NL1013661C2 - Gronddoordringende radarinrichting en werkwijze voor het detecteren van een object op of onder een grondoppervlak. - Google Patents

Description

t

Gronddoordrineende radarinrichting en werkwijze voor het detecteren van een object op of onder een grondoppervlak

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een gronddoordringende radarin-5 richting en een werkwijze voor het detecteren van een object op of begraven in de grond. Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een gronddoordringende radarinrichting voor het detecteren van objecten op of onder een grondoppervlak, omvattende ten minste één zendantenne met een eerste oppervlaktebeslag bij het grondoppervlak, ten minste één ontvangantenne met een tweede oppervlaktebe-10 slag bij het grondoppervlak en verwerkingsmiddelen die verbonden zijn met de ten minste ene zendantenne en de ten minste ene ontvangantenne. Een dergelijke inrichting kan primair gebruikt worden om begraven mijnen te detecteren, zowel metalen als niet-metalen.

Amerikaans octrooischrift US-A-5.680.048 beschrijft een mijndetectie-inrichting 15 die een combinatie van sensorinrichtingen gebruikt om mijnen te detecteren die verdeeld zijn op of begraven zijn in de grond. In de inrichting wordt een combinatie gebruikt van een gronddoordringende radar, een radiometer en een metaaldetector. De gronddoordringende radar omvat verwerkingsmiddelen en een gecombineerde zend-/ontvangantenne. De zend- en ontvangantenne kunnen tevens afzonderlijke anten-20 nes zijn. In de geopenbaarde inrichting wordt de zendantenne gecombineerd met een diëlektrische lens om een gecollimeerde bundel te genereren teneinde een bundel met een bijna constant vermogen over korte afstanden te verkrijgen.

In het algemeen richt een gronddoordringende radarinrichting een elektromagnetisch signaal (zoals een puls) door middel van een zendantenne in de grond en het te-25 rugverstrooide signaal wordt ontvangen door de ontvangantenne en bruikbare informatie betreffende objecten wordt geëxtraheerd uit het ontvangen signaal. Wanneer het verzonden signaal een bekende amplitude, frequentie en tijdsduur heeft, is het mogelijk om bruikbare informatie van ruis te scheiden. Wanneer echter een signaal wordt verzonden met een naijlend resonantiesignaal (zoals gegenereerd door bepaalde vormen 30 van zendantennes) is het niet duidelijk welk gedeelte van het terugverstrooide signaal bruikbare informatie omvat.

Gronddoordringende radarinrichtingen werken meestal in het microgolfffequen-tiegebied en verschillende ontwerpen van de zend- en ontvangantennes zijn ontworpen 10 1 3 6 6 1 2 om bepaalde specifieke problemen te overwinnen zoals verzending en ontvangst in bepaalde omgevingen, het verzenden van specifieke polarisatiesignalen en breedbandige signalen met een bepaalde fase- en polarisatiekarakteristiek.

Een probleem met de beschreven gronddoordringende radarinrichting en andere 5 bekende gronddoordringende radarinrichtingen is dat de resolutie en diepte van doordringing meestal niet voldoende is om voldoende werking te verschaffen. Met name in een diëlektrisch onoverzichtelijke omgeving kan de effectieve toepassing van de gronddoordringende radarinrichting verslechterd worden.

Het is daarom een doelstelling van de onderhavige uitvinding een gronddoordrin-10 gende radarinrichting te verschaffen met een goede prestatie voor het detecteren van objecten op of begraven in de grond.

Deze doelstelling wordt bereikt door een gronddoordringende radarinrichting van de in de aanhef gedefinieerde soort waarin het eerste en tweede oppervlaktebeslag verschillende afmetingen hebben. Met het oppervlaktebeslag bij het grondoppervlak wordt 15 de vlakke bedekking van de antenne op het grondoppervlak bedoeld. Deze opstelling zal resulteren in ontvangst van een signaal dat aanzienlijk minder ruis heeft, en dat makkelijkere verwerking van het ontvangen signaal mogelijk maakt om het object op of in de grond te detecteren.

Bij voorkeur wordt het tweede oppervlaktebeslag omvat door het eerste opper-20 vlaktebeslag. Dit maakt belichting door de zendantenne van een groter gebied bij het grondoppervlak mogelijk en een zeer gelokaliseerd opnemen van terugverstrooide signalen door de ontvangantenne.

In een verdere uitvoeringsvorm van de gronddoordringende radarinrichting is de ten minste ene zendantenne opgesteld teneinde te werken als een verre-veldantenne en 25 is de ten minste ene ontvangantenne opgesteld om te werken als een nabije-veldan-tenne. Objecten op of begraven in de grond worden belicht door de zendantenne en de terugverstrooide signalen worden zeer lokaal opgenomen door de ontvangantenne. Hierdoor zullen slechts terugverstrooide signalen ontvangen worden van objecten in de directe nabijheid van de ontvangantenne, waardoor het terugverstrooide signaal minder 30 ruis bevat en minder verontreinigd is met storingen van andere objecten of materialen.

In een verdere uitvoeringsvorm van de gronddoordringende radarinrichting zijn de ten minste ene zendantenne en de verwerkingsmiddelen ingericht om een pulsvorm te verschaffen met verminderde na-oscillatiekarakteristieken.

10 1 3 6 6 1 3

De zendantenne van de onderhavige gronddoordringende radarinrichting is bij voorkeur een TEM-hoomantenne. In een voorkeursuitvoeringsvorm levert de zendantenne een puls met een enkele cyclus van HF-energie die gericht is naar het grondoppervlak. Een dergelijke zendantenne maakt opwekking van een puls met een enkele 5 cyclus mogelijk met een zeer pure vorm, dat wil zeggen zonder een naijlend resonan-tiesignaal. Dit naijlende resonantiesignaal wordt in het algemeen aangeduid als na-os-cillatie. Het verzenden van een pure puls met een enkele cyclus zonder na-oscillatie zal resulteren in een terugverstrooid signaal met veel meer bruikbare informatie betreffende het te detecteren object omdat geen terugverstrooid signaal aanwezig zal zijn van 10 het naijlende resonantiesignaal. Een pure puls met een enkele cyclus zal resulteren in een schoner retoursignaal, hetgeen het gebruik van vroege tijdsgebeurtenissen mogelijk maakt binnen de uitgestraalde golfvorm, bijvoorbeeld de leidende rand van de puls, als zeer nauwkeurige markeerpunten in zowel het verzonden als het ontvangen signaal. Dit maakt een eenvoudige subtractie van signalen in het tijddomein en signaalcalibratie-15 functies mogelijk.

Het is echter tevens mogelijk om een maximaal terugverstrooid signaal te verkrijgen van het begraven object met andere verzonden pulsvormen. Hiervoor dienen de verwerkingsmiddelen, de zendantenne of beide aangepast te worden. Het is bijvoorbeeld mogelijk om het geometrische profiel van de zendhoomantenne en/of de karakte-20 ristieken van een pulsgenerator die omvat is in de verwerkingsmiddelen te veranderen.

Het is zelfs mogelijk om frequentie gemoduleerde golfVormen of continue golf-vormen met getrapte frequentie te gebruiken als het verzonden signaal dat uitgestraald dient te worden door de ten minste ene zendantenne. Omdat deze techniek echter niet-causale synthetische pulstechnieken zijn kunnen verschillende stralingsmechanismes 25 gebruikt worden en als gevolg andere specifieke types zendantennes. Voorbeelden van dergelijke verschillende types zendantennes kunnen andere hoomantennes zijn, pla-naire of conische spiraalantennes.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de ten minste ene zendantenne een eerste en een tweede zijwand, die verbonden zijn met een aansluiting aan eerste uiteinde, 30 waarbij de eerste en tweede zijwanden onder een voorafbepaalde hoek ten opzichte van elkaar staan, en de eerste en tweede zijwanden ieder een veelvoud van secties omvatten met een voorafbepaalde lengte en een voorafbepaalde breedte, waarbij de voorafbepaalde breedte van ten minste één van het veelvoud van secties taps toeloopt van de 10 1 3 6 6 1 « 4 zijde die het dichtst bij het eerste uiteinde van de eerste en tweede zijwanden ligt naar de zijde die het dichtst bij een tweede uiteinde van de eerste en tweede zijwand ligt. Deze opstelling van de zendantenne maakt opwekking van een zeer zuivere puls met een enkele cyclus mogelijk.

5 In een verdere uitvoeringsvorm heeft de ten minste ene ontvangantenne een lage gevoeligheid. Door het alleen opnemen van de sterkste signalen worden signalen ontvangen die alleen informatie betreffende interessante objecten omvatten. Ruis in het ontvangen signaal wordt verminderd alsmede verstoringen van andere objecten die niet van belang zijn. De gevoeligheid van de ontvangantenne is het product van de ffequen-10 tieafhankelijkheid van zijn effectieve lengte en de impedantiekoppeling met de ontvanger. De gevoeligheid van de ontvangantenne wordt zodanig geselecteerd dat alleen locale terugverstrooide signalen worden teruggewonnen, omdat verstrooi ingssignalen van verder weg gelegen objecten die tevens belicht worden door de zendantenne zeer zwak zijn.

15 Bij voorkeur is de ten minste één ontvangantenne een apertuurantenne met een golfgeleider. Als alternatief is de ten minste ene ontvangantenne een kleine-lus- of een korte-dipoolantenne, bij voorkeur een λ/10-antenne.

In een verdere uitvoeringsvorm van de gronddoordringende radarinrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de ten minste ene ontvangantenne een additio-20 nele ontvangantenne met een oppervlaktebeslag van de additionele ontvangantenne die kleiner is dan het oppervlaktebeslag van de zendantenne. Deze meer gericht scherpgestelde additionele antenne heeft een gevoeligheid om een diepere doordringing in de grond te verschaffen, hetgeen detectie van begraven objecten die dieper in de grond zijn begraven mogelijk maakt. Door het kiezen van de juiste ontvangkarakteristieken 25 van de ontvangantenne en de additionele ontvangantenne kan het gebied van belang in de grond juist gekozen worden.

In een nog verdere uitvoeringsvorm omvat de ten minste ene ontvangantenne een array van ontvangantennes. Deze opstelling maakt een meer complexe arrayverwerking van signalen die ontvangen worden van elk van de ontvangantennes van het array mo-30 gelijk. Het integreren van de signalen van de meervoudige nabij e-vcldontvangantennes maakt een verbeterde scherpstelling mogelijk, hetgeen resulteert in een betere resolutie van het beeld dat gevormd wordt van de onder de oppervlakte gelegen grond en derhalve een betere detecteerbaarheid van begraven objecten.

10 1 3 66 1 5

De ten minste ene zendantenne en de ten minste ene ontvangantenne kunnen bevestigd worden aan een bewegend platform. Deze opstelling maakt een continue aftasting langs de grond mogelijk terwijl tevens de exacte locatie wordt opgenomen. Het gebruik van synthetische apertuurradartechnieken verschaft een additionele toename in 5 azimuthale resolutie en afstandresolutie langs het vlak van het array gericht in de grond.

Een tweede aspect van de onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het detecteren van een object op of onder een grondoppervlak omvattende de stappen van het belichten van het grondoppervlak met een breedbandig HF-signaal, 10 waarbij het breedbandige HF-signaal verzonden wordt door een zendantenne met een eerste oppervlaktebeslag, waarbij breedbandige HF-signalen die gereflecteerd worden door het object opgenomen worden door ten minste één ontvangantenne met een tweede oppervlaktebeslag, waarbij het eerste en het tweede oppervlaktebeslag verschillende afmetingen hebben. Deze werkwijze zal resulteren in ontvangst van gere-15 flecteerde signalen die aanzienlijk minder ruisbevatten, hetgeen makkelijkere verwer-''""V king van het ontvangen signaal mogelijk maakt om het object op of in de grond te detecteren.

Bij voorkeur wordt de zendantenne bedreven in een in hoofdzaak verre-veldmo-dus en de ten minste ene ontvangantenne in een in hoofdzaak nabije-veldmodus. Ob-20 jecten op of begraven in de grond worden dan belicht door de zendantenne, en de terugverstrooide signalen worden zeer lokaal opgenomen door de ontvangantenne. Hierdoor zullen slechts terugverstrooiingssignalen ontvangen worden van objecten in de directe nabijheid van de ontvangantenne, waardoor het terugverstrooiingssignaal minder ruis bevat en minder verontreinigd is met verstoringen door andere objecten of ma-25 teriaal.

In een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige werkwijze worden de gereflecteerde breedbandige HF-signalen opgenomen door een lineair array van ontvang-antennes hetgeen een verdere signaalverwerking van de ontvangen signalen mogelijk maakt om de resolutie en detecteerbaarheid te verbeteren.

30 Het breedbandige HF-signaal wordt in hoofdzaak verzonden als een pulsvorm met verminderde na-oscillatiekarakteristieken, bij voorkeur als een enkele cyclus van HF-energie, hetgeen resulteert in een terugverstrooid signaal met veel meer bruikbare informatie betreffende het te detecteren object aangezien geen terugverstrooid signaal 10 t 3 66 1 6 aanwezig zal zijn van een naijlend resonantiesignaal.

De gronddoordringende radarinrichting volgens de onderhavige uitvinding zal nu in meer detail besproken worden door middel van een aantal voorkeursuitvoeringsvormen met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin: 5 Fig. 1 een schematische weergave toont van een gronddoordringende radarin richting volgens een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

Fig. 2a-2c respectievelijk een voor-, zij- en bovenaanzicht tonen van een zend-antenne die bij voorkeur gebruikt wordt in de onderhavige gronddoordringende radarinrichting; 10 Fig. 3 een grafische weergave toont van een korte puls die verzonden en ontvan gen wordt met de zendantenne volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 4 een grafische weergave toont van een korte puls die verzonden wordt door de zendantenne volgens de onderhavige uitvinding en ontvangen door een B-dot-opneemelement; 15 Fig. 5 een schematische weergave toont van een gronddoordringende radarin richting volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; en

Fig.6 een schematische weergave toont van een gronddoordringende radarinrichting volgens een derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Fig. 1 toont een typische opstelling van de zend- en ontvangantennes 13, 15 bo-20 ven grond 18 voor gebruik in de gronddoordringende radarinrichting 10 volgens de onderhavige uitvinding. De zendantenne 13 ontvangt een pulssignaal van een zender 11 en het signaal dat ontvangen wordt door de ontvangantenne 15 wordt verder verwerkt door de ontvanger 12.

Een begraven object 17, dat begraven is in de grond 18 is het door de gronddoor-25 dringende radarinrichting te detecteren object. Het begraven object 17 kan metaal zijn maar kan tevens gevormd zijn uit een ander materiaal zoals plastic. Het begraven object 17 kan bijvoorbeeld een begraven plastic mijn zijn die niet detecteerbaar is door conventionele metaaldetectie-inrichtingen.

De meeste van de gronddoordringende radarinrichtingen werken in een micro-30 golffrequentiegebied. Antennes die in staat zijn tot het zenden en ontvangen van micro-golfstralen zijn er in vele vormen en ontwerpen. Bestaande antennes voor gronddoordringende radarinrichtingen hebben problemen aangestipt zoals verzending en ontvangst in bepaalde omgevingen, het zenden van specifieke polarisatiesignalen en 10 1 3 66 1 7 breedbandige signalen met specifieke fase- en polarisatiekarakteristieken.

Een gronddoordringende radarinrichting probeert informatie te verzamelen uit terugverstrooiing. Terugverstrooiing is gereflecteerd signaal dat teruggekaatst is door objecten van belang. Wanneer het verzonden signaal een bekende amplitude, frequentie 5 en tijdsduur heeft is het makkelijk om informatie af te leiden uit de terugverstrooiing met betrekking tot de samenstelling en vorm van het object dat het signaal reflecteert, waarbij in hoofdzaak bruikbare informatie van de ruis wordt gescheiden. Wanneer echter een signaal wordt gezonden met een naijlend resonantiesignaal wordt het erg moeilijk om de ontvangen terugverstrooide signalen te analyseren aangezien de nauw-10 keurige amplitude, frequentie en tijdsduur van het verzonden signaal niet precies bekend zijn.

Voor een juiste werking van de onderhavige gronddoordringende radarinrichting is de zendantenne 13 die gevoed wordt door zendersubsysteem 11 geplaatst op een zenderhoogte hr boven de lucht-grondinterface. Deze zenderhoogte hr is bij voorkeur 15 ongeveer 70 cm. De ontvangantenne 15 die gekoppeld is met het ontvangersubsysteem 12 voor signaalverwerking is geplaatst op een ontvangerhoogte hR boven de lucht-grondinterface. De ontvangerhoogte hR is ongeveer 15 cm.

De antenneoppervlaktebeslagen van de zend- en ontvangantennes 13, 15 zijn in fig. 1 aangegeven door de gestippelde lijnen 14, respectievelijk 16. Zoals duidelijk is 20 uit fig. 1 is het oppervlaktebeslag 14 van de zendantenne 13 aanzienlijk groter dan het oppervlakbeslag 16 van de ontvangantenne 15.

Dit zal resulteren in ontvangst van een signaal dat aanzienlijk minder ruis bevat, hetgeen een makkelijkere verwerking van het ontvangen signaal mogelijk maakt.

De specifieke zendantenne 13 die bij voorkeur gebruikt wordt in de onderhavige 25 gronddoordringende radarinrichting is in meer detail getoond in fig. 2a-2c. Fig. 2a toont een vooraanzicht van de zendantenne 13 terwijl fig. 2b een zijaanzicht en fig. 2c een bovenaanzicht toont. Zoals duidelijk is uit fig. 2a-2c is de zendantenne 13 een specifiek gevormde TEM-hoomantenne. Het zijaanzicht in fig. 2b toont dat de zendantenne 13 twee identiek gevormde delen 21, 22 omvat die gevoed worden door een SMA-con-30 nector 20. Het bovenste en onderste gedeelte 21, 22 staan onder een hoek α ten opzichte van elkaar, die bij voorkeur 20° bedraagt. Wanneer de lengte van de bovenste en onderste delen 21,22 468 mm bedraagt, is de effectieve lengte van de hoomantenne 13 (zoals gemeten vanaf de voedingsaansluiting 20 tot aan het oppervlak van de apertuur 101 3 66 1 δ 23) gelijk aan 460 mm.

Het bovenaanzicht van de zendantenne 13 toont de specifieke vorm van zowel het bovenste als onderste gedeelte 21, 22 en omvat drie gedeeltes 24, 25, 26. Het eerste gedeelte 24 bij de verbinding van het bovenste en onderste gedeelte 21, 22 aan de voe-5 dingsaansluiting, heeft een breedte van bij voorkeur 147 mm en een lengte van bij voorkeur 224 mm. Het tweede gedeelte 25 heeft een lengte van 147 mm en loopt taps toe van de lengte van 147 mm tot een breedte van 44 mm. Het derde gedeelte 26 heeft een lengte van 115 mm en zijn breedte loopt taps toe van 44 mm naar 12 mm.

Bij voorkeur is de zendantenne 15 ontworpen en geoptimaliseerd om een hoge 10 stralingsefficiëntie te hebben door het nauwkeurig koppelen van de impedantie en de elektromagnetische golfmodus van zowel de zendantenne 15 als het zendsubsysteem 11. Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door het gebruik van een balun die verbonden is met de SMA-aansluiting 20.

Een zendantenne 13 zoals beschreven, maakt het genereren van een puls met een 15 enkele cyclus met een zeer pure vorm mogelijk, dat wil zeggen zonder een naijlend resonantiesignaal. Dit naijlende resonantiesignaal wordt meestal aangeduid als na-os-cilleren. Het verzenden van een pure puls met een enkele cyclus zonder na-oscilleren zal resulteren in een terugverstrooid signaal met veel meer bruikbare informatie met betrekking tot het te detecteren object, omdat geen terugverstrooid signaal aanwezig zal 20 zijn uit het naijlende resonantiesignaal.

Tevens zal een pure puls met een enkele cyclus resulteren in een schoner retour-signaal, dat gebruik van vroege tijdgebeurtenissen mogelijk maakt binnen de uitgezonden golfvorm, bijvoorbeeld de leidende rand van de puls, als zeer nauwkeurige mar-keerelementen in zowel het verzonden als ontvangen signaal. Dit maakt een rechttoe 25 rechtaan subtractie van signalen in het tijddomein en signaalcalibratiefuncties mogelijk.

Hoewel de getoonde zendantenne 13 een TEM-hoomantenne is met een grote bandbreedte en een enkele polarisatie, kunnen andere antennesoorten gebruikt worden in het gronddoordringende systeem volgens de onderhavige uitvinding. Deze andere antennesoorten omvatten meervoudige lineaire, meervoudige elliptische en meervou-30 dige circulaire polarisatiesoorten en deze kunnen meervoudige brede ffequentiebanden omvatten.

Als ontvangantenne 15 dient een antenne gekozen te worden met een lage gevoeligheid, waardoor de opneemmogelijkheid beperkt wordt tot het "snuffelen" van het 101 3 6 6 1 9 verstrooide nabije-veldsignaal in zijn directe omgeving. Door het slechts opnemen van het nabije-veldsignaal worden signalen ontvangen die informatie omvatten betreffende objecten die van belang zijn. Ruis in het ontvangstsignaal wordt verminderd alsmede verstoring door andere objecten die niet van belang zijn. Gevoeligheid van een ontvan-5 gantenne 15 is het product van de frequentieafhankelijkheid van zijn effectieve lengte en de impedantiekoppeling met de ontvanger 12. De gevoeligheid van de ontvangan-tenne 15 wordt zodanig gekozen dat alleen lokaal terugverstrooid signaal wordt teruggewonnen, omdat het verstrooide signaal van verder afgelegen objecten die tevens belicht worden door de zendantenne 13 zeer zwak is.

10 De ontvangantenne 15 is bij voorkeur een elektrische korte-lus- of dipoolantenne (λ/10) zoals een B-dotsonde. Een B-dotsonde omvat een volledige cilinderlus die de snelheid van verandering in tijd van een magnetisch veld meet. Bij voorkeur is de sonde 15 voorzien van een beschermende bedekking van een diëlektrisch materiaal. De sonde bestaat uit een geleidende cilinder die vier spleetstructuren met gelijke afstand 15 omvat. De spanning die wordt ontwikkeld over elke spleet wordt gevoerd op een 100 ohm biconische transmissielijn die bij tegenover elkaar liggende spleten parallel verbonden zijn met 100 ohm kabels. Deze kabels zijn op hun beurt verbonden met kleine 50 ohm uitvoerkabels die overgang naar grotere kabels mogelijk maken. De spleet- en bedradingsconfïguratie veroorzaakt dat elke reactie op elektrisch veld uitge-20 doofd wordt en dat het uitgangssignaal van de sensor alleen resulteert uit magnetische velden. Een commercieel verkrijgbare B-dotsonde 15 is bijvoorbeeld het Prodyn-model B-90 sensor. Het equivalente gebied is slechts 2x10'5 m2 en de frequentiereactie (3 dB punt) is ongeveer 10 GHz.

Als alternatief kan een eenvoudige impedantie gekoppelde B-dotsondeantenne 25 gebruikt worden als ontvangantenne 15 die eerder gekalibreerd is over de bijbehorende bedrijfsfrequentieband van de gronddoordringende radarinrichting 10. Het ontvanger-subsysteem 11 kan bijvoorbeeld softwaremiddelen omvatten om een sondecompensatie te implementeren van deze eenvoudige B-dotsondeantenne om de gewenste gevoeligheid over de vereiste bedrijfsband te verkrijgen.

30 Als alternatief kan een golfgeleiderapertuur gebruikt worden als ontvangantenne 15, tevens met een verminderde gevoeligheid in het betreffende ffequentiegebied.

Zoals bekend aan de deskundige kunnen zend-ontvangopslellingen omgekeerd worden, dat wil zeggen in de onderhavige gronddoordringende radarinrichting kan te 101 3 66 1 10 vens een zendantenne 13 met een smalle hoek of oppervlaktebeslag gebruikt worden in combinatie met een ontvangantenne 15 met een breed oppervlaktebeslag.

Fig. 3 toont een grafische weergave van een korte puls die verzonden is in overeenstemming met de onderhavige uitvinding en gemeten met gebruik van twee iden-5 tieke TEM-hooms die op elkaar zijn uitgelijnd. Fig. 4 toont een grafische weergave van de puls die verzonden is zoals in fig. 3 maar nu gemeten met een B-dotsonde als ontvangantenne 15, die uitgelijnd is met de TEM-hoomzendantenne 13. Het is duidelijk dat de verzonden puls zeer kort is en een zeer weinig naijlend resonantiesignaal produceert, waardoor deze specifiek geschikt is voor gronddoordringende radartoepassingen. 10 In de onderhavige gronddoordringende radarinrichting is de sonderende ontvang antenne 15 geplaatst voor en langs de uitlijnas van de zendantenne 13, dicht bij de lucht grondinterface. De ontvangantenne 13 kan uitgelijnd zijn voor maximale of minimale veldreactie, waarbij de laatste optie van belang is wanneer data verzameld wordt betreffende gedepolariseerd terugverstrooid signaal.

15 Fig. 5 toont een opstelling van een tweede uitvoeringsvorm van de gronddoor dringende radarinrichting volgens de onderhavige uitvinding. De ontvangopstelling verschilt van de opstelling die getoond is in fig. 1, doordat een additionele ontvangantenne 19 geplaatst is op een hoogte die ongeveer gelijk is aan de zendhoogte hr. Zowel de ontvangantenne 15 als de additionele antenne 19 zijn verbonden met een tweeka-20 naalsontvanger 18. Bij voorkeur is de additionele antenne 19 een dipoolantenne in een doos, hetgeen resulteert in een additioneel antenneóppervlaktebeslag 20 die qua richting scherpgesteld is en een gevoeligheid heeft teneinde een diepere doordringing van de grond 18 te verschaffen hetgeen detectie van begraven objecten 17 die dieper in de grond 18 zijn begraven mogelijk maakt.

25 Door het selecteren van de juiste ontvangkarakteristieken van de ontvangantenne 15 en de additionele ontvangantenne 19 kan het gebied van belang in de grond 18 juist gekozen worden.

Fig. 6 toont een opstelling van een derde uitvoeringsvorm van de gronddoordringende radarinrichting volgens de onderhavige uitvinding. De ontvangopstelling is ver-30 schillend van de in fig. 1 getoonde opstelling doordat de ontvangantenne 15 vervangen is door een array 21 van ontvangantennes die verbonden zijn met een multikanaalsont-vanger 22. Bij voorkeur zijn de ontvangantennes van het array 21 van hetzelfde soort als de ontvangantenne 15 die gebruikt is in de andere uitvoeringsvormen. De afzonder- 10 1 3 66 1 11 lijke ontvangantennes 15 worden in een raamwerk geplaatst, dat van zo weinig mogelijk metalen delen is geconstrueerd, bij voorkeur door het gebruik van diëlektrische materialen en absorptie-elementen. Deze opstelling maakt een meer complexe array-verwerking van signalen mogelijk die ontvangen zijn van elk van de ontvangantennes 5 van het array 21. Het integreren van de signalen van de meervoudige nabij e-veldont-vangantennes 15 maakt een verbeterde scherpstelling mogelijk, hetgeen resulteert in een beter oplossend vermogen van het beeld dat gevormd wordt van de onder de oppervlakte gelegen grond 18 en daardoor een betere detecteerbaarheid van begraven objecten 17. Dit zend- en ontvangarray 13, 21 kan bevestigd worden aan een bewegend 10 platform, hetgeen een continue aftasting over de grond 18 mogelijk maakt terwijl tevens de exacte locatie wordt opgenomen. Het gebruik van synthetische apertuurradar-technieken verschaft een extra toename in de azimuthale resolutie en afstandsresolutie langs het vlak van het array in de richting in de grond 18.

De gronddoordringende radarinrichting is hierboven beschreven voor een inrich-15 ting met gebruik van pulsgeneratie en -transmissie in tijd. De inrichting kan echter tevens andere technieken gebruiken zoals continue-golfinrichtingen (frequentie gemoduleerde continue golf (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW), en getrapte frequentie continue golf (Stepped Frequency Continuous Wave, SFCW) die in hoofd-zaak een synthetische temporele puls genereren.

10 1 3 66 1

Claims (16)

1. Gronddoordringende radarinrichting voor het detecteren van objecten op of onder een grondoppervlak, omvattende ten minste een zendantenne met een eerste op- 5 pervlaktebeslag bij het grondoppervlak, ten minste een ontvangantenne met een tweede oppervlaktebeslag bij het grondoppervlak, en verwerkingsmiddelen die verbonden zijn met de ten minste ene zendantenne en de ten minste ene ontvangantenne, met het kenmerk, dat het eerste (14) en tweede (16) oppervlaktebeslag verschillende afmetingen hebben. 10

2. Gronddoordringende radarinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede oppervlaktebeslag (16) omvat is door het eerste oppervlaktebeslag (14).

3. Gronddoordringende radarinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken-15 merk, dat de ten minste ene zendantenne (13) is ingericht om te werken als een verre- veldantenne en de ten minste ene ontvangantenne (15) is ingericht om te werken als een nabij e-veldantenne.

4. Gronddoordringende radarinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het 20 kenmerk, dat de ten minste ene zendantenne (13) en de verwerkingsmiddelen (11, 12) ingericht zijn om een pulsvorm te verschaffen met verminderde na-oscillatiekarakteris-tieken.

5. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de conclusies 1 t/m 4, 25 met het kenmerk, dat de ten minste ene zendantenne (13) een TEM-hoomantenne is.

6. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de ten minste ene zendantenne (13) een puls HF-energie met een enkele cyclus levert die gericht is naar het grondoppervlak (18). 30

7. Gronddoordringende radarinrichting volgens conclusie 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat de ten minste ene zendantenne (13) een eerste en een tweede zijwand (21, 22) omvat, die verbonden zijn met een connector (20) aan een eerste uiteinde, 10 1 3 66 1 waarbij de eerste en tweede zijwand (21, 22) onder een vooraf bepaalde hoek (a) ten opzichte van elkaar staan, de eerste en tweede zijwand (21, 22) elk een veelvoud van gedeeltes (24, 25, 26) omvatten met een vooraf bepaalde lengte en een vooraf bepaalde breedte, waarbij de vooraf bepaalde breedte van ten minste één van het veelvoud van 5 gedeeltes (24, 25, 26) taps toelopen vanaf de zijde die het dichtst bij het eerste uiteinde van de eerste en tweede zijwanden liggen naar de zijde die het dichtste bij een tweede uiteinde van de eerste en tweede zijwand (21,22) liggen.

8. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de voorafgaande conclu- 10 sies, met het kenmerk, dat de ten minste ene ontvangantenne (15) een lag gevoeligheid heeft.

9. Gronddoordringende radarinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de ten minste ene ontvangantenne (15) één van de volgende soorten is: een golfge- 15 leiderapertuurantenne; een kleine-lusantenne; een korte dipoolantenne; een λ/10-an-tenne.

10. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ten minste ene ontvangantenne (15) een additionele 20 ontvangantenne (19) omvat met een additionele ontvangantenneoppervlaktebeslag (20) dat kleiner is dan het oppervlaktebeslag van de zendantenne (14).

11. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ten minste ene ontvangantenne (15) een array (21) 25 van ontvangantennes omvat.

12. Gronddoordringende radarinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ten minste ene zendantenne (13) en de ten minste ene ontvangantenne (15) bevestigd zijn aan een bewegend platform. 30

13. Werkwijze voor het detecteren van een object op of onder een grondoppervlak, omvattende de stappen van het belichten van het grondoppervlak met een breedbandig HF-signaal, waarbij het breedbandige HF-signaal verzonden wordt door een 101 366 1 zendantenne met een eerste oppervlaktebeslag, gekenmerkt doordat breedbandige HF-signalen die gereflecteerd worden door het object opgenomen worden door ten minste één ontvangantenne (15) met een tweede oppervlaktebeslag (16), waarbij het eerste (14) en tweede (16) oppervlaktebeslag verschillende afmetingen hebben. 5

14. Werkwijze volgens conclusie 13, gekenmerkt doordat de zendantenne (13) bedreven wordt in een in hoofdzaak verre-veldmodus en de ten minste ene ontvangantenne (15) bedreven wordt in een in hoofdzaak nabije-veldmodus.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk, dat de gereflec teerde breedbandige HF-signalen opgenomen worden door een lineair array (21) van ontvangantennes.

16. Werkwijze volgens conclusie 13, 14 of 15, gekenmerkt doordat het breed-15 bandige HF-signaal in hoofdzaak wordt verzonden als een pulsvorm met verminderde na-oscillatiekarakteristieken. 1 10 1 3 6β 1 Werkwijze volgens conclusie 16, gekenmerkt doordat het breedbandige HF-signaal in hoofdzaak verzonden wordt als een enkele cyclus van HF-energie. 20 ********