induction sounding
RU2480794C1 (en) Geoelectric survey method and apparatus for realising said method
Wang et al. APPLICATION OF MULTI-SYNCHROSQUEEZED GENARALIZED S-TRANSFORM IN SEISMIC TIME-FREQUENCY ANALYSIS
RU2448U1 (en) ELECTROMAGNETIC EXPLORATION DEVICE
Dawei et al. Weak signal processing technology of low frequency GPR based on Hilbert-Huang transform and its application in permafrost area gas hydrate exploration
Deng et al. New spectral-induced polarization measurement with low cost and high efficiency
JPH07120559A (en) Borehole radar

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210301

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211222