ES2356547B2

ES2356547B2 - CONTROL AND DIGITAL REGISTRATION UNIT FOR A GEORRADAR OF SPECIFIC APPLICATION IN GLACIOLOGY.

Info

Publication number: ES2356547B2
Application number: ES201001609A
Authority: ES
Inventors: Evgeny Vasilenko; Francisco Machio Regidor; Kirill Frolovsky; Francisco Jose Navarro Valero; Javier Jesus Lapazaran Izargain
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: ES2356547A1

Abstract

Unidad de control y registro digital para un georradar de aplicación específica en glaciología GPR, (Ground Penetrating Radar, en terminología inglesa), que agrupa las funciones de gestión de los distintos elementos del georradar, de captación, digitalización, procesamiento y almacenamiento de trazas, y de interfaz con el usuario, al disponer de una pantalla (5.1) y un teclado (5.11) como periféricos de entrada y salida. La unidad de control y registro digital propuesta realiza un muestreo en tiempo real por apilamiento de trazas durante periodos de muestreo seleccionables por el usuario.Control unit and digital register for a georradar of specific application in GPR glaciology, (Ground Penetrating Radar, in English terminology), which groups the management functions of the different elements of the georradar, of collection, digitization, processing and storage of traces, and user interface, having a screen (5.1) and a keyboard (5.11) as input and output peripherals. The unit of Proposed digital control and recording performs a time sampling actual by stacking traces during sampling periods User selectable.

Description

Unidad de control y registro digital para un georradar de aplicación específica en glaciología.Control unit and digital register for a georradar of specific application in glaciology.

Technical sector

La invención se sitúa en el ámbito de los georradares o radares de subsuelo, equipos que se emplean para la observación no destructiva, mediante ondas electromagnéticas, del medio que subyace bajo la superficie terrestre. Y se refiere, en particular, a los georradares de impulso con muestreo en tiempo real de la señal reflejada por el medio en estudio.The invention falls within the scope of georradares or underground radars, equipment used for the non-destructive observation, by electromagnetic waves, of medium that underlies the earth's surface. And it refers, in in particular, to impulse georradares with real-time sampling of the signal reflected by the medium under study.

Background of the invention

Un georradar (GPR, Ground Penetrating Radar) es un equipo electrónico que permite estudiar el subsuelo, de forma no destructiva, mediante la emisión de ondas electromagnéticas (EM) y el registro de las reflexiones sufridas por estas bajo la superficie de trabajo. En general, consta de un emisor, o transmisor, (Tx) (1.2) y un receptor (Rx) (1.3) de señal EM, con sus correspondientes antenas (1.6 y 1.7); un sistema de registro de las señales (RDS) recibidas por reflexión, una unidad de control (UC) (1.1) y un sistema de sincronismo (1.4 y 1.5), para mejorar el rendimiento del equipo, y otros elementos auxiliares que aporten información de posición geográfica (GPS) (1.10) o control (odómetro) (1.11).A georradar (GPR, Ground Penetrating Radar ) is an electronic device that allows you to study the subsoil, in a non-destructive way, by emitting electromagnetic waves (EM) and recording the reflections suffered by them under the work surface. In general, it consists of a transmitter, or transmitter, (Tx) (1.2) and a receiver (Rx) (1.3) of EM signal, with their corresponding antennas (1.6 and 1.7); a system for recording the signals (RDS) received by reflection, a control unit (UC) (1.1) and a synchronism system (1.4 and 1.5), to improve the performance of the equipment, and other auxiliary elements that provide information on geographical position (GPS) (1.10) or control (odometer) (1.11).

El método de trabajo consiste en desplazar el equipo sobre la superficie cuyo subsuelo se quiere estudiar, en el caso de glaciología, el interior de un glaciar (Fig. 2). Durante el trayecto se irán emitiendo señales electromagnéticas (EM) hacia el interior del medio, cuyas reflexiones en las imperfecciones o cambios de material, que la señal encuentre a su paso, quedarán registradas, en función del tiempo, en el equipo (traza) (Fig. 3). La representación de esas trazas en función de la distancia recorrida, proporciona una imagen (radargrama) de las variaciones que presente el medio bajo la superficie (Fig. 4).The working method is to move the equipment on the surface whose subsoil you want to study, in the case of glaciology, the inside of a glacier (Fig. 2). During the path will be emitted electromagnetic signals (EM) to the interior of the environment, whose reflections on imperfections or material changes, that the signal finds in its path, will remain recorded, as a function of time, in the equipment (trace) (Fig. 3). The representation of these traces as a function of distance traveled, provides an image (radargram) of the variations Present the medium under the surface (Fig. 4).

El georradar es una herramienta especialmente adecuada para glaciología por la especial transparencia que presenta el hielo a cierto rango de frecuencias EM, lo que dota a la señal de una gran capacidad de penetración, identificando en los radargramas obtenidos el lecho rocoso que yace bajo las masas de hielo, incluso a profundidades de varios miles de metros, y los cambios de composición e imperfecciones que puedan aparecer en su volumen.The georradar is a tool especially suitable for glaciology because of the special transparency it presents ice at a certain range of EM frequencies, which gives the signal of a high penetration capacity, identifying on radargrams obtained the rocky bed that lies under the ice masses, even at depths of several thousand meters, and changes in composition and imperfections that may appear in its volume.

El uso del georradar en glaciología (radioglaciología) está ampliamente documentado. El primer texto monográfico dedicado a las técnicas de radioglaciología es el de Bogorodsky et al. (Radioglaciology. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, Holland, 1985), donde se incluye un compendio de las investigaciones realizadas hasta mediados de la década de 1980. Algunas referencias posteriores también se caracterizan por ofrecer una recopilación histórica de aplicaciones del georradar a la glaciología, entre ellas cabe destacar Gogineni et al. (An improved coherent radar depth sounder. Journal of Glaciology 44(148), 1998), Plewes y Hubbard (A review of the use of radio-echo sounding in glaciology. Progress in Physical Geography 25(2), 2001), Dowdeswell y Evans (Investigations of the form and flow of ice sheets and glaciers using radio-echo sounding. Reports on Progress in Physics 67, 2004) y Navarro y Eisen (Ground Penetrating Radar. En: P. Pellikka & W.G. Rees (eds.): Remote sensing of glaciers - techniques for topographic, spatial and thematic mapping. Pp. 195-229. Leiden: CRC Press/Balkema, Taylor & Francis Group, 2009). Aunque el hielo glaciar es un medio muy favorable para el uso de georradar, la presencia de agua en muchos glaciares hace que no todos los tipos de georradar sean utilizables siempre. El agua actúa como elemento dispersivo de las ondas EM, reduciendo considerablemente la capacidad de penetración de la señal. De los distintos tipos de georradares empleados en glaciología, el que, probablemente, presenta una mayor versatilidad, para los diferentes tipos de glaciar, es el de impulso. Se llama radar de impulso al que utiliza como señal emitida un pulso individual de duración muy corta (típicamente, un ciclo sinusoidal o una wavelet de Ricker), lo que reduce el efecto atenuador del agua. Además, dado que el pulso es muy corto, se necesita poca potencia para generar la señal. La desventaja de esta situación es que, al usar pulsos tan cortos y de escasa potencia, la energía recibida en la onda reflejada es también pequeña. Este problema se resuelve utilizando la técnica de apilamiento (stacking) de la señal recibida, que consiste en acumular un determinado número de señales recibidas, trazas, calculando posteriormente su media, con lo que se consigue mejorar la relación señal a ruido.The use of georradar in glaciology (radioglaciology) is widely documented. The first monographic text dedicated to radioglaciology techniques is that of Bogorodsky et al . ( Radioglaciology . D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, Holland, 1985), which includes a compendium of research carried out until the mid-1980s. Some subsequent references are also characterized by offering a historical compilation of applications of the georradar to the Glaciology, including Gogineni et al . ( An improved coherent radar depth sounder . Journal of Glaciology 44 (148), 1998), Plewes and Hubbard ( A review of the use of radio-echo sounding in glaciology . Progress in Physical Geography 25 (2), 2001), Dowdeswell and Evans ( Investigations of the form and flow of ice sheets and glaciers using radio-echo sounding . Reports on Progress in Physics 67, 2004) and Navarro and Eisen ( Ground Penetrating Radar . In: P. Pellikka & WG Rees (eds.): Remote sensing of glaciers - techniques for topographic, spatial and thematic mapping, pp. 195-229, Leiden: CRC Press / Balkema, Taylor & Francis Group, 2009). Although glacier ice is a very favorable medium for the use of georradar, the presence of water in many glaciers means that not all types of georradar are always usable. Water acts as a dispersive element of EM waves, considerably reducing the penetration capacity of the signal. Of the different types of georradares used in glaciology, the one that probably presents the greatest versatility, for the different types of glacier, is the impulse. It is called pulse radar which uses an individual pulse of very short duration (typically, a sinusoidal cycle or a Ricker wavelet) as an emitted signal, which reduces the attenuating effect of water. In addition, since the pulse is very short, little power is needed to generate the signal. The disadvantage of this situation is that, by using such short and low power pulses, the energy received in the reflected wave is also small. This problem is solved using the technique of stacking (stacking) of the received signal, which consists in accumulating a certain number of received signals, traces, then calculating its average, which is improved signal to noise ratio.

Para realizar la captura de la señal, la mayoría de los georradares de impulso suelen emplear la técnica de muestreo en tiempo equivalente, como indican Annan y Leggatt en su patente US 2002/0080057 (Timing and control and data acquisition for a multi transducer ground penetrating radar), que consiste en obtener la forma de onda a partir de muestras tomadas sobre una secuencia de ondas repetidas (y por lo tanto iguales), en diferentes instantes de tiempo. Lo que supone disponer de esas señales repetidas y, además, que no varíen mientras dura el proceso de muestreo.To perform the signal capture, most impulse georradars usually employ the equivalent time sampling technique, as indicated by Annan and Leggatt in their US patent 2002/0080057 ( Timing and control and data acquisition for a multi transducer ground penetrating radar ), which consists in obtaining the waveform from samples taken on a sequence of repeated waves (and therefore the same), at different times. What it means to have these repeated signals and, in addition, that they do not vary during the sampling process.

Otra situación muy común en los sistemas de georradar consiste en utilizar un ordenador, habitualmente portátil, para realizar las labores de control y almacenamiento de datos, comúnmente con una aplicación específica para el sistema en cuestión. Este hecho, cuando se trabaja en campo en condiciones muy adversas, como las que suelen concurrir en un glaciar, no hace especialmente fácil el empleo de ese tipo de georradares.Another very common situation in the systems of georradar consists of using a computer, usually portable, to perform control and data storage, commonly with a specific application for the system in question. This fact, when working in the field under very adverse effects, such as those that usually occur on a glacier, do not Especially easy to use such georradares.

Explanation of the invention.

La unidad de control y registro digital de señal (UCRDS), cuya invención se reivindica en este documento, se incluye en un equipo de georradar que se corresponde con el diagrama de bloques representado en la figura Fig. 1. La apariencia física de esta unidad se esquematiza en la figura Fig. 5.The control unit and digital signal register (UCRDS), whose invention is claimed in this document, is included in a georradar team that corresponds to the diagram of blocks shown in figure Fig. 1. The physical appearance of This unit is schematized in Figure Fig. 5.

Esta UCRDS agrupa las funciones de:This UCRDS groups the functions of:

\bullet?: interconexión y control del resto de dispositivos del georradar,interconnection and control of other georradar devices,

\bullet?: muestreo de la señal recibida en tiempo real,sampling of the signal received in real time,

\bullet?: procesado en tiempo real, mediante la técnica de apilamiento de trazas, de las trazas registradas;processed in real time, by the technique of stacking traces, of traces registered;

\bullet?: interfaz con el usuario,interface with the Username,

\bullet?: y almacenamiento de la información obtenida durante el proceso de medida.and storage of the information obtained during the measurement process.

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Para desempeñar estas labores la unidad cuenta con los siguientes elementos fundamentales:To perform these tasks the unit counts with the following fundamental elements:

\bullet?: Un conversor analógico digital (ADC, Analog to Digital Converter) de alta velocidad (200M (200\times10^{6}) muestras por segundo, por lo menos) de, al menos, 12 bits, que permita la captura del número de puntos de la traza deseados, en el periodo de muestreo elegido. En el caso de este equipo el periodo de muestreo es seleccionable por el usuario, con un mínimo de 2.5 ns y el número de muestras a capturar tiene un valor fijo de 4000 puntos. El número de bits de este ADC, determinará el margen dinámico teórico del georradar.An analog to digital converter (ADC Analog to Digital Converter) high speed (200M (200 \ times10 ^ {6}) samples per second, at least) of at least 12 bits, allowing the capture of the number of points of the desired trace, in the chosen sampling period. In the case of this equipment, the sampling period is selectable by the user, with a minimum of 2.5 ns and the number of samples to be captured has a fixed value of 4000 points. The number of bits of this ADC will determine the theoretical dynamic range of the georradar.

\bullet?: Una FPGA (Field Programmable Gate Array) en la que se implementa el circuito digital que permite procesar las trazas capturadas, el diagrama de bloques de este circuito aparece en la figura Fig. 8. El circuito integrado en esta FPGA se encargará de realizar el proceso de apilamiento (stacking) de las trazas obtenidas, en número seleccionable por el usuario (mínimo 256), incluyendo el truncamiento final del resultado obtenido que proporciona la media de las trazas apiladas. Para ello se emplea un doble sumador (8.3) con memoria de almacenamiento temporal (8.4), esta estructura trabaja como un sumador de dos vías desplazadas en el tiempo, de modo que en una vía se procesan los puntos de la traza de posición par y en la otra los de posición impar. Una vez finalizada la suma (summation) de trazas, en la memoria de cada rama se obtendrá el resultado de la suma del número de trazas apiladas para cada punto, contando con los de posición par en un bloque y los de posición impar en el otro. Finalmente, los valores almacenados se truncan, en un bloque para el truncamiento (8.5), al tamaño de dato deseado y se transfieren en orden alterno, según la rama, para completar la trama en la secuencia correcta, ya que una rama aporta los puntos pares y la otra los impares. Este circuito genera, además, la señal de reloj necesaria para el control del proceso, para ello se emplea uno de los circuitos PLL (Phase-Locked Loop) de los que dispone la FPGA, y también activa el ADC en la captura de cada punto de la traza.An FPGA ( Field Programmable Gate Array ) in which the digital circuit that allows to process the captured traces is implemented, the block diagram of this circuit appears in Figure Fig. 8. The circuit integrated in this FPGA will be responsible for carrying out the process stacking of the traces obtained, in a number selectable by the user (minimum 256), including the final truncation of the result obtained that provides the average of the stacked traces. For this, a double adder (8.3) with temporary storage memory (8.4) is used, this structure works as a two-way adder displaced in time, so that in one way the points of the even position trace are processed and in the other those of odd position. Once the summation of traces is finished , in the memory of each branch the result of the sum of the number of stacked traces for each point will be obtained, counting with those of even position in one block and those of odd position in the other . Finally, the stored values are truncated, in a block for truncation (8.5), to the desired data size and transferred in alternate order, according to the branch, to complete the plot in the correct sequence, since a branch provides the points even and the other odd. This circuit also generates the clock signal necessary for process control, for which one of the PLL ( Phase-Locked Loop ) circuits available to the FPGA is used, and also activates the ADC in the capture of each point of the trace.

\bullet?: Un microcontrolador (MC) que será el encargado de gestionar el funcionamiento del equipo en su conjunto. Desde este MC se crea el fichero en el que se integran las trazas procesadas en la FPGA, dentro de la tarjeta de memoria insertable en la ranura (5.9) que incorpora el equipo, gestionándose el conjunto de acciones a realizar sobre esta memoria. Este MC es también el encargado de realizar la comunicación con el usuario del equipo, empleando para ello la pantalla (5.1) y el teclado (5.11) incluidos en la unidad. Parte del programa integrado en este MC será la aplicación de uso y configuración del equipo de la que el usuario podrá disponer en pantalla y cuyas selecciones o activaciones podrá efectuar mediante el teclado. El MC se ocupa, asimismo, de la comunicación entre las distintas unidades del equipo de georradar, de realizar el sincronismo entre emisor y receptor (integra el emisor de sincronismo óptico y dispone de una entrada para conectar un emisor de sincronismo por radio), de la conexión con el sistema de posicionamiento (GPS o DGPS), imprescindible para este tipo de medidas; de la integración en el fichero de registro de las lecturas de GPS y de la activación de la generación de la señal en función de los distintos modos de disparo contemplados (odómetro, temporización o manual), cuando el disparo es manual o mediante odómetro, el MC leerá la señal de disparo proveniente del exterior, si se usa temporización, el MC es quien realiza la cuenta del tiempo.A microcontroller (MC) that will be responsible for managing the operation of the equipment in its set. From this MC the file is created in which the traces processed in the FPGA, inside the memory card insertable in the slot (5.9) that incorporates the equipment, being managed the set of actions to be performed on this memory. This MC is also in charge of communicating with the user of the equipment, using the screen (5.1) and the keyboard (5.11) included in the unit. Part of the program integrated in this MC will be the application for use and configuration of the equipment from which the user you can have on screen and whose selections or activations you can perform using the keyboard. The MC also deals with the communication between the different units of the georradar team, of synchronizing between sender and receiver (integrates the transmitter of optical synchronism and has an input to connect a radio synchronization transmitter), of the connection with the system positioning (GPS or DGPS), essential for this type of measurements; of the integration in the reading log file GPS and signal generation activation based on the different shooting modes contemplated (odometer, timing or manual), when the trip is manual or by odometer, the MC read the trip signal from outside, if used timing, the MC is the one who performs the time count.

\bullet?: Una pantalla (5.1), que permita la visualización de la aplicación interactiva para el uso y configuración de la unidad y del georradar, en general. Deberá cumplir cierta especificaciones de resistencia a bajas temperaturas y a condiciones de trabajo adversas propias del ámbito al que está destinado el equipo.A screen (5.1), which allows the visualization of the interactive application for use and configuration of the unit and the georradar, in general. Shall meet certain low temperature resistance specifications and to adverse working conditions typical of the area to which it is destined the equipment.

\bullet?: Un teclado para la interacción con el usuario (5.11), robusto y de manejo sencillo, compuesto por cuatro botones que corresponden a las siguientes funciones:A keyboard for interaction with the user (5.11), robust and easy to use, consisting of Four buttons that correspond to the following functions:

\circ\ circ: ALT: Activación de funciones especiales o retorno a pantalla previaALT: Activation of functions special or return to previous screen

\circ\ circ: MENU/ENTER: Entrada al menú (al arrancar) o activación de opción seleccionada, durante el procesoMENU / ENTER: Menu entry (at start) or activation of selected option, during process

\circ\ circ: START: Puesta en marcha de la medida (junto con ALT), subida o desplazamiento a la derecha (en menú) o incremento de campo seleccionadoSTART: Commissioning of the measure (together with ALT), rise or shift to the right (in menu) or selected field increment

\circ\ circ: STOP: Parada de medida (junto con ALT), bajada o desplazamiento a la izquierda (en menú) o decremento de campo seleccionado, según contexto.STOP: Measurement stop (together with ALT), descent or shift to the left (in menu) or decrement of selected field, depending on context.

\bullet?: Una ranura de conexión de tarjetas de memoria (5.9), con capacidad de almacenamiento suficiente para las sesiones de medida.A connection slot of memory cards (5.9), with storage capacity Enough for the measurement sessions.

\bullet?: Un conjunto de conectares para asociar la unidad al resto de elementos del equipo. Se han elegido conectores de distintos tipos, por ejemplo con distinto número de pines, para evitar la posibilidad de confusión en las conexiones, situación frecuente cuando las condiciones de trabajo son extremas.A set of connectors for Associate the unit with the rest of the equipment. They have been chosen connectors of different types, for example with different number of pins, to avoid the possibility of confusion in the connections, frequent situation when working conditions are extreme

\bullet?: Una caja metálica, para albergar el dispositivo, con conexiones y accesos por una sola cara, lo que facilita el manejo de la unidad. El hecho de que la caja sea metálica, aporta al equipo protección añadida frente al posible ruido eléctrico existente en el exterior.A metal box, to house the device, with connections and access on one side only, which It facilitates the handling of the unit. The fact that the box is metallic, provides added protection against possible equipment electrical noise existing outside.

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Mediante estos elementos, se ha conseguido una unidad de control y registro digital de la señal, que integra las funciones indicadas, mientras que otros dispositivos, sobre todo comerciales (por ejemplo, RAMAC de Mala Geoscience) emplean dos unidades diferentes para estas labores (una de control y conexión y otra de almacenamiento de la información e interacción con el usuario, siendo esta última, en algunos casos, un ordenador).Through these elements, a digital signal control and registration unit, which integrates the indicated functions, while other devices, especially commercials (for example, RAMAC of Mala Geoscience) employ two different units for these tasks (one of control and connection and other information storage and interaction with the user, the latter being, in some cases, a computer).

Con las características indicadas, esta unidad proporciona un alto margen dinámico, gracias al modo de muestreo, y una gran resistencia al ruido interno y externo, por el apilamiento en tiempo real llevado a cabo por el equipo y por el aislamiento empleado en su construcción.With the indicated characteristics, this unit provides a high dynamic range, thanks to the sampling mode, and high resistance to internal and external noise, due to stacking in real time carried out by the team and by isolation employed in its construction.

El uso de una tarjeta de memoria para almacenar la información obtenida aporta fiabilidad y versatilidad al equipo así como una capacidad de almacenamiento inagotable en la práctica al poder emplear tantas tarjetas como sean necesarias, sin riesgo de pérdida de información por pérdida de alimentación.The use of a memory card to store the information obtained provides reliability and versatility to the team as well as an inexhaustible storage capacity in practice to be able to use as many cards as necessary, without risk of loss of information due to loss of power.

Además la aplicación de uso y configuración junto con la pantalla y el teclado aportan un sistema de interacción con el usuario sencillo y de fiabilidad.In addition the application of use and configuration together with the screen and keyboard they provide an interaction system with simple and reliable user.

En los próximos apartados se detallan en mayor medida las características técnicas de la unidad construida.In the next sections they are detailed in greater Measure the technical characteristics of the built unit.

El equipo de georradar en el que se integra esta unidad se completa con un emisor de señal de tipo impulso, con receptor de sincronismo integrado o externo; un receptor de señal, sendas antenas de señal de tipo dipolo para emisor y receptor y unidades de alimentación de 12 V para el emisor y para el bloque UCRDS-RX. Además será necesaria una fibra óptica para realizar el sincronismo por esta vía o un conjunto emisor-receptor de sincronismo por radio.The georradar team that integrates this unit is completed with a pulse type signal emitter, with integrated or external synchronization receiver; a signal receiver, two dipole signal antennas for sender and receiver and 12V power units for the transmitter and for the block UCRDS-RX. In addition, an optical fiber will be necessary to perform the synchronism in this way or a set radio synchronism transmitter-receiver.

Description of the drawings

Fig. 1. Diagrama de bloques típico de un georradar, en el que aparecen representados:Fig. 1. Typical block diagram of a georradar, in which they are represented:

1.1. 1.1.: Unidad de Control y Registro Digital de Señal (UCRDS). En muchos georradares, sobre todo en los comerciales, no se trata de una unidad sino de dos, control y registro, por separado.Digital Signal Control and Registration Unit (UCRDS). In many georradares, especially in commercials, it is not it is a unit but two, control and registration, by separated.

1.2. 1.2.: Emisor o Transmisor de señal de radar (TX).Radar signal transmitter or transmitter (TX)

1.3. 1.3.: Receptor de la señal de radar (RX).Radar signal receiver (RX).

1.4. 1.4.: Emisor de sincronismo, simbolizando cualquiera de los sistemas de sincronismo que se puedan emplear (óptico, radio,...).Synchronization transmitter, symbolizing any of synchronization systems that can be used (optical, radio,...).

1.5. 1.5.: Receptor de sincronismo.Sync Receiver

1.6. 1.6.: Antena del emisor, representada como dipolo por ser una de las opciones más frecuentes en estos equipos.Transmitter antenna, represented as dipole for being One of the most frequent options on these computers.

1.7. 1.7.: Antena del receptor.Receiver antenna.

1.8. 1.8.: Alimentación del conjunto UCRDS-RX (batería u otros).UCRDS-RX set power (battery or others).

1.9. 1.9.: Alimentación del TX.TX power.

1.10. 1.10.: Sistema de posicionamiento GPS externo.External GPS positioning system.

1.11. 1.11: Odómetro.Odometer

1.12. 1.12.: Señal generada por el emisor.Signal generated by the transmitter.

Fig. 2. Distribución habitual de un sistema de georradar para realización de perfiles sobre glaciar. Convoy con dos motos de nieve y dos trineos, uno para el conjunto UCRDS-RX y otro para el TX.Fig. 2. Regular distribution of a system of georradar for realization of profiles on glacier. I convene with two Snowmobiles and two sleds, one for the whole UCRDS-RX and another for the TX.

Fig. 3. Esquema de un proceso de obtención de perfiles sobre un glaciar resaltando la situación de la superficie del mismo, del lecho rocoso y de un objeto intermedio.Fig. 3. Scheme of a process to obtain profiles on a glacier highlighting the surface situation of it, of the rocky bed and of an intermediate object.

Fig. 4. Secuencia de trazas para ilustrar el resultado obtenido en el esquema de la Fig. 3.Fig. 4. Trace sequence to illustrate the result obtained in the scheme of Fig. 3.

Fig. 5. Esquema del panel de acceso y conexiones de la unidad de control y registro digital de señal. En él se identifican:Fig. 5. Diagram of the access panel and connections of the control unit and digital signal register. In the he identify:

5.1. 5.1.: Pantalla LCD gráfica de 240x180 caracteres, con iluminación interna y control automático de temperatura.240x180 character graphic LCD display, with internal lighting and automatic temperature control.

5.2. 5.2.: Conector coaxial de entrada de la señal del receptor.Coaxial signal input connector receiver.

5.3. 5.3.: Conector de 10 pines para el emisor de sincronismo por radio, alternativo al sincronismo óptico.10-pin connector for sync transmitter by radio, alternative to optical synchronism.

5.4. 5.4.: Conector de 7 pines para alimentar y enviar la señal de sincronismo al receptor de señal.7-pin connector to feed and send the signal of synchronism to the signal receiver.

5.5. 5.5.: Conector de 19 pines para GPS (admite DGPS) y odómetro (en caso de que se emplee y no se use temporización interna).19-pin connector for GPS (DGPS support) and odometer (in case it is used and no timing is used internal).

5.6. 5.6.: Conector de 4 pines para alimentación de 12 V.4-pin connector for 12 power supply V.

5.7. 5.7.: Interruptor de encendido.Ignition switch.

5.8. 5.8.: Interruptor de iluminación de pantalla.Display lighting switch.

5.9. 5.9.: Ranura de conexión de la tarjeta de memoria SD (Secure-Digital).SD memory card connection slot (Secure-Digital).

5.10. 5.10.: Conector de sincronismo óptico.Optical sync connector

5.11. 5.11.: Teclado de control del equipo.Computer control keyboard.

Fig. 6. Esquema de los paneles de conexión del emisor de señal del georradar. En él se distinguen los siguientes elementos:Fig. 6. Diagram of the connection panels of the signal emitter of the georradar. It distinguishes the following elements:

6.1. 6.1.: Interruptor de puesta en marcha, con LED indicativo de encendido.Start-up switch, with indicative LED of ignition.

6.2. 6.2.: Conector de alimentación. 4 pines.Power connector. 4 pins

6.3. 6.3.: Conector de sincronismo por radio, alternativo al sincronismo por fibra óptica. 10 pines.Radio sync connector, alternative to fiber optic synchronism. 10 pins

6.4. 6.4.: Conector de fibra para sincronismo óptico.Fiber connector for synchronism optical.

6.5. 6.5.: Contactos de antena de señal.Signal antenna contacts.

Fig. 7. Esquema de los paneles de conexión del receptor de señal del georradar. Elementos:Fig. 7. Diagram of the connection panels of the signal receiver of the georradar. Elements:

7.1. 7.1.: Conector coaxial para enviar la señal recibida a la unidad de control y registro.Coaxial connector to send the received signal to the control and registration unit.

7.2. 7.2.: Conector de 7 pines para recibir la alimentación y el sincronismo desde la unidad de control y registro.7-pin connector to receive power and the synchronism from the control and registration unit.

7.3. 7.3.: Contactos de antena de señal.Signal antenna contacts.

Fig. 8. Diagrama de bloques del proceso de apilamiento de trazas en tiempo real llevado a cabo por la Unidad de Control y Registro Digital (UCDRS).Fig. 8. Block diagram of the process stacking of real-time traces carried out by the Unit of Digital Control and Registration (UCDRS).

8.1. 8.1.: Conversor Analógico Digital (ADC)de alta velocidad encargado de capturar y digitalizar los puntos de la traza proporcionada por el receptor.Digital Analog Converter (ADC) high speed responsible for capturing and digitizing the trace points provided by the receiver.

8.2. 8.2.: Bloque de control de captura de puntos y generación de la señal de reloj.Point capture and generation control block of the clock signal.

8.3. 8.3.: Doble sumador con operación en desfase de un semiciclo de la señal de reloj generada, una rama se encarga de sumar los puntos pares de las trazas apiladas y la otra los impares.Double adder with offset operation of a half-cycle of the generated clock signal, a branch is responsible for add the even points of the stacked traces and the other odd.

8.4. 8.4.: Bloques de memoria para almacenar los resultados parciales del apilamiento.Memory blocks to store the results partial stacking.

8.5. 8.5.: Bloque encargado de truncar el resultado de los puntos obtenidos, al tamaño almacenable en la tarjeta de memoria, y de enviar los puntos (pares e impares) en el orden adecuado.Block responsible for truncating the result of points earned, to the size that can be stored on the memory card, and to send the points (odd and even) in the order suitable.

8.6. 8.6.: Conjunto de bloques integrados en el FPGA.Set of blocks integrated in the FPGA

Fig. 9. Esquema de conexión del conjunto unidad de control y registro digital, receptor de señal y unidades auxiliares (odómetro y GPS).Fig. 9. Connection diagram of the unit assembly control and digital register, signal receiver and units auxiliary (odometer and GPS).

9.1. 9.1.: Unidad de Control y Registro Digital de Señal (UCRDS) del georradar, objeto de esta reivindicación de invención.Digital Signal Control and Registration Unit (UCRDS) of the georradar, object of this claim of invention.

9.2. 9.2.: Receptor de señal (RX).Signal receiver (RX).

9.3. 9.3.: Antena del receptor, de tipo dipolo.Receiver antenna, dipole type.

9.4. 9.4.: Alimentación portátil de 12 V (batería).12V portable power (battery).

9.5. 9.5.: Conexión de elementos externos, GPS y odómetro, en este caso.Connection of external elements, GPS and odometer, in this case.

9.6. 9.6.: Conexión de señal entre RX y UCRDS.Signal connection between RX and UCRDS.

9.7. 9.7.: Conexión de alimentación y envío de sincronismo de UCRDS a RX.Power connection and synchronization send of UCRDS to RX.

9.8. 9.8.: Conexión de sincronismo mediante fibra óptica hacia el TX.Sync connection via fiber optic towards the TX.

Fig. 10. Esquema de conexión del bloque emisor de señal.Fig. 10. Connection block connection scheme signal

10.1. 10.1.: Emisor de señal (TX).Signal transmitter (TX).

10.2. 10.2.: Alimentación portátil de 12 V (batería).12V portable power (battery).

10.3. 10.3: Antena del emisor, de tipo dipolo.Transmitter antenna, dipole type.

10.4. 10.4: Conexión de sincronismo mediante fibra óptica desde la UCRDS.Fiber optic sync connection from the UCRDS.

Detailed description of one embodiment

Se ha construido un equipo de georradar que responde a la descripción anterior. Las características técnicas más destacables de la unidad de control y registro digital de señal de este equipo son:A georradar team has been built that Respond to the description above. The technical features more Highlights of the digital signal control and registration unit This team are:

\bullet?: Muestreo de señal en tiempo real con una toma fija de 4000 puntos digitalizados a 12 bits, lo que proporciona un margen dinámico teórico de 72 dB, con periodos de muestreo seleccionables por el usuario de 2.5, 5.0 y 10.0 ns.Real-time signal sampling with a fixed socket of 4000 points digitized at 12 bits, which provides a theoretical dynamic range of 72 dB, with periods of User selectable sampling of 2.5, 5.0 and 10.0 ns.

\bullet?: Procesado de la señal recibida, en tiempo real, mediante apilamiento de trazas (stacking) elegible entre: 256, 512, 1024, 2048, 4096 trazas, con lo que se elimina la componente de ruido aleatorio que pudiera existir en la muestra tomada.Processing of the received signal, in real time, by stacking traces ( stacking ) eligible between: 256, 512, 1024, 2048, 4096 traces, eliminating the random noise component that could exist in the sample taken.

\bullet?: Opciones de activación del emisor: Mediante odómetro o temporizador interno, con intervalo de tiempo seleccionare en el rango de 0.1 s a 1 hora.Activation Options transmitter: By odometer or internal timer, with interval of time I will select in the range of 0.1 s to 1 hour.

\bullet?: Almacenamiento de los datos obtenidos en tarjeta de memoria de tipo SD de hasta 2 GBytes.Data storage obtained on SD type memory card up to 2 GBytes

\bullet?: Incorporación de la información de posicionamiento GPS (o DGPS) en la cabecera de las trazas registradas. Cada traza, con su información GPS incluida ocupa un total de 8 KBytes.Information Incorporation GPS positioning (or DGPS) in the header of the traces Registered Each trace, with its included GPS information occupies a total of 8 KBytes.

\bullet?: Menú interactivo para el usuario, accesible mediante un teclado de 4 botones, presentado en una pantalla LCD gráfica en blanco y negro de 240\times128 caracteres, con iluminación interna y control automático de temperatura (5.1).Interactive menu for the user, accessible via a 4-button keyboard, presented in a 240 \ times128 black and white graphic LCD characters, with internal lighting and automatic control of temperature (5.1).

\bullet?: Alimentación externa de 12 V (mediante batería o generador) con un consumo aproximado de 0.9 A de corriente (contando con el receptor de señal).12V external power (by battery or generator) with an approximate consumption of 0.9 A of current (counting on the signal receiver).

\bullet?: Peso aproximado del conjunto unidad de control y registro y receptor de señal: 5 Kg.Approximate set weight control and registration unit and signal receiver: 5 Kg.

Para conseguir el muestreo en tiempo real con un periodo de 2.5 ns, se utiliza un conversor analógico digital (ADC) de 12 bits con una señal de reloj de referencia de 200 MHz, que opera a doble flanco, es decir, con dos lecturas por ciclo.To get real-time sampling with a 2.5 ns period, a digital analog converter (ADC) is used 12-bit with a 200 MHz reference clock signal, which It operates on double flank, that is, with two readings per cycle.

La activación a doble flanco del ADC la realiza el circuito de control de un bloque sumador de dos vías de 32 bits, que es quien recibirá la muestra digitalizada en 12 bits. Cada rama del sumador opera con un desfase de 2.5 ns de modo que la activación alternada de ellas marca la transferencia del punto muestreado. Cada sumador dispone a su salida de un bloque de memoria interpaginada de 4 KB, donde se irá almacenando el resultado parcial del apilamiento, de los puntos pares de la traza, en una vía, y de los impares en la otra, hasta completar todos los puntos de la traza. Cuando llega una nueva traza, sus puntos se irán sumando a los homólogos previamente almacenados (8.3). El proceso acaba cuando se alcanza el número de apilamientos elegido por el usuario (256, 512, 1024, 2048 o 4092), en ese momento, en la memoria de almacenamiento temporal del sumador (8.4) están almacenados los 4000 valores de 32 bits resultado del apilamiento de trazas elegido. El siguiente paso consiste en enviar a la tarjeta de memoria (memoria definitiva) los valores obtenidos, truncados, por el bloque de truncamiento (8.5), a 16 bits, con lo que se completa el proceso de apilamiento en su fase de obtención de la media. Al truncar se toma siempre el valor desde sus bits más significativos.ADC double-sided activation is performed the control circuit of a 32-bit two-way adder block, which is who will receive the sample digitized in 12 bits. Each branch of the adder operates with a lag of 2.5 ns so that activation alternating of them marks the transfer of the sampled point. Every adder has an interpaginated memory block of 4 KB, where the partial result of the stacking will be stored, of the even points of the trace, in a way, and of the odd ones in the another, until completing all the points of the trace. When one arrives new trace, your points will be added to the counterparts previously stored (8.3). The process ends when the number of stacks chosen by the user (256, 512, 1024, 2048 or 4092), at that time, in the temporary storage memory of the adder (8.4) The 4000 32-bit values resulting from the Tracking stacking chosen. The next step is to send to the memory card (final memory) the values obtained, truncated, by the truncation block (8.5), to 16 bits, with that the stacking process is completed in its phase of obtaining average. Truncating always takes the value from its most bits significant.

El doble circuito sumador de 32 bits, con su lógica de control correspondiente, la memoria de almacenamiento temporal de traza mientras dura el proceso de apilamiento (4 KB por vía), el circuito generador del retardo de 2.5 ns y el circuito PLL (Phase Locked Loop) que permite obtener la señal de reloj de 200 MHz, a partir de la que proporciona un cristal de cuarzo externo de 100 MHz, están implementados en un único dispositivo FPGA (8.6).The double 32-bit adder circuit, with its corresponding control logic, the temporary trace storage memory during the stacking process (4 KB per track), the 2.5 ns delay generator circuit and the PLL ( Phase Locked circuit) Loop ) that allows to obtain the 200 MHz clock signal, from which it provides a 100 MHz external quartz crystal, are implemented in a single FPGA device (8.6).

Tanto el ADC como el FPGA admiten el estándar de comunicación de datos LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) lo que aporta mayor fiabilidad a la conexión entre ellos al reducir el efecto del ruido sobre la información transferida, además de reducir el consumo respecto a otras opciones posibles de transmisión de los datos muestreados.Both the ADC and the FPGA support the LVDS ( Low-Voltage Differential Signaling ) data communication standard, which provides greater reliability to the connection between them by reducing the effect of noise on the transferred information, in addition to reducing consumption compared to others. Possible options for transmission of sampled data.

Como ya se ha indicado, la traza, de 4000 puntos de 16 bits, ya procesada se almacena en una tarjeta de memoria de tipo SD (Secure Digital). De esta labor se ocupa un microcontrolador (\muC) de 16 bits. Para ello creará el fichero de la medida realizada, en el que añadirá un registro de 8 KBytes por traza recibida. Un registro de traza está formado por una cabecera de 192 Bytes, en la que aparece, entre otras cosas, la información de localización obtenida desde el GPS del equipo; seguida por los 8000 Bytes que ocupan los puntos de la traza.As already indicated, the trace, 4000 points of 16 bits, already processed is stored on an SD ( Secure Digital ) memory card. This work is handled by a 16-bit microcontroller (µC). To do this, it will create the file of the measurement taken, in which it will add a record of 8 KBytes per received trace. A trace register consists of a 192-byte header, in which, among other things, the location information obtained from the GPS of the equipment appears; followed by the 8000 bytes that occupy the trace points.

Además de la gestión de la tarjeta de memoria SD y del almacenamiento de las trazas procesadas, el \muC se ocupa de la pantalla y el teclado, manejando el menú interactivo, que permite al usuario configurar y controlar el funcionamiento del equipo mediante el teclado de 4 botones.In addition to the management of the SD memory card and of the storage of the processed traces, the µC takes care of the screen and keyboard, operating the interactive menu, which allows to the user to configure and control the operation of the equipment using the 4-button keyboard.

El \muC se encarga también de la activación del emisor, según la opción elegida por el usuario, odómetro o temporizador. Si se trata del odómetro deberá leer la entrada externa correspondiente, si es el temporizador, gestionará la cuenta seleccionada (de 0.1 s a 1 hora). Una vez iniciado el emisor, hará lo mismo con el conjunto receptor-registro de señal, de este modo se evita obtener datos en ausencia de señal.The µC is also responsible for activation of the issuer, according to the option chosen by the user, odometer or timer If it is the odometer you should read the entry corresponding external, if it is the timer, it will manage the account selected (from 0.1 s to 1 hour). Once the issuer has started, it will do the same with the receiver-record set of signal, thus avoiding obtaining data in the absence of signal.

La activación del emisor se realiza mediante el sistema de sincronismo. Este georradar dispone de dos alternativas de conexión entre el emisor y la unidad de control (el receptor siempre está conectado a la unidad de control), la que se usa por defecto, mediante fibra óptica, con emisor y receptor de sincronismo integrados en la unidad de control y el emisor de señal respectivamente. Esta es la mejor opción, siempre que sea posible, dado que permite una conexión segura entre ambos con una separación máxima de 1000 m. Esta alternativa hace que el equipo pueda ser utilizado en distintos modos de medida característicos de glaciología (perfiles, punto medio común,...). La otra opción consiste en una conexión por radio mediante un emisor y un receptor de sincronismo, cada uno con su antena correspondiente, que se realiza mediante un contacto externo disponible en ambos bloques. En este caso existe una limitación importante en la distancia de separación entre emisor de señal y unidad de control, un máximo teórico de 25 m, debido a la necesidad de trabajar con una señal de sincronismo que no interfiera con la medida.The issuer is activated by synchronization system This georradar has two alternatives of connection between the transmitter and the control unit (the receiver it is always connected to the control unit), which is used by defect, by means of optical fiber, with transmitter and receiver of synchronism integrated in the control unit and the signal emitter respectively. This is the best option, whenever possible, since it allows a secure connection between the two with a separation 1000 m maximum This alternative makes the team can be used in different measurement modes characteristic of glaciology (profiles, common midpoint, ...). The other option It consists of a radio connection via a transmitter and a receiver of synchronism, each with its corresponding antenna, which performed through an external contact available in both blocks. In in this case there is an important limitation on the distance of separation between signal emitter and control unit, a maximum theoretical of 25 m, due to the need to work with a signal of synchronism that does not interfere with the measure.

La unidad de control y registro digital está montada en una caja metálica, lo que aumenta su aislamiento frente a posibles interferencias externas, además, todas sus conexiones y accesos se sitúan en una sola cara, para facilitar su manejo en campo. El emisor de señal es de tipo impulso (Fig. 6). Consta de un generador no resonante, formado por un array de transistores de avalancha, y una fuente de alimentación propia que trabaja a 12 V. El generador crea a la entrada de la antena un pulso de 2400 V de amplitud, cuya duración dependerá de la longitud de la antena y de las propiedades dieléctricas del medio. Típicamente, para una superficie de hielo y una antena de tipo dipolo de 5.8 m de longitud (frecuencia central de 20 MHz) la duración del pulso es de 25 ns. Para antenas de 1.5 m de longitud, la duración del pulso se acerca a 1.5 ns. La frecuencia de repetición de pulso del emisor es de 20 KHz, es decir, está en condiciones de emitir un nuevo pulso en 50 \mus. Para alimentar esta unidad se necesita una batería de 12 V, que satisfaga su consumo de corriente que es del orden de 0.8 A. El peso de este elemento, sin antenas ni batería, es menor de 0.5 Kg.The digital registration and control unit is mounted in a metal box, which increases its insulation against possible external interference, in addition, all its connections and accesses are located on one side, to facilitate handling in countryside. The signal emitter is pulse type (Fig. 6). It consists of a non-resonant generator, consisting of an array of transistors of Avalanche, and an own power supply that works at 12 V. The generator creates a 2400V pulse at the antenna input amplitude, whose duration will depend on the antenna length and the dielectric properties of the medium. Typically, for a ice surface and a 5.8 m long dipole antenna (20 MHz center frequency) the pulse duration is 25 ns. For antennas 1.5 m long, the pulse duration is close to 1.5 ns. The pulse repetition frequency of the transmitter is 20 KHz, that is, is able to emit a new pulse at 50 \ mus. To power this unit you need a 12V battery, that satisfies its current consumption which is of the order of 0.8 A. Weight of this item, without antennas or battery, is less than 0.5 Kg

La unidad receptora (Fig. 7) está compuesta por un amplificador de banda ancha de dos etapas. La primera es una etapa simétrica de bajo ruido con impedancia de entrada de 800 \Omega y ganancia de 15 dB. La segunda es un amplificador de ganancia variable de bajo ruido, que proporciona una ganancia lineal en dB, que varía entre -2.5 dB y 42.5 dB, en función de una tensión de control. Esta señal de control presenta una pendiente exponencial y viene dada por un generador dependiente del tiempo que se ajusta en función de distintos parámetros, configurables mediante un conjunto de interruptores presentes en el interior de la unidad.The receiving unit (Fig. 7) is composed of a two stage broadband amplifier. The first is a symmetric low noise stage with input impedance of 800 \ Omega and gain of 15 dB. The second is an amplifier of variable low noise gain, which provides a linear gain in dB, which varies between -2.5 dB and 42.5 dB, depending on a voltage of control. This control signal has an exponential slope and is given by a time dependent generator that adjusts depending on different parameters, configurable by means of a set of switches present inside the unit.

Los parámetros ajustables de la segunda etapa amplificadora son:The adjustable parameters of the second stage amplifier are:

\bullet?: Nivel de ganancia inicial (de 12.5 a 28.5 dB, con pasos de 1 dB).Initial Gain Level (of 12.5 to 28.5 dB, with steps of 1 dB).

\bullet?: Nivel de ganancia máxima (de 37.5 a 57.5 dB, con pasos de 1.25 dB).Maximum gain level (of 37.5 to 57.5 dB, with steps of 1.25 dB).

\bullet?: Parámetro de tiempo de la exponencial (de 0.2 a 5.0 \mus, con pasos de 0.3 \mus).Time parameter of the exponential (0.2 to 5.0 \ mus, with steps of 0.3 \ mus).

\bullet?: Retardo inicial de la tensión exponencial del VGA (de 0.4 a 4.4 \mus, con pasos de 0.25 \mus).Initial Tension Delay VGA exponential (from 0.4 to 4.4 \ mus, with steps of 0.25 \ mus).

La sincronización de este amplificador de ganancia variable, se realiza desde la unidad de control y registro digital.The synchronization of this amplifier variable gain, is made from the control and registration unit digital.

Las dos unidades descritas son la evolución de las homologas del equipo de georradar presentado por varios de los coinventores en el artículo de Vasilenko et al. "A digital recording system for radioglaciological studies" (Bulletin of the Royal Society of New Zealand, 35, 2002).The two units described are the evolution of the homologues of the georradar team presented by several of the co-inventors in the article by Vasilenko et al . " A digital recording system for radioglaciological studies " (Bulletin of the Royal Society of New Zealand, 35, 2002).

En cuanto a las antenas de señal, se trata de dipolos cargados resistivamente y responden a las premisas establecidas por Wu y King en su artículo "The cylindrical antenna with non-reflecting resistive loading" (IEEE Transactions on Antennas and Propagation 13, 1965). Cada dipolo, está formado por 20 piezas de cable (malla metálica) y 18 resistencias, conectadas a los cables. Tanto el conductor como las resistencias están montados en una varilla de plástico flexible a la que se le han añadido anillos en los extremos y en el centro para ayudar a la instalación de la antena en trineos y cuerdas de amarre. La antena dispone, además, de contactos en los puntos de alimentación para conectarla al emisor o al receptor de señal. Se han construido dos juegos de antenas de este tipo para el equipo, uno de 5.8 m de longitud, con frecuencia central de 20 MHz, y el otro de 1.5 m, con una frecuencia central de 75 MHz.As for the signal antennas, they are resistively charged dipoles and respond to the premises established by Wu and King in their article " The cylindrical antenna with non-reflecting resistive loading " (IEEE Transactions on Antennas and Propagation 13, 1965). Each dipole consists of 20 pieces of cable (metal mesh) and 18 resistors, connected to the cables. Both the conductor and the resistors are mounted on a flexible plastic rod to which rings have been added at the ends and in the center to help the installation of the antenna on sleds and mooring ropes. The antenna also has contacts at the power points to connect it to the transmitter or signal receiver. Two sets of such antennas have been built for the equipment, one of 5.8 m in length, with a central frequency of 20 MHz, and the other of 1.5 m, with a central frequency of 75 MHz.

También se han construido los cables correspondientes para realizar las conexiones entre las distintas unidades, con el criterio de utilizar diferentes tipos de conectores (Fig. 5, Fig. 6 y Fig. 7), para evitar fallos de montaje y facilitar el trabajo de campo.The cables have also been built corresponding to make the connections between the different units, with the criteria of using different types of connectors (Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7), to avoid assembly failures and facilitate Fieldwork

La figura Fig. 9 muestra el esquema de conexión del conjunto unidad de control-sistema de registro digital, receptor de señal, GPS y odómetro (en caso de que se emplee). En la Fig. 10 se indica la conexión del emisor de señal.Figure Fig. 9 shows the connection scheme of the control unit-registration system set digital, signal receiver, GPS and odometer (in case use). Fig. 10 shows the connection of the transmitter of signal.

El equipo se ha diseñado con un criterio de versatilidad que permite emplear un montaje clásico en radioglaciología, como el que muestra la Fig. 2, en el que aparecen dos motos de nieve con dos trineos entre ellas, uno para el conjunto unidad de control-receptor-GPS-odómetro y el otro para el emisor; las antenas de señal y la fibra óptica del sistema de sincronismo se colocarían solidarias a las cuerdas que unen el convoy. Pero también admite otras opciones, como emplear una sola moto con dos pequeños trineos y un elemento final que actúe de freno, e incluso, realizar las medidas portando el equipo en mochilas, dado su reducido tamaño y peso.The equipment has been designed with a criterion of versatility that allows to use a classic assembly in radioglaciology, like the one shown in Fig. 2, in which they appear two snowmobiles with two sleds between them, one for the whole unit of GPS-odometer-receiver-control and the other for the issuer; the signal antennas and the optical fiber of the system of synchronism would stand solidarity to the strings that Join the convoy. But it also supports other options, such as using a single motorcycle with two small sleds and a final element that acts as brake, and even carry out the measurements carrying the equipment in backpacks, given its small size and weight.

Cabe destacar que en las pruebas realizadas en campo, con este equipo, durante la campaña ártica 2010, llevada a cabo por varios de los coinventores en la isla de Spitsbergen, archipiélago de Svalbard, Noruega. Los resultados mejoraron lo esperado obteniéndose una calidad de señal registrada que hacía innecesaria la segunda etapa de amplificación del receptor.It should be noted that in the tests carried out in field, with this team, during the Arctic 2010 campaign, led to out by several of the co-inventors on the island of Spitsbergen, Svalbard archipelago, Norway. The results improved what expected obtaining a recorded signal quality that made unnecessary the second stage of amplification of the receiver.

Claims

1. Control unit and digital register for your integration in a georradar team of impulse type of application specific in glaciology comprising the following elements:

a.to.: Un único circuito conversor analógico digital (ADC) de alta velocidad (8.1) que permita la captura de 4000 muestras por traza en tiempo real con periodo de muestreo seleccionable por el usuario, con un máximo de 10 ns y un mínimo de 2.5 ns.A single digital analog converter circuit (ADC) high speed (8.1) that allows the capture of 4000 samples per real-time trace with sampling period selectable by the user, with a maximum of 10 ns and a minimum of 2.5 ns.

b.b.: Un FPGA en tiempo real, de las muestras de señal capturadas, mediante la técnica de apilamiento de trazas que proporcione una velocidad de proceso que permita un apilamiento mínimo de 256 trazas y que sea seleccionable por un usuario, integrado por los siguientes elementos:A real-time FPGA of signal samples captured, by the technique of stacking traces that provide a process speed that allows stacking minimum of 256 traces and that is selectable by a user, composed of the following elements:

i.i.: bloque de control donde se generan las señales de reloj y activación del ADC para la captura de los puntos de la trazacontrol block where signals are generated from clock and activation of the ADC to capture the points of the trace

ii.ii.: bloque sumador (8.3) de dos ramas con operación en desfase de un semiciclo de la señal de reloj generada, una rama suma los puntos pares de las trazas apiladas y otra los imparestwo-branch adder block (8.3) with operation in phase offset of the generated clock signal, a branch sum the even points of the stacked traces and other the odd

iii.iii.: bloques de memoria de almacenamiento temporal (8.4), uno por cada rama de bloque sumador, donde se almacenan los resultados parciales del apilamiento de trazastemporary storage memory blocks (8.4), one for each adder block branch, where the partial results of trace stacking

iv.iv.: bloque para el truncamiento (8.5) de bits del resultado del apilamiento de trazas y posterior envío a la tarjeta de memoria (5.9).block for truncation (8.5) of bits of result of the stacking of traces and subsequent sending to the card of memory (5.9).

c.C.: Ranura de conexión para una tarjeta de memoria (5.9), en la que se almacenan los ficheros que contienen los valores obtenidos del proceso de apilamiento de trazas procesadas en la FPGA.Connection slot for a memory card (5.9), in which the files containing the values are stored obtained from the process of stacking processed traces in the FPGA

d.d.: Un microcontrolador con funciones de:A microcontroller with functions of:

v.v.: gestión de la tarjeta de memoria conectada en la ranura (5.9)management of the memory card connected in the slot (5.9)

vi.saw.: interacción con el usuario, para el control del equipo, a través de una pantalla (5.1) y un teclado (5.11)interaction with the user, for the control of equipment, through a screen (5.1) and a keyboard (5.11)

vii.vii.: comunicación entre la Unidad de control y sistema de registro con el resto de componentes del equipo georradar (emisor, receptor, GPS y odómetro)communication between the control unit and the system registration with the other components of the georradar team (issuer, receiver, GPS and odometer)

viii.viii: generación de la señal de sincronismo para el emisor y el receptor de señal mediante gestión de fuente externa (odómetro) o interna (temporizador).generation of the synchronism signal for the transmitter and the signal receiver through external source management (odometer) or internal (timer).

e.and.: Elementos de control del equipo por parte del usuario consistentes en:Equipment control elements by the user consisting of:

ix.ix.: Una pantalla (5.1) que permita la visualización de la aplicación para el uso y configuración de la unidad y del resto de componentes del georradarA screen (5.1) that allows the display of the application for the use and configuration of the unit and the rest of georradar components

x.x.: Un teclado (5.11) que permite al usuario seleccionar el número de trazas a apilar, que ha de ser superior o igual a 256, y el período de muestreo.A keyboard (5.11) that allows the user to select the number of traces to be stacked, which must be greater than or equal to 256, and the sampling period.

f.F.: Conectores (5.2-5.6 y 5.10), cada uno de ellos con distinto número de pines, para la conexión de la unidad de control y registro digital con el resto de elementos del equipo.Connectors (5.2-5.6 and 5.10), each one of them with different number of pins, for the connection of the control unit and digital register with the rest of the elements of the team.

g.g.: Una caja metálica para albergar la unidad de control y sistema de registro digital, para la compacidad del equipo y la eliminación de ruido de alta frecuencia, con conexiones y accesos por una sola cara.A metal box to house the control unit and digital registration system, for the compactness of the equipment and the high frequency noise elimination, with connections and access on one side only.

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2. Control unit and digital recording system according to claim 1 characterized in that the real-time digital processing circuit is integrated in a high-speed FPGA.

3. Control unit and digital recording system according to claims 1 and 2 characterized in that the ADC and the FPGA used support the LVDS data communication standard.

4. Control unit and digital recording system according to claims 1 to 3, characterized in that the display (5.1) is a black and white graphic LCD screen of 240 * 128 characters, with internal illumination and automatic temperature control.

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5. Control unit and digital registration system according to claims 1 to 4 characterized in that the keyboard (5.11) has 4 buttons, namely:

h.h.: ALT: Activación de funciones especiales o retorno a pantalla previa.ALT: Activation of special functions or return to previous screen

i.i.: MENU/ENTER: Entrada al menú (al arrancar) o activación de opción seleccionada, durante el proceso.MENU / ENTER: Enter the menu (when starting) or activation of selected option, during the process.

j.j.: START: Puesta en marcha de la medida (junto con ALT), subida o desplazamiento a la derecha (en menú) o incremento de campo seleccionado.START: Commissioning of the measure (together with ALT), rise or shift to the right (in menu) or increase in selected field

k.k.: STOP: Parada de medida (junto con ALT), bajada o desplazamiento a la izquierda (en menú) o decremento de campo seleccionado, según contexto.STOP: Measurement stop (together with ALT), descent or left shift (in menu) or field decrement selected, depending on context.