RU22826U1

RU22826U1 - SUBSURFACE SENSING RADAR

Info

Publication number: RU22826U1
Application number: RU2001133926/20U
Authority: RU
Inventors: К.П. Янковский; Л.А. Ведешин; В.В. Егоров
Original assignee: Янковский Константин Петрович; Ведешин Леонид Александрович; Егоров Виктор Валентинович
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2002-04-27

Abstract

Радар подповерхностного зондирования, содержащий антенну, соединенную с антенным переключателем, который соединен с выходом передатчика и входом высокочастотного блока приемника, соединенными через усилитель промежуточной частоты с преобразователем координат, на выходе которого включен дисплей, отличающийся тем, что в него дополнительно введен блок селекции дальности с n-входами, каждый из n-входов которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и с одним из входов n-перемножителей, другой вход каждого из которых соединен с выходом генератора строб-импульсов, при этом каждый из n-выходов блока селекции дальности через вход блока доплеровской фильтрации соединен с одним из m доплеровских фильтров, выход каждого из которых соединен со своим детектором-интегратором, выходы которых соединены с преобразователем координат.A subsurface sensing radar comprising an antenna connected to an antenna switch, which is connected to the output of the transmitter and the input of the high-frequency receiver unit, connected via an intermediate-frequency amplifier to a coordinate converter, the output of which includes a display, characterized in that a range selection unit with n-inputs, each of the n-inputs of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier and to one of the inputs of n-multipliers, the other input of each of which is connected output strobe pulse generator, wherein each of the n-outputs block selection range through the inlet Doppler filtering unit connected to one of m Doppler filters, each output of which is connected to its detector-integrator, the outputs of which are connected to a coordinate converter.

Description

Радар подповерхностного зондированияSubsurface sounding radar

Радар подповерхностного зондирования относится к гелиоинформационным устройствам, позволяющим изучать внутреннее строение природных и антропогенных объектов в интересах решения различного рода природно-ресурсных, экологических, археологических и оборонных задач. Радар может быть использован для обнаружения залежей нефти, газа, полезных ископаемых, а также при диагностике состояния трубопроводов. Широкое применение радар может найти при осуществлении мониторинга жизнедеятельности городов, так как он позволяет определять состояние подземных и надземных коммуникаций города, состояние городского строительства.The subsurface sounding radar is a solar information device that allows you to study the internal structure of natural and man-made objects in the interest of solving various kinds of natural resource, environmental, archaeological and defense tasks. The radar can be used to detect deposits of oil, gas, minerals, as well as to diagnose the condition of pipelines. The radar can be widely used in monitoring the life of cities, as it allows you to determine the state of underground and elevated communications of the city, the state of urban construction.

Подповерхностное радиолокационное зондирование - эффективный метод внутреннего строения природных и антропогенных объектов в интересах решения различного рода природно-ресурсных, экологических, археологических и оборонных задач. Сущность метода заключается в построении глубинных разрезов, формируемых посредством экстраполяции данных глубинного зондирования, получаемых в точка размера на трассе (наземной или воздушной). Наземные радиолокационные средства глубинного зондирования получили название георадаров. Аналогичные приборы, устанавливаемые на воздушные носители (самолеты, вертолеты, дирижабли) называются радиолокаторами подповерхностного зондирования.Subsurface radar sounding is an effective method of internal structure of natural and man-made objects in the interests of solving various kinds of natural resource, environmental, archaeological and defense tasks. The essence of the method is to construct deep sections formed by extrapolating the data of deep sounding obtained at a point of size on the track (ground or air). Ground-based radar deep-well sounding received the name of GPR. Similar devices mounted on air carriers (aircraft, helicopters, airships) are called subsurface sounding radars.

Важной проблемой в подповерхностном радиолокационном зондировании является проблема повышения пространственной разрешающей способности в лане и по глубине. Она достаточно легко решается в авиационных радиолокаторах бокового обзора с синтезированной апертурой (РСА). Однако эти радары весьма дороги, и.An important problem in subsurface radar sounding is the problem of increasing spatial resolution in the LAN and in depth. It is quite easily solved in synthesized aperture (SAR) side-view aircraft radars. However, these radars are quite expensive, and.

кроме того, они имеют так называемую «мертвую зону обзора, находящуюся непосредственно под носителем.in addition, they have a so-called “blind spot” located directly below the carrier.

Этими недостатками не обладают бортовые радары вертикального зондирования, использующие в качестве излученных сигналов когерентные электромагнитные волны с импульсной или частотной модуляцией (манипуляцией) метрового и дециметрового диапазона. Недостатком этих радаров являются их низкая разрешающая способность в горизонтальной плоскости (десятки метров), что явно неудовлетворительно при обнаружении малоразмерных погруженных объектов: труб, кабелей, противотанковых и противопехотных мин. и др. Для преодоления этого недостатка предлагается использовать метод частичного синтеза апертуры, аналогично тому, что исггользуется в РСА.These shortcomings do not have onboard vertical sounding radars that use coherent electromagnetic waves with pulse or frequency modulation (manipulation) of the meter and decimeter ranges as emitted signals. The disadvantage of these radars is their low resolution in the horizontal plane (tens of meters), which is clearly unsatisfactory when detecting small-sized submerged objects: pipes, cables, anti-tank and anti-personnel mines. and others. To overcome this drawback, it is proposed to use the method of partial synthesis of aperture, similar to that used in SAR.

Существуют отделенные аналоги заявленной модели. Описаны принципы отдельного стробирования эхо-сигнала по дальности и фильтрации по частоте Доплера. Однако применение этих принципов нацелено не на повыщение пространственного разрещения радара и, в частности, радара подповерхностного зондирования, а на изменение уровня отраженного сигнала либо в пределах кольца дальности, либо в пределах двух смежных гипербол по частоте доплера (А.П. Жуковский,There are separate analogues of the claimed model. The principles of separate gating of the echo signal by distance and filtering by Doppler frequency are described. However, the application of these principles is not aimed at increasing the spatial resolution of the radar and, in particular, the subsurface sounding radar, but at changing the level of the reflected signal either within the range ring or within two adjacent hyperbolas in terms of the Doppler frequency (A.P. Zhukovsky,

Е.И.Оноприенко, В.И.Чижов. Теоретические основы радиовысотометрии. М., «Советское радио, 1979, 320 стр., М.И.Финкельщтейн, В.А.Кутев,E.I. Onoprienko, V.I. Chizhov. Theoretical foundations of radio altimetry. M., "Soviet Radio, 1979, 320 pp., M.I. Finkelshtein, V.A. Kutev,

В.П.Золотарев, Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в интересной геологии, М., «Радио и связь, 1994, 216 стр.).VP Zolotarev, Application of radar subsurface sounding in interesting geology, M., “Radio and communications, 1994, 216 pp.).

Наиболее близким аналогом предлагаемого радара является радар подповерхностного зондирования (георадар), содержащий антенну, соединенную с антенным переключателем, который соединен с выходом передатчика и входом высокочастотного блока приемника, соединенными через усилитель промежуточной частоты с преобразователем координат, на выходе которого включен дисплей QJ .... ,. РадарThe closest analogue of the proposed radar is a subsurface sounding radar (georadar) containing an antenna connected to an antenna switch, which is connected to the output of the transmitter and the input of the high-frequency unit of the receiver, connected through an intermediate frequency amplifier with a coordinate converter, at the output of which the QJ display is on ... .,. Radar

Cf Cf

C2J C2j

позволяет записывать .трассы эхо-сигнала для каждого излученного импульса.allows recording of the echo path for each emitted pulse.

Известный радар обладает низкой разрешающей способностью в горизонтальной плоскости, которая определяется угловой широкой диаграммы направленности антенны.Known radar has a low resolution in the horizontal plane, which is determined by the angular wide radiation pattern of the antenna.

Задачами предлагаемой модели являются повышение разрешающей способности в горизонтальной плоскости для обнаружения малоразмерных погруженных объектов; труб, кабелей, мин.The objectives of the proposed model are to increase the resolution in the horizontal plane for the detection of small immersed objects; pipes, cables, min.

Поставленная задача решена за счет того, что в радарах подповерхностного зондирования, содержащем антенну, соединенную с антенным переключателем, который соединен с выходом передатчика и входом высокочастотного блока приемника, соединенными через усилитель промежуточной частоты с преобразователем координат, на выходе которого включен дисплей,дополнительно введен блок селекции дальности с п- входами, каждый из п - входов которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и с одним из входов п перемножителей, другой вход каждого из которых соединен с выходом генератора строб-импульсов , при этом каждый из п выходов блока селекции дальности через вход блока доплеровской фильтрации соединен с одним из m доплеровских фильтров, выходов каждого из которых соединен со своим детектором- интегратором, выходы которых соединены с преобразователем координат.The problem is solved due to the fact that in the radars of subsurface sounding containing an antenna connected to an antenna switch, which is connected to the output of the transmitter and the input of the high-frequency unit of the receiver, connected via an intermediate-frequency amplifier with a coordinate converter, at the output of which the display is on, an additional block is introduced range selection with p-inputs, each of p-inputs of which is connected to the output of an intermediate frequency amplifier and with one of the inputs of p multipliers, another input each about which is connected to the output of the strobe generator, each of the n outputs of the range selection unit through the input of the Doppler filtering unit is connected to one of m Doppler filters, the outputs of each of which are connected to its integrator detector, the outputs of which are connected to the coordinate transformer .

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого радара подповерхностного зондирования.In FIG. 1 is a block diagram of a proposed subsurface sounding radar.

Радар содержит антенну 1, соединенную с антеннымThe radar contains an antenna 1 connected to the antenna

переключателем 2, который соединен с выходом передатчикау11 входомswitch 2, which is connected to the output of the transmitter at 11 input

которого включен дисплей 7. В радар дополнительно введен блок селекции дальности 8 с п -входами. Каждый из п-входов соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, и с одним из входов п перемножителей 9, другой вход каждого из которых соединен с выходом генератора строб импульсов 10. При этом каждый из п -выходов блока селекции дальности 8 через вход блока доплеровской фильтрации 11which display 7 is turned on. A range selection unit 8 with n-inputs is additionally introduced into the radar. Each of the n-inputs is connected to the output of the intermediate frequency amplifier 5, and to one of the inputs of the n multipliers 9, the other input of each of which is connected to the output of the generator by a strobe 10. In addition, each of the n-outputs of the range selection unit 8 through the input of the Doppler unit filtration 11

соединен с одним из m доплеровских фильтров 12, выход каждого из которых соединен со своим детектором - интеграторомУвыходы которыхconnected to one of m Doppler filters 12, the output of each of which is connected to its detector - integrator

соединены с преобразователем координат.connected to the coordinate converter.

Все блоки собраны на основе известных узлов и сборник.All blocks are assembled based on well-known nodes and a collection.

На фиг.1 приведены следующие обозначения, поясняющие работу радара.Figure 1 shows the following notation explaining the operation of the radar.

АП- антенный переключательAP antenna switch

А-антеннаA antenna

V - вектор скорости носителяV is the carrier velocity vector

ПРД - передатчикPRD - transmitter

ОС-опорный сигналOS reference signal

ВВЦ- высокочастотный блок приемникаVVC - high-frequency receiver unit

УПЧ - усилитель промежуточной частоты ГСП-генератор строб-импульсов Тц - временная задержка строб импульса цели Tj - временная задержка строб - импульса i-oro элемента, ,2,...п; дц - доплеровская частота сигнала от цели fpj - доплеровская частота i-oro элемента размещения, ,2,...m; БДФ - блок доплеровской фильтрации Д-И-детектор-интегратор. Qu-угол места целиUPCH - intermediate frequency amplifier GSP-generator strobe pulses Тц - time delay strobe of the target pulse Tj - time delay strobe - pulse of the i-oro element,, 2, ... p; dts - Doppler frequency of the signal from the target fpj - Doppler frequency i-oro of the placement element,, 2, ... m; BDF - Doppler filtering unit D-I-detector-integrator. Qu-angle of target location

-УЗ -UZ

fu - азимут целиfu - target azimuth

Н- высота полета носителяN - carrier flight altitude

БСД - блок селекции по дальности (стробирования)BSD - block selection by range (gating)

. „г. . „G.

т ,где Кц- дальность цели, С - скорость светаt, where Kz is the target range, C is the speed of light

2V foi, -8шбч-со8уг/, X - длина волны передатчика.2V foi, -8shbch-so8ug /, X - the wavelength of the transmitter.

Радар подповерхностного зондирования работает следующим образом.The subsurface sounding radar operates as follows.

Передатчик 3 излучает когерентный импульсный сигнал Координаты цели вычисляются по формуламThe transmitter 3 emits a coherent pulse signal. The coordinates of the target are calculated by the formulas

..

sing, sing

лК+УLK + U

cos ац , цcos ac

В качестве зондирующего сигнала радара, устанавливаемого на движущемся носителе, используется когерентное излучение с высокой пространственной разрешающей способностью по дальности (до 0,5 м). Зоны равной дальности образзтот на поверхности Земли концентрические кольца, ширина, которых определяется разрешением радара по дальности.As a probe signal of a radar mounted on a moving medium, coherent radiation with a high spatial resolution in range (up to 0.5 m) is used. Zones of equal range are concentric rings on the Earth’s surface, the width of which is determined by the resolution of the radar in range.

в приемнике 4 радара после строборовыния или выделения этих колец, а также свертки модуляции на выходе будет иметь место соответствующий набор квазигармонических сигналов, ширина доплеровского спектра которых определяется расположением каждого конкретного кольца на поверхности. Линиями равных доплеровских частот на поверхности Земли при горизонтальном полете носителя служат гиперболы, которые пересекают кольца изо дальностей практически под прямыми углами.in the radar receiver 4, after gating or isolating these rings, as well as convolution of the modulation at the output, there will be a corresponding set of quasi-harmonic signals, the width of the Doppler spectrum of which is determined by the location of each particular ring on the surface. Hyperbolas, which intersect rings from distances almost at right angles, serve as equal Doppler frequencies on the Earth’s surface during horizontal flight of the carrier.

Таким образом, оба типа этих кривых делят зондируемую поверхность на неправильной формы квадраты, размеры которых задаются шириной колец (разрешением по дальности) и шириной гиперболических полос, определяемых шириной соответствующего доплеровского фильтра. Выделяя каждый такой «квадрат посредством фильтрации колец и гипербол, можно повысить разрешение радара по пространству во столько раз, сколько «квадратов укладывается в пятне диаграммы направленности антенны на поверхности. Отличие данного метода от метода синтезе апертуры состоит в том, что здесь не производится синхронного слежения за изменением доплеровской частоты каждого «квадрата, которое происходит в процессе полета и изменения геометрии зондирования.Thus, both types of these curves divide the probed surface into irregularly shaped squares whose sizes are determined by the width of the rings (range resolution) and the width of the hyperbolic bands determined by the width of the corresponding Doppler filter. By isolating each such “square” by filtering rings and hyperbolas, it is possible to increase the radar resolution in space by as many times as “squares” fit into the spot of the antenna pattern on the surface. The difference between this method and the aperture synthesis method is that it does not synchronously monitor the change in the Doppler frequency of each square that occurs during the flight and changes in the sounding geometry.

Для исключения неоднозначности отсчета по дальности и по скорости диаграмма направленности антенны отклоняется на некоторый угол (1-2°) от вертикали (Qa) к поверхности, а также поворачивается на азимутальный угол (аа), чтобы облучаемое ею пятно на поверхности земли находилось, например, в квадранте 1.To eliminate the ambiguity of the range and speed readings, the antenna pattern deviates by a certain angle (1-2 °) from the vertical (Qa) to the surface, and also rotates by the azimuthal angle (aa) so that the spot irradiated by it is on the earth’s surface, for example , in quadrant 1.

Платой за повышение разрешения служит соответствующее снижение отношения сигнал/шум в приемнике радара, что требует нахождения некоторого баланса между этими двумя важными характеристиками.The price for increasing the resolution is a corresponding reduction in the signal-to-noise ratio in the radar receiver, which requires finding some balance between these two important characteristics.

6L :V/559 /6L: V / 559 /

Claims

A subsurface sensing radar comprising an antenna connected to an antenna switch, which is connected to the output of the transmitter and the input of the high-frequency receiver unit, connected via an intermediate-frequency amplifier to a coordinate converter, the output of which includes a display, characterized in that a range selection unit with n-inputs, each of the n-inputs of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier and to one of the inputs of n-multipliers, the other input of each of which is connected output strobe pulse generator, wherein each of the n-outputs block selection range through the inlet Doppler filtering unit connected to one of m Doppler filters, each output of which is connected to its detector-integrator, the outputs of which are connected to a coordinate converter.