RU2248585C2 - Device for radar sounding of underlying surface - Google Patents
Device for radar sounding of underlying surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2248585C2 RU2248585C2 RU2003110523/09A RU2003110523A RU2248585C2 RU 2248585 C2 RU2248585 C2 RU 2248585C2 RU 2003110523/09 A RU2003110523/09 A RU 2003110523/09A RU 2003110523 A RU2003110523 A RU 2003110523A RU 2248585 C2 RU2248585 C2 RU 2248585C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- unit
- control unit
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследования подповерхностной структуры почвы до глубин несколько десятков метров, и может применяться для решения задач геологии, строительства, археологии, коммунального хозяйства, экологии и т. д.The invention relates to the class of geophysical instruments intended for the study of subsurface soil structure to a depth of several tens of meters, and can be used to solve problems of geology, construction, archeology, utilities, ecology, etc.
Известен ряд устройств подповерхностного зондирования почвы, основанных на принципах радиолокации и получивших название георадаров (1-5).A number of devices for subsurface sounding of the soil are known, based on the principles of radar and called georadars (1-5).
Основной недостаток этих приборов, препятствующий их широкому применению, - сложность интерпретации результатов, получаемых с помощью георадара, которые представляют собой бинарную или амплитудную запись сигналов, отраженных от подземных объектов. Переход от временных характеристик записанного сигнала к пространственным характеристикам отражающих объектов, т.е. решение обратной задачи радиолокационного зондирования, требует привлечения специалистов высокой квалификации и камеральной компьютерной обработке результатов.The main disadvantage of these devices, which prevents their widespread use, is the difficulty in interpreting the results obtained using GPR, which are binary or amplitude recordings of signals reflected from underground objects. The transition from the temporal characteristics of the recorded signal to the spatial characteristics of reflecting objects, i.e. solving the inverse problem of radar sounding requires the involvement of highly qualified specialists and cameral computer processing of the results.
Наиболее близким аналогом является “устройство для радиолокационного зондирования подстилающей поверхности” [5], содержащее передатчик, состоящий из последовательно соединенных высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора, разрядника и передающей антенны, и приемник, включающий последовательно соединенные приемную антенну, аттенюатор, усилитель-ограничитель, блок сравнения, блок памяти и двумерный индикатор, блок синхронизации, пульт управления и блок управления; при этом вход блока синхронизации соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - со вторым входом блока сравнения, первый выход блока управления - со вторым входом блока памяти, а второй выход блока управления - с третьим входом блока сравнения, вход блока управления - с первым выходом пульта управления, второй выход которого подключен ко второму входу блока синхронизации.The closest analogue is a “device for radar sensing of the underlying surface" [5], containing a transmitter consisting of a series-connected high-voltage power supply, a storage capacitor, a spark gap and a transmitting antenna, and a receiver including a series-connected receiving antenna, attenuator, amplifier-limiter, a comparison unit, a memory unit and a two-dimensional indicator, a synchronization unit, a control panel and a control unit; the input of the synchronization unit is connected to the output of the amplifier-limiter, and the output is connected to the second input of the comparison unit, the first output of the control unit is connected to the second input of the memory unit, and the second output of the control unit is connected to the third input of the comparison unit, the input of the control unit to the first the output of the control panel, the second output of which is connected to the second input of the synchronization unit.
В известном устройстве производится регистрация отраженного сигнала в бинарной или амплитудной форме, запись в память и отображение его на двумерном черно-белом индикаторе.In the known device is the registration of the reflected signal in binary or amplitude form, recording in memory and displaying it on a two-dimensional black and white indicator.
Техническим результатом изобретения является обнаружение отражающих объектов, оценивание их характеристик и отображение результатов на двумерном цветном индикаторе. Такая обработка отраженных сигналов позволяет перейти от радарограммы (записи локационных сигналов), которая являлась ранее конечным результатом георадарной съемки, к геологическому сечению подстилающей поверхности, где отражающие границы обнаружены по задержке, классифицированы по знаку и ширине переходного слоя. Результаты обработки не требуют привлечения высококвалифицированных специалистов для их интерпретации, что позволит прибору стать массовым.The technical result of the invention is the detection of reflective objects, the evaluation of their characteristics and the display of results on a two-dimensional color indicator. Such processing of reflected signals allows us to switch from a radarogram (recording location signals), which was previously the final result of georadar surveys, to a geological section of the underlying surface, where the reflecting boundaries are detected by the delay, and are classified by the sign and width of the transition layer. The processing results do not require the involvement of highly qualified specialists for their interpretation, which will allow the device to become widespread.
Сущность изобретения заключается в том, что по отношению к прототипу в устройство дополнительно введен микропроцессор, реализующий описываемый ниже алгоритм обработки радарограмм, и введен цветной индикатор, на котором наглядно изображаются результаты обработки.The essence of the invention lies in the fact that with respect to the prototype, a microprocessor is additionally introduced into the device that implements the algorithm for processing radarograms described below, and a color indicator is introduced, which clearly shows the results of processing.
Алгоритм основан на физике отражения сигнала от границы слоев с различными показателями преломления n1 и n2. В геометрооптическом приближении коэффициент отражения R определяется формулойThe algorithm is based on the physics of reflection of a signal from a layer boundary with different refractive indices n 1 and n 2 . In the geometrical-optical approximation, the reflection coefficient R is determined by the formula
(1)(1)
Из (1) следует, что при n1>n2 коэффициент отражения положительный, а при n1<n2 - отрицательный. Для зондирующего импульса передатчика это означает, что в первом случае отраженный сигнал совпадает по фазе с излученным сигналом, а во втором случае фаза отраженного сигнала противоположна фазе излученного сигнала. Анализ фазы отраженного сигнала, таким образом, позволяет классифицировать тип отражающей границы. Например, отраженный сигнал от зарытой в земле металлической трубы будет противофазным, а от пластиковой трубы - синфазным.From (1) it follows that for n 1 > n 2 the reflection coefficient is positive, and for n 1 <n 2 it is negative. For the probe pulse of the transmitter, this means that in the first case, the reflected signal coincides in phase with the radiated signal, and in the second case, the phase of the reflected signal is opposite to the phase of the radiated signal. Analysis of the phase of the reflected signal, thus, allows you to classify the type of reflective border. For example, the reflected signal from a metal pipe buried in the ground will be out of phase, and from a plastic pipe in phase.
Для оценки ширины переходного слоя (границы) в алгоритме используется длительность основной (положительной или отрицательной) осцилляции сигнала при переходе ее через нулевое значение. Очевидно, что для резкого перехода от одного слоя к другому (δ-образная граница), длительность осцилляции отраженного сигнала при отсутствии дисперсии равна длительности осцилляции излученного сигнала. Если граница плавная, расширение осцилляции пропорционально ширине границы.To estimate the width of the transition layer (boundary), the algorithm uses the duration of the main (positive or negative) oscillation of the signal when it passes through a zero value. Obviously, for a sharp transition from one layer to another (δ-shaped boundary), the oscillation duration of the reflected signal in the absence of dispersion is equal to the oscillation duration of the emitted signal. If the boundary is smooth, the expansion of the oscillations is proportional to the width of the boundary.
Временное местоположение границы определяется по максимуму функции, получаемой преобразованием Гильберта исходной амплитудной радарограммы. Локальные максимумы преобразования на временной оси соответствуют максимальной энергии отраженных сигналов и, следовательно, положению отражающих границ.The temporary location of the boundary is determined by the maximum of the function obtained by the Hilbert transform of the original amplitude radarogram. Local transformation maxima on the time axis correspond to the maximum energy of the reflected signals and, therefore, to the position of the reflecting boundaries.
Вся полученная в результате описанной математической обработки (далее первичной обработки) информация поступает на двумерный индикатор в виде геологического положения отражающих границ, которые, в зависимости от типа и ширины отображаются различными цветами.All information obtained as a result of the described mathematical processing (hereinafter referred to as primary processing) is sent to a two-dimensional indicator in the form of the geological position of the reflecting boundaries, which, depending on the type and width, are displayed in different colors.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 приведена блок-схема передатчика, на фиг.2 - блок-схема приемника.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the block diagram of the transmitter, figure 2 is a block diagram of the receiver.
Устройство содержит передатчик, состоящий из последовательно соединенных высоковольтного источника питания 1, накопительного конденсатора 2, разрядника 3 и передающей антенны 4, и приемник, включающий последовательно соединенные приемную антенну 5, аттенюатор 6, усилитель-ограничитель 7, блок сравнения 8, блок памяти 9, микропроцессор 14 и двумерный цветной индикатор 10, блок синхронизации 11, пульт управления 13 и блок управления 12; при этом вход блока синхронизации 11 соединен с выходом усилителя-ограничителя 7, а выход - со вторым входом блока сравнения 8, первый выход блока управления 12 - со вторым входом блока памяти 9, а второй выход блока управления 12 - с третьим входом блока сравнения 8, вход блока управления 12 - с первым выходом пульта управления 13, второй выход которого подключен ко второму входу блока синхронизации 11.The device comprises a transmitter consisting of a series-connected high-voltage power source 1, a storage capacitor 2, a spark gap 3 and a transmitting antenna 4, and a receiver including a series-connected receiving
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При включении высоковольтного источника питания 1 заряжается накопительный конденсатор 2. При достижении напряжения на конденсаторе 2, соответствующего напряжению самопробоя разрядника 3, конденсатор 2 подключается через разрядник 3 к передающей антенне 4, формируя зондирующий импульс. Зондирующий импульс через воздушный промежуток между передающей 4 и приемной антенной 5 и пришедшие из-под земли сигналы принимаются приемной антенной 5, ослабляются аттенюатором 6, усиливаются и ограничиваются усилителем-ограничителем 7. При превышении уровня сигнала на выходе усилителя-ограничителя 7 порога синхронизации запускается тактовый генератор блока синхронизации 11, привязанный по фазе к моменту превышения порога. Тактовые импульсы с выхода блока синхронизации поступают на второй вход блока сравнения, где происходит сравнение сигнала, пришедшего на первый вход, с другим порогом, который устанавливается блоком управления 12. Блок управления 12 последовательно меняет порог обнаружения для каждого последующего зондирующего импульса, реализуя тем самым регистрацию амплитуды отраженного сигнала (радарограмму), которая записывается в блок памяти 9. По окончании записи радарограммы микропроцессор 14 производит первичную обработку сигналов и выводит результат на двумерный цветной индикатор 10.When you turn on the high-voltage power source 1, the storage capacitor 2 is charged. When the voltage on the capacitor 2, corresponding to the self-breakdown voltage of the spark gap 3, is reached, the capacitor 2 is connected through the spark gap 3 to the transmitting antenna 4, forming a probe pulse. The probe pulse through the air gap between the transmitting antenna 4 and the receiving
Для реализации устройства с диапазоном рабочих частот 50-500 МГц и частотой дискретизации 1 ГГц могут быть использованы следующие элементы:To implement a device with a range of operating frequencies of 50-500 MHz and a sampling frequency of 1 GHz, the following elements can be used:
1. Высоковольтный источник питания - транзисторы КП802, трансформатор ТВС-90ПЦ8.1. High-voltage power supply - transistors KP802, transformer TVS-90PTs8.
2. Накопительный конденсатор - КВИ-2.2. Storage capacitor - KVI-2.
3. Разрядник - Р-5.3. Discharger - P-5.
4. Передающая антенна - резистивный диполь.4. The transmitting antenna is a resistive dipole.
5. Приемная антенна - резистивный диполь.5. The receiving antenna is a resistive dipole.
6. Аттенюатор - резистивный.6. The attenuator is resistive.
7. Усилитель-ограничитель - микросхемы К174ПС4, МАХ435.7. Amplifier-limiter - microcircuits K174PS4, MAX435.
8. Блок сравнения - микросхемы К572ПА1А, МАХ9687.8. Comparison unit - microchips K572PA1A, MAX9687.
9. Блок памяти - микросхемы К1500ИР141, К573РУ10.9. Memory block - microcircuits K1500IR141, K573RU10.
10. Двумерный цветной индикатор - жидкокристаллический, 256 Х 360 элементов.10. Two-dimensional color indicator - liquid crystal, 256 X 360 elements.
11. Блок синхпонизации - микоосхемы МАХ9685. К1500ИЕ136.11. Block syncronization - myo-circuits MAX9685. K1500IE136.
12. Блок управления - микросхема КР1830ВЕ31.12. The control unit is a chip KR1830BE31.
13. Пульт управления - кнопочные микровыключатели.13. The control panel - push-button microswitches.
14. Микропроцессор - ADSP-2184BST-160.14. The microprocessor is ADSP-2184BST-160.
Источники информацииSources of information
1. US 3806795 А, опубл. в 1974.1. US 3806795 A, publ. in 1974.
2. US 4905008 А, опубл. в 1990.2. US 4905008 A, publ. in 1990.
3. SU 1562883 A1, опубл. в 1990.3. SU 1562883 A1, publ. in 1990.
4. SU 1078385 A1, опубл. в 1984.4. SU 1078385 A1, publ. in 1984.
5. RU 2080622 C1, опубл. в 1997.5. RU 2080622 C1, publ. in 1997.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110523/09A RU2248585C2 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Device for radar sounding of underlying surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003110523/09A RU2248585C2 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Device for radar sounding of underlying surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003110523A RU2003110523A (en) | 2004-12-10 |
| RU2248585C2 true RU2248585C2 (en) | 2005-03-20 |
Family
ID=35454421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003110523/09A RU2248585C2 (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Device for radar sounding of underlying surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2248585C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640291C1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-12-27 | Андрей Ильич Беркут | Device for radar sensing substrate surface |
| RU218691U1 (en) * | 2023-05-02 | 2023-06-06 | Дмитрий Сергеевич Горкин | Georadar for radar sounding of the underlying surface |
-
2003
- 2003-04-15 RU RU2003110523/09A patent/RU2248585C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640291C1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-12-27 | Андрей Ильич Беркут | Device for radar sensing substrate surface |
| RU218691U1 (en) * | 2023-05-02 | 2023-06-06 | Дмитрий Сергеевич Горкин | Georadar for radar sounding of the underlying surface |
| RU219610U1 (en) * | 2023-06-21 | 2023-07-27 | Дмитрий Сергеевич Горкин | GEORADAR TRANSMITTER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6617996B2 (en) | Ground penetrating radar with audible output | |
| Pochanin et al. | Advances in short-range distance and permittivity ground-penetrating radar measurements for road surface surveying | |
| Uduwawala et al. | A complete FDTD simulation of a real GPR antenna system operating above lossy and dispersive grounds | |
| De Larquier et al. | On the spatial distribution of decameter‒scale subauroral ionospheric irregularities observed by SuperDARN radars | |
| RU2436130C2 (en) | Method and system for radar probing earth interior | |
| US20050078028A1 (en) | System and methods for obtaining ground conductivity information using GPR data | |
| RU2282875C1 (en) | Building structure exploration device | |
| RU2248585C2 (en) | Device for radar sounding of underlying surface | |
| Frickey | Using the inverse chirp-z transform for time-domain analysis of simulated radar signals | |
| Chuang et al. | Two-dimensional continuous wavelet transform of simulated spatial images of waves on a slowly varying topography | |
| RU2244322C1 (en) | Method and device for radiolocation sounding of underlaying surface | |
| RU2375729C1 (en) | Geophysical radar | |
| Johnson et al. | Continuous wave phase detection for probing nonlinear elastic wave interactions in rocks | |
| Mascandola et al. | The site characterization scheme of the INGV strong motion database (ISMD): Overview and site classification | |
| Zhang et al. | Matched filtering algorithm based on phase-shifting pursuit for ground-penetrating radar signal enhancement | |
| RU2154845C2 (en) | Gear for remote sounding of surface layers of ground | |
| RU2401439C2 (en) | Method of constructing image of subsurface object | |
| Diamanti et al. | Impact of gradational electrical properties on GPR detection of interfaces | |
| Mallet et al. | Lidar waveform modeling using a marked point process | |
| RU2080622C1 (en) | Device for radar probing of underlying surface | |
| Marengo | Physical layer mechanisms for coherent change detection | |
| Zhang et al. | Two-dimensional Time-domain Full Waveform Inversion of On-ground Common-offset GPR Data Based on Integral Preprocessing | |
| Yedlin et al. | Ultra-wideband microwave imaging of heterogeneities | |
| Dasgupta et al. | On the extended-Born technique for scattering from buried dielectric targets | |
| Close et al. | Coherent matched filter signal‐processing algorithms for probing the ionosphere using broadband RF data |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050416 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070416 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080720 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090416 |