RU2144682C1 - Method of radar sounding of geological section - Google Patents

Method of radar sounding of geological section Download PDF

Info

Publication number
RU2144682C1
RU2144682C1 RU99104111A RU99104111A RU2144682C1 RU 2144682 C1 RU2144682 C1 RU 2144682C1 RU 99104111 A RU99104111 A RU 99104111A RU 99104111 A RU99104111 A RU 99104111A RU 2144682 C1 RU2144682 C1 RU 2144682C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio signals
geological section
pulse
frequency band
pulsed
Prior art date
Application number
RU99104111A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Б. Болтинцев
Original Assignee
Болтинцев Владимир Борисович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Болтинцев Владимир Борисович filed Critical Болтинцев Владимир Борисович
Priority to RU99104111A priority Critical patent/RU2144682C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2144682C1 publication Critical patent/RU2144682C1/en

Links

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: radar investigations. SUBSTANCE: invention is related to radar methods employing substantially non-monochromatic signal to generate measurement information that can be used to evaluate structural characteristics of geological section through great thickness of solids. Method involves emission of pulse radio signals into geological section, reception of radio signals reflected from geological section which are synchronized in time with emitted pulse radio signals, processing of received reflected radio signals to judge of structures of geological section. Superbroadband pulse radio signals with various forms of pulses whose frequency band is chosen larger or equal to medium frequency are emitted. Reflected radio signals are received in two points as minimum in frequency band wider than frequency band of emitted pulse radio signals. Medium carrier frequencies of received reflected radio signals in each point are different. EFFECT: enhanced authenticity of evaluation of structural characteristics of geological section. 7 cl

Description

Изобретение относится к способам радиолокации, которые используют существенно немонохроматический сигнал для получения измерительной информации, которая может быть использована для оценки структурных характеристик геологического разреза через большую толщу твердых тел. The invention relates to radar methods that use a substantially non-monochromatic signal to obtain measurement information that can be used to assess the structural characteristics of a geological section through a large thickness of solids.

Известен способ радиолокационного подповерхностного зондирования, включающий излучение радиосигналов на несущей частоте в геологический разрез, прием отраженных радиосигналов из геологического разреза, засинхронизированных во времени с излучаемыми радиосигналами, обработку принимаемых отраженных радиосигналов для суждения о структурных характеристиках геологического разреза (1). A known method of radar subsurface sounding, comprising emitting radio signals at a carrier frequency into a geological section, receiving reflected radio signals from a geological section, synchronized in time with the emitted radio signals, processing the received reflected radio signals to judge the structural characteristics of the geological section (1).

В этом способе используется монохроматический радиосигнал в дециметровом или сантиметровом диапазоне, полоса Δfи которого много меньше несущей частоты fн. Такой сигнал может быть использован для зондирования только в средах, обладающих малым затуханием волн, например, при исследовании ледовых покровов, сухих песчаников, покровов каменной соли и известняков.This method uses a monochromatic radio signal in the decimeter or centimeter range, the band Δf and which is much less than the carrier frequency f n . Such a signal can be used for sensing only in media with low wave attenuation, for example, in the study of ice, dry sandstones, rock salt and limestone.

Известен также автоматизированный сверхширокополосный радиолокационный измерительно-вычислительный комплекс, обеспечивающий возможность излучения импульсных радиосигналов, частотная полоса которых выбрана большей или равной средней частоте, прием по меньшей мере в двух точках пространства отраженных радиосигналов, засинхронизированных во времени с излучаемыми импульсными радиосигналами, обработку принимаемых отраженных радиосигналов для суждения о характеристиках цели (2). An automated ultra-wideband radar measuring and computing complex is also known, which makes it possible to emit pulsed radio signals, the frequency band of which is chosen to be greater than or equal to the average frequency, receive at least two points in the space of reflected radio signals synchronized in time with the emitted pulsed radio signals, and process the received reflected radio signals for judgments about the characteristics of the goal (2).

В комплексе применяют импульсные зондирующие сигналы субнаносекундной длительности и такой комплекс в принципе может быть использован для различного целевого назначения: обнаружения и распознавания космических аппаратов, ракет и самолетов, надводных кораблей и подводных лодок, построения трехмерных радиолокационных изображений. Однако при использовании такого комплекса при анализе структур геологического разреза он не способен обеспечить необходимую точность измерений, поскольку оценивает геологический объект как обычную радиолокационную цель, а две разнесенные антенны для приема отраженных сигналов служат только для оценки углового положения локальных отражающих элементов цели. В устройстве отсутствуют средства для оценки дифракционных эффектов в геологическом срезе и вынужденного рассеяния, обусловленного перемещением зарядов в подповерхностных структурах под воздействием внешнего электромагнитного поля. Вынужденное рассеяние может не возникать только для обычных радиолокационных целей в двух типах сред: в сильно разряженных газах, где отсутствуют близлежащие молекулы, оказывающие влияние на локальное поле; и в металлах со свободными электронами, где волновые функции электронов более размазаны по всему кристаллу, чем локализованы в одном атоме. В известном комплексе используется неперестраиваемый генератор импульсов возбуждения, поэтому в этом техническом решении нельзя в принципе учесть описанные выше эффекты, возникающие при зондировании геологического среза. The complex uses pulsed probing signals of subnanosecond duration, and such a complex can in principle be used for various purposes: detection and recognition of spacecraft, rockets and aircraft, surface ships and submarines, construction of three-dimensional radar images. However, when using such a complex when analyzing the structures of a geological section, it is not able to provide the necessary measurement accuracy, since it evaluates a geological object as a regular radar target, and two spaced antennas for receiving reflected signals serve only to estimate the angular position of local reflecting elements of the target. The device lacks tools for evaluating diffraction effects in the geological section and stimulated scattering due to the movement of charges in subsurface structures under the influence of an external electromagnetic field. Stimulated scattering may not occur only for ordinary radar targets in two types of media: in highly discharged gases, where there are no nearby molecules that affect the local field; and in metals with free electrons, where the wave functions of the electrons are more smeared throughout the crystal than are localized in one atom. In the known complex, a non-tunable excitation pulse generator is used, therefore, in this technical solution it is impossible in principle to take into account the above-described effects that occur when sensing a geological section.

Таким образом, известный комплекс не предназначен и не может использоваться для решения задачи оценки структурных характеристик геологического среза. Thus, the known complex is not intended and cannot be used to solve the problem of assessing the structural characteristics of the geological section.

Наиболее близким по назначению является способ радиолокационного зондирования геологического разреза, включающий излучение импульсных радиосигналов на несущей частоте в геологический разрез, прием отраженных радиосигналов из геологического разреза, засинхронизированных во времени с излучаемыми импульсными радиосигналами, обработку принимаемых отраженных радиосигналов для суждения о структурных характеристиках геологического разреза (3). The closest to the purpose is the method of radar sensing of the geological section, including the emission of pulsed radio signals on a carrier frequency into the geological section, the reception of reflected radio signals from the geological section, synchronized in time with the emitted pulsed radio signals, processing the received reflected radio signals to judge the structural characteristics of the geological section (3 )

Однако в этом способе производят излучение импульсных радиосигналов не сверхширокополосных и с длительностью импульса 1-0,1 мс, в диапазоне несущих частот от 30 до 500 мГц, что позволяет только очень грубо оценить структурные характеристики геологического разреза. Способ также не позволяет оценить дифракционные эффекты и вынужденное рассеяние. Поэтому он использовался только в Антарктиде, т.е. в районах с ледяным покровом. However, in this method, the emission of pulsed radio signals is not ultra-wideband and with a pulse duration of 1-0.1 MS, in the range of carrier frequencies from 30 to 500 MHz, which allows only a very rough estimate of the structural characteristics of the geological section. The method also does not allow to evaluate diffraction effects and stimulated scattering. Therefore, it was used only in Antarctica, i.e. in areas with ice cover.

Решаемая изобретением задача - повышение качества получаемой измерительной информации. The problem solved by the invention is improving the quality of the obtained measurement information.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения - расширение арсенала средств для оценки геологического разреза и учет дифракционных эффектов и вынужденного рассеяния при анализе структур геологического разреза. The technical result that can be obtained by using the invention is the expansion of the arsenal of tools for assessing the geological section and taking into account diffraction effects and stimulated scattering in the analysis of the structures of the geological section.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе радиолокационного зондирования геологического разреза, включающем излучение импульсных радиосигналов в геологический разрез, прием отраженных радиосигналов из геологического разреза, обработку принимаемых отраженных радиосигналов для суждения о структурах геологического разреза, согласно изобретению излучают импульсные радиосигналы, сверхширокополосные, с различной формой импульса, частотную полосу которых выбирают большей или равной его средней частоте fср, определяемой как преобразование Фурье вида конкретного импульса или как
fср = (fв + fн)/2,
где fв = 1/τфр,
где τфр - - длительность фронта импульса;
fн = 1/τи, где τи - - длительность импульса;
принимают отраженные радиосигналы по меньшей мере в двух точках пространства в полосе частот большей, чем частотная полоса излученных импульсных сверхширокополосных радиосигналов, при этом средние частоты принимаемых отраженных сигналов в каждой точке пространства выбирают различными друг от друга, а обработку принимаемых отраженных радиосигналов проводят с учетом дифракции и вынужденного рассеяния в геологическом разрезе.
To solve the problem with the achievement of the specified technical result in the known method of radar sensing of the geological section, including the emission of pulsed radio signals into the geological section, the reception of reflected radio signals from the geological section, the processing of the received reflected radio signals for judging the structures of the geological section, according to the invention emit pulsed radio signals, ultra-wideband , with a different pulse shape, the frequency band of which is chosen larger or equal to its average frequency f cp, defined as the Fourier transform of a particular pulse type or as a
f cf = (f in + f n ) / 2,
where f in = 1 / τ FR ,
where τ fr - the duration of the pulse front;
f n = 1 / τ and , where τ and - are the pulse duration;
receive the reflected radio signals in at least two points in space in a frequency band greater than the frequency band of the emitted pulsed ultra-wideband radio signals, while the average frequencies of the received reflected signals at each point in space are chosen different from each other, and the processing of the received reflected radio signals is carried out taking into account diffraction and stimulated scattering in a geological section.

Возможны дополнительные варианты для осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли длительность импульса;
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли длительность переднего фронта импульса;
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли длительность вершины импульса;
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли длительность заднего фронта импульса;
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли полярность импульса;
- при излучении импульсных радиосигналов изменяли частоту следования импульсов;
- для каждой точки пространства принимали отраженные радиосигналы в полосах частот ΔfпI, которые выбирали бы из условия

Figure 00000001

где n - общее число точек приема;
Δf - общая полоса частот приема много большая, чем частотная полоса Δfи излученного импульсного радиосигнала.There are additional options for implementing the method, in which it is advisable that:
- when emitting pulsed radio signals, the pulse duration was changed;
- when emitting pulsed radio signals, the duration of the leading edge of the pulse was changed;
- when emitting pulsed radio signals, the duration of the peak of the pulse was changed;
- when emitting pulsed radio signals, the duration of the trailing edge of the pulse was changed;
- when emitting pulsed radio signals, the polarity of the pulse was changed;
- when emitting pulsed radio signals, the pulse repetition rate was changed;
- for each point in space received reflected radio signals in the frequency bands Δf pI , which would be chosen from the condition
Figure 00000001

where n is the total number of points of reception;
Δf - the total frequency band of the reception is much larger than the frequency band Δf and the emitted pulsed radio signal.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом осуществления способа. These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by the best embodiment of the method.

В настоящем изобретении для формирования сверхширокополосного импульсного радиосигнала используется видеоимпульс преимущественно несимметричной формы для разделения пространственной дисперсии и временной. In the present invention, a video pulse of a predominantly asymmetric shape is used to form an ultra-wideband pulsed radio signal to separate spatial dispersion and time.

Слои в геологическом разрезе можно рассматривать как обобщенные фильтры, характеристики которых заданы пространственной структурой слоя и определяются временной структурой излучаемого импульсного радиосигнала - формой импульса во времени. Тогда механизм преобразования сверхширокополосного импульсного радиосигнала обобщенными фильтрами может быть сведен к обратной задаче рассеяния с переносом излучения (проблеме Милна). Такой подход позволяет определить правую часть неоднородного векторного уравнения Гельмгольца, а само уравнение Гельмгольца может быть решено с использованием функции Грина. Layers in the geological section can be considered as generalized filters, the characteristics of which are determined by the spatial structure of the layer and are determined by the time structure of the emitted pulsed radio signal - the shape of the pulse in time. Then the conversion mechanism of an ultra-wideband pulsed radio signal by generalized filters can be reduced to the inverse scattering problem with radiation transfer (Milne's problem). This approach allows us to determine the right-hand side of the inhomogeneous Helmholtz vector equation, and the Helmholtz equation itself can be solved using the Green's function.

Решения уравнения Гельмгольца будут отличаться друг от друга при наличии геологической границы ( τрел f1(x, у, z); D = f2(x, у, z); где τрел время релаксации зарядов, D - коэффициент диффузии зарядов, x, у, z- координаты) и при ее отсутствии в случае изотропного пространства (τрел const; D = const). Любая подповерхностная структура будет излучать при q(τ) ≠ 0, где q(τ) - функция времени, описывающая вид видеоимпульса, а время переизлучения будет определяться τрел.
Таким образом, решение неоднородного векторного уравнения Гельмгольца с использованием функции Грина учитывает как возникновение дифракционных эффектов, так и вынужденного рассеяния, обусловленного перемещением зарядов в геологических слоях под воздействием внешнего электромагнитного поля.
The solutions of the Helmholtz equation will differ from each other in the presence of a geological boundary (τ rel f 1 (x, y, z); D = f 2 (x, y, z); where τ rel is the relaxation time of charges, D is the diffusion coefficient of charges, x, y, z-coordinates) and in its absence in the case of isotropic space (τ rel const; D = const). Any subsurface structure will emit at q (τ) ≠ 0, where q (τ) is the time function describing the form of the video pulse, and the re-emission time will be determined by τ rel .
Thus, the solution of the inhomogeneous Helmholtz vector equation using the Green function takes into account both the occurrence of diffraction effects and stimulated scattering due to the movement of charges in the geological layers under the influence of an external electromagnetic field.

Необходимость учета изменения длины волны электромагнитного поля при прохождении его через толщу исследуемых пород вызывается тем, что на наблюдаемые эффекты оказывает влияние соотношение развивающихся в толще пород длин волн и геометрических размеров отдельных геологических включений. Это соотношение обуславливает возникновение отдельных видов дифракции. The need to take into account changes in the wavelength of the electromagnetic field as it passes through the thickness of the studied rocks is due to the fact that the observed effects are influenced by the ratio of wavelengths developing in the rock mass and the geometric dimensions of individual geological inclusions. This ratio causes the appearance of certain types of diffraction.

В предложенном способе дифракционные эффекты удается отделить от вынужденного рассеяния за счет излучения сверхширокополосного импульсного радиосигнала, частотную полосу Δfи которого выбирают большей или равной средней частоте fo, и последующего приема отраженного радиосигнала по меньшей мере в двух точках пространства, например многоканальным приемником прямого детектирования и усиления, что обеспечивает сверхширокополосность принимаемого сигнала разнесенными на фиксированную базу сверхширокополосными приемными антеннами, каждая из которых отличается свой средней частотой. При этом генератор видеоимпульсов возбуждения должен иметь несколько видов форм видеосигналов. Принимают отраженный радиосигнал в полосе частот Δfп ≫ Δfи- частотной полосы излученного импульсного радиосигнала. Прием может осуществляться на развертках меньше длительности видеоимпульса и с синхронизацией приема от генератора видеоимпульсов возбуждения через управляемую линию задержки.In the proposed method, diffraction effect can be separated from the stimulated scattering due to the emission of UWB impulse radio signal, the frequency band Δf and which is chosen greater or equal to the average frequency f o, and then receiving the reflected radio signal in at least two points in space, for example a multi-channel receiver of direct detection and amplification, which ensures the ultra-wideband of the received signal spaced apart on a fixed base by the ultra-wideband receive antennas, Dai of which differs a mean frequency. In this case, the excitation video pulse generator must have several types of video signals. Receive the reflected radio signal in the frequency band Δf p ≫ Δf and - the frequency band of the emitted pulsed radio signal. Reception can be carried out on sweeps shorter than the duration of the video pulse and with synchronized reception from the generator of video excitation pulses through a controlled delay line.

Расстояние между точками пространства (геометрические размеры приемных антенн и их база многоканального приемника) выбирают исходя из требуемого разрешения по глубине (с использованием, например, соотношения для дифракционного параметра

Figure 00000002
где d = x, у - размеры объекта на глубине z. Длительность развертки для каждого такого канала приема определяет разрешающую способность по переизлучению (времени релаксации зарядов, переместившихся в геологических слоях под воздействием внешнего электромагнитного поля). Синхронизация многоканального приемника через управляемую линию задержки с передатчиком, излучающим сверхширокополосный импульсный радиосигнал, обеспечивает требуемую глубину зондирования.The distance between the points of space (the geometric dimensions of the receiving antennas and their base of the multi-channel receiver) is selected based on the required resolution in depth (using, for example, the ratio for the diffraction parameter
Figure 00000002
where d = x, y are the dimensions of the object at a depth of z. The scan duration for each such receiving channel determines the resolving power for re-emission (relaxation time of charges that have moved in the geological layers under the influence of an external electromagnetic field). The synchronization of a multi-channel receiver through a controlled delay line with a transmitter emitting an ultra-wideband pulsed radio signal provides the required sounding depth.

Таким образом, для реализации заявленного способа в известный автоматизированный сверхширокополосный радиолокационный измерительно-вычислительный комплекс (2) должны быть внесены значительные конструктивные изменения, важнейшими из которых являются использование генератора импульсов возбуждения с перестраиваемой формой видеоимпульсов, использование сверхширокополосных приемных антенн с настройкой на свою среднюю частоту, применение для синхронизации излученного импульсного радиосигнала и принятого отраженного сигнала управляемой линии задержки (внутренняя синхронизация может и не проводиться в случае использования синхронизации от принимаемого, отраженного радиосигнала), выбор в микроЭВМ алгоритмов, способных осуществить учет дифракционных эффектов и вынужденного рассеяния. Thus, in order to implement the claimed method, significant structural changes should be introduced into the well-known automated ultra-wideband radar measuring and computing complex (2), the most important of which are the use of an excitation pulse generator with a tunable form of video pulses, the use of ultra-wideband receiving antennas with tuning to their average frequency, application for synchronization of the emitted pulsed radio signal and the received reflected signal control of the delay line (internal synchronization may not be performed if synchronization is used from the received, reflected radio signal), the choice in the microcomputer of algorithms capable of taking into account diffraction effects and stimulated scattering.

В дополнительных вариантах осуществления способа целесообразно, например, перестраивать длительность импульса для получения других значений временной дисперсии геологической среды, что обеспечивает дополнительное выявление характерных особенностей геологического разреза. In additional embodiments of the method, it is advisable, for example, to reconstruct the pulse duration to obtain other values of the temporal dispersion of the geological environment, which provides an additional identification of the characteristic features of the geological section.

Форму видеоимпульса можно изменять различными эквивалентными с точки зрения решаемой задачи средствами: изменением длительности переднего фронта импульса и/или изменением длительности вершины импульса и/или изменением длительности заднего фронта (среза) импульса. The shape of the video pulse can be changed by various means equivalent from the point of view of the problem being solved: by changing the duration of the leading edge of the pulse and / or by changing the duration of the peak of the pulse and / or by changing the duration of the trailing edge (slice) of the pulse.

Изменение полярности импульса позволяет дополнительно выявлять особенности и новые значения коэффициента диффузии в геологическом разрезе. Changing the polarity of the pulse allows you to additionally identify features and new values of the diffusion coefficient in the geological section.

Перестройка частоты следования импульсов позволяет уменьшить или увеличить время проведения измерений, что обеспечивает проведение исследований для различных геологических разрезов. The restructuring of the pulse repetition rate makes it possible to reduce or increase the measurement time, which ensures research for various geological sections.

С учетом необходимости обеспечения требуемой для реализации способа сверхширокополосности приема для каждой точки пространства отраженного радиосигнала целесообразно использовать несколько широкополосных антенн с числом, например, и более двух, при этом отдельную полосу частот для каждой антенны ΔfпI в этом случае можно выбирать из условия

Figure 00000003

где n - общее число точек приема (количество разнесенных антенн),
Δf общая полоса частот приема много большая, чем частотная полос Δfи и излученного импульсного радиосигнала.Taking into account the need to ensure the required ultra-wideband reception for the implementation of the method for each point of the space of the reflected radio signal, it is advisable to use several broadband antennas with a number, for example, more than two, with a separate frequency band for each antenna Δf pI in this case, you can choose from the condition
Figure 00000003

where n is the total number of receiving points (the number of spaced antennas),
Δf total frequency band receiving much greater than Δf and the frequency bands and the emitted pulsed RF signal.

Таким образом, удается снизить жесткие требования на широкополосность каждой отдельной антенны и перекрыть необходимую частотную полосу. Thus, it is possible to reduce the stringent requirements for the broadband of each individual antenna and to cover the necessary frequency band.

В качестве несущей частоты fо импульсного радиосигнала в зависимости от предполагаемой структуры геологического разреза можно использовать частоты из диапазона от 100 МГц до 10 ГГц.As a carrier frequency f о of a pulsed radio signal, depending on the proposed structure of the geological section, frequencies from the range from 100 MHz to 10 GHz can be used.

Для обработки принятых отраженных сигналов могут использоваться различные алгоритмы, заложенные в память процессора или ЭВМ, которые не составляют предмета настоящего изобретения, поскольку заявленные операции и средства позволяют за счет указанной совокупности признаков достичь желаемого технического результата. Структурная же схема проведения последующих расчетов может включать в себя совершенной различные критерии оценки и алгоритмы. To process the received reflected signals, various algorithms stored in the memory of the processor or computer can be used, which are not the subject of the present invention, since the claimed operations and means allow to achieve the desired technical result due to the indicated combination of features. The structural scheme of subsequent calculations may include perfect various evaluation criteria and algorithms.

Например, в каждой точке пространства для принимаемого отраженного сигнала после его прямого детектирования используют энтропийный критерий построения плотностей вероятностей и из выражения Винера-Хопфа получают семейства импульсных характеристик. При идентификации подповерхностных структур учитывают вынужденное рассеяние с переносом излучения, представляя отраженные продетектированные сигналы тремя уровнями отношений "S/P":
S/P >> 1;
S/P ≅ 1;
где S - сигнал, соответствующий по своей структуре излученному импульсному радиосигналу,
P - поляризация, обусловленная вынужденным рассеянием.
For example, at each point in space for the received reflected signal after its direct detection, the entropy criterion for constructing probability densities is used and families of impulse responses are obtained from the Wiener-Hopf expression. When identifying subsurface structures, stimulated scattering with radiation transfer is taken into account, representing reflected detected signals by three levels of S / P ratios:
S / P >>1;
S / P ≅ 1;
where S is the signal corresponding in structure to the emitted pulsed radio signal,
P is the polarization due to stimulated scattering.

Выполняют оценки корреляционных функций, проводят редукцию данных и последующее построение эмпирического распределения результатов. В качестве характеристики структурной связи между указанным эмпирическим распределением и текущими значениями оценок различных моментов результатов зондирования конкретной точки в геологическом разрезе используют информационную меру Кульбака. Значение информационной меры Кульбака связывают с автокорреляционной функцией излученного импульсного радиосигнала и взаимной корреляционной функцией излученного и отраженного сигналов идентифицируемого объекта в конкретной точке геологического разреза. В качестве устойчивых признаков идентификации геологической структуры используют преобразование Фурье авто- и взамной корреляционных функций результатов зондирования. В качестве признаков идентификации объекта в геологическом разрезе определенному типу временной дисперсии или пространственной дифракции используют значения фазового спектра и уровень затухания излученных импульсных радиосигналов в слое геологического разреза, полагая, что поле в произвольной точке геологического разреза зависит от возбуждения лишь внутри пространственно-временного объема - светового конуса- и не зависит от характеристик этого объема. Профильную функцию геологического разреза определяют как площадь проекции поверхности цели, освещенной световым конусом на ось глубины. Рельеф залегания профильной функции восстанавливают двукратным интегрированием импульсной характеристики. Estimates of correlation functions are carried out, data reduction and subsequent construction of the empirical distribution of results are carried out. As a characteristic of the structural relationship between the indicated empirical distribution and the current values of the estimates of the various moments of the sounding results of a particular point in the geological section, the Kullback information measure is used. The value of the Kullback information measure is associated with the autocorrelation function of the emitted pulsed radio signal and the mutual correlation function of the emitted and reflected signals of an identifiable object at a particular point in the geological section. The Fourier transform of the auto- and reciprocal correlation functions of sensing results is used as stable signs of identifying the geological structure. The values of the phase spectrum and the attenuation level of the emitted pulsed radio signals in the layer of the geological section are used as signs of identifying an object in a geological section for a certain type of temporal dispersion or spatial diffraction, assuming that the field at an arbitrary point in the geological section depends on the excitation only inside the space-time volume - light cone - and does not depend on the characteristics of this volume. The profile function of a geological section is defined as the projection surface area of the target illuminated by a light cone on the depth axis. The relief of the profile function is restored by double integration of the impulse response.

Наиболее успешно заявленный способ радиолокационного зондирования геологического разреза может быть использован в различных отраслях промышленности для получения измерительной информации, на основе которой строятся инженерно-геологические, гидрогеологические, геологические или археологические разрезы. С помощью данной информации возможна оценка через большую толщу твердых тел фундаментов бетонных, кирпичных и других сооружений, наличие свай и глубину их забивки, глубины залегания грунтовых вод и характер их взаимодействия с подземными конструкциями, состояние дорожного покрытия и подсыпки в ходе его строительства и дальнейшей эксплуатации, состояние подводной части причалов при строительстве портов и их эксплуатации, определение места выхода жидких углеводородов в реки и водоемы, состояние конструкций заглубленных в грунт или водоем таких, как нефте- и газопроводы. The most successfully claimed method of radar sensing of a geological section can be used in various industries to obtain measurement information, on the basis of which engineering-geological, hydrogeological, geological or archaeological sections are built. Using this information, it is possible to evaluate the foundations of concrete, brick and other structures through a large thickness of solids, the presence of piles and their driving depth, the depth of groundwater and the nature of their interaction with underground structures, the condition of the road surface and backfill during its construction and further operation , the condition of the underwater part of the berths during the construction of ports and their operation, the determination of the location of liquid hydrocarbons in rivers and ponds, the condition of structures buried in the ground or water such as oil and gas pipelines.

Источники информации:
1. Финкельштейн М. И., "Радиолокационное подповерхностное зондирование морского льда и земных покровов на ультракоротких волнах", Вестник АН СССР, 1984 г. N 9, стр. 20-28.
Sources of information:
1. Finkelshtein M. I., "Radar subsurface sounding of sea ice and earth cover on ultrashort waves," Vestnik AN SSSR, 1984, N 9, p. 20-28.

2. Л. Ю.Астанин, А.А.Костылев, "Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений", Москва, "Радиосвязь", 1989 г., стр. 134-140, рис. 5.16. 2. L. Yu. Astanin, A. A. Kostylev, "Fundamentals of ultra-wideband radar measurements", Moscow, "Radio Communication", 1989, pp. 134-140, Fig. 5.16.

3. В.К.Хмелевской, "Основной курс электроразведки", часть 2, Радиолокационный метод высокочастотной электроразведки. Издательство Московского Университета, 1971 г., стр. 247-249. 3. V.K. Khmelevskoy, "The basic course of electrical exploration", part 2, Radar method of high-frequency electrical exploration. Publishing House of Moscow University, 1971, pp. 247-249.

Claims (8)

1. Способ радиолокационного зондирования геологического разреза, включающий излучение импульсных радиосигналов в геологический разрез, прием отраженных радиосигналов из геологического разреза, обработку принимаемых отраженных радиосигналов для суждения о структурах геологического разреза, отличающийся тем, что излучают импульсные радиосигналы, сверхширокополосные, с различной формой импульса, частотную полосу которых выбирают большей или равной его средней частоте, принимают отраженные радиосигналы по меньшей мере в двух точках пространства в полосе частот большей, чем частотная полоса излученных импульсных сверхширокополосных радиосигналов, при этом средние несущие частоты принимаемых отраженных сигналов в каждой точке пространства выбирают различными друг от друга, а обработку принимаемых отраженных радиосигналов проводят с учетом дифракции и вынужденного рассеяния в геологическом разрезе. 1. The method of radar sensing of a geological section, including the emission of pulsed radio signals into the geological section, receiving the reflected radio signals from the geological section, processing the received reflected radio signals to judge the structures of the geological section, characterized in that they emit pulsed radio signals, ultra-wideband, with a different pulse shape, frequency the band of which is chosen to be greater than or equal to its average frequency, receive reflected radio signals at least at two points p space in the frequency band is greater than the frequency band of the emitted pulsed ultra-wideband radio signals, while the average carrier frequencies of the received reflected signals at each point in space are chosen different from each other, and the processing of the received reflected radio signals is carried out taking into account diffraction and stimulated scattering in geological section. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют длительность импульса. 2. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the pulse duration. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют длительность переднего фронта импульса. 3. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the duration of the leading edge of the pulse. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют длительность вершины импульса. 4. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the duration of the peak of the pulse. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют длительность заднего фронта импульса. 5. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the duration of the trailing edge of the pulse. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют полярность импульса. 6. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the polarity of the pulse. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при излучении импульсных радиосигналов изменяют частоту следования импульсов. 7. The method according to claim 1, characterized in that when the radiation of pulsed radio signals change the pulse repetition rate. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой точки пространства принимают отраженные радиосигналы в полосах частот ΔfnI, которые выбирают из условия
Figure 00000004

где n - общее число точек приема;
Δf - общая полоса частот приема много большая, чем частотная полоса Δf и излученного импульсного радиосигнала.
8. The method according to claim 1, characterized in that for each point in space receive reflected radio signals in the frequency bands Δf nI , which are selected from the condition
Figure 00000004

where n is the total number of points of reception;
Δf - the total frequency band of the reception is much larger than the frequency band Δf and the emitted pulsed radio signal.
RU99104111A 1999-03-01 1999-03-01 Method of radar sounding of geological section RU2144682C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99104111A RU2144682C1 (en) 1999-03-01 1999-03-01 Method of radar sounding of geological section

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99104111A RU2144682C1 (en) 1999-03-01 1999-03-01 Method of radar sounding of geological section

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2144682C1 true RU2144682C1 (en) 2000-01-20

Family

ID=20216572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99104111A RU2144682C1 (en) 1999-03-01 1999-03-01 Method of radar sounding of geological section

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2144682C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005052631A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-09 Igor Borisovich Dounaev Method for detecting a target
RU2453864C2 (en) * 2007-03-02 2012-06-20 Сааб Аб Radar to generate subsurface image

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Астанин Л.Ю., Костылева А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. - М.: Радиосвязь, 1989 г., с. 134 - 140, рис. 5.16. Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки, ч. 2. - М.: МГУ, 1971, с. 247 - 249. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005052631A1 (en) * 2003-11-28 2005-06-09 Igor Borisovich Dounaev Method for detecting a target
RU2453864C2 (en) * 2007-03-02 2012-06-20 Сааб Аб Radar to generate subsurface image

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10466351B2 (en) Remote detection and measurement of objects
US10976461B2 (en) Sub-surface imaging of dielectric structures and voids via narrowband electromagnetic resonance scattering
Vaitilingom et al. Radar cross sections of sea and ground clutter estimated by two scale model and small slope approximation in HF-VHF bands
Morrow et al. Effective imaging of buried dielectric objects
Ghanbari et al. Application of time-reversal (TR) imaging to GPR data for detecting an avalanche victim
RU2144682C1 (en) Method of radar sounding of geological section
Gaunaurd et al. Detection of land-mines using ultra-wideband radar data and time–frequency signal analysis
Young et al. Characteristic resonance identification techniques for buried targets seen by ground penetrating radar
Daniels An assessment of the fundamental performance of GPR against buried landmines
Holland et al. Boundary characterization experiment series overview
Arcone et al. Target interaction with stratigraphy beneath shallow, frozen lakes: Quarter-wave resonances within GPR profiles
Pryshchenko et al. Classification of objects buried in inhomogeneous medium by artificial neural network using data obtained by impulse GPR with 1 Tx+ 4Rx antenna system
Ciarletti A variety of radars designed to explore the hidden structures and properties of the Solar System's planets and bodies
Sugak Stepped Frequency Continuous Wave Ground Penetrating Radar applications
Tretjakova et al. Clay detection in lakes of Latgale using ground penetrating radar
Dinç et al. Detection and Microwave Imaging of Conducting Objects Buried Very Closely to the Air-Soil Boundary
Ranney et al. Borehole radar performance characteristics and applications for underground change detection
Singh Ground penetrating radar (GPR) in mineral base profiling and orebody optimization
Liu et al. Radar Sounder Survey of Seasonal and Diurnal Water Flows on Mars Surface: Simulation and SHARAD Observation
Nguyen et al. 3D SAR image formation for underground targets using ultra-wideband (UWB) radar
Bukin et al. Using SFCW GPR to Search for Buried Objects
Sugak et al. SFCW GPR Sensor with Phase Processing for Buried Small Objects Detection and Recognition
Unal et al. Development of signal processing techniques for through-wall imaging radar systems
Lombardo et al. Multichannel fusion of subsurface radar images at different resolutions
AU2014268264A1 (en) Remote detection and measurement of objects