RU2303279C1

RU2303279C1 - Method and device for sub-surface radiolocation probing

Info

Publication number: RU2303279C1
Application number: RU2005137128/09A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Проценко (RU); Михаил Сергеевич Проценко; Игорь Николаевич Самуйлов (RU); Игорь Николаевич Самуйлов; Вениамин Иванович Яшин (RU); Вениамин Иванович Яшин
Original assignee: Военная академия связи
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-07-20

Abstract

FIELD: engineering radio-technical complexes for researching Earth's crust structure, possible use for determining depth of highly conductive crust layers.

SUBSTANCE: invention includes usage of probing radio-impulses with sinusoidal filling and division of receipt interval on K time intervals, in each of which receipt is realized with accumulation of signals, due to which more rational usage of energy resources is achieved in claimed method. Device consists of first and second set-point generators, power amplifier, transmitting and receiving antennas, direct amplification receiver, mixer, narrowband low frequency filter, accumulator, threshold level analyzer, control block, computer and indication block, connected in a certain manner.

EFFECT: ensured research of Earth's crust structure with increased precision of measurements and efficient energy flow.

2 cl, 6 dwg

Description

Заявляемые объекты объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области радиотехники, а именно к радиотехническим комплексам исследования строения земной коры, и могут быть использованы для определения глубины залегания высокопроводящих пластов земной коры.The inventive objects are united by a single inventive concept, relate to the field of radio engineering, namely to radio engineering complexes for studying the structure of the earth's crust, and can be used to determine the depth of highly conductive layers of the earth's crust.

Известен способ радиолокационного зондирования (Darracot B.M., Lake M.J. An initial appraisal of ground probin radar for site investigations. - Britan Graund Engineering, 1981 / April, p.14-18). Он заключается в излучении в зондируемую среду мощного электромагнитного импульса и измерении времени запаздывания сигнала, отраженного от границ раздела пластов земной коры.A known method of radar sensing (Darracot B.M., Lake M.J. An initial appraisal of ground probin radar for site investigations. - Britan Graund Engineering, 1981 / April, p.14-18). It consists in the emission of a powerful electromagnetic pulse into the sensed medium and the measurement of the delay time of the signal reflected from the interfaces of the layers of the earth's crust.

Недостатком данного способа является низкая точность определения глубины залегания пластов земной коры, связанная с присутствием в разрезе неоднородностей (глинистых, обводненных образований), которые оказывают искажающее влияние на распространение электромагнитных волн.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the depth of the earth's crust, associated with the presence in the section of heterogeneities (clay, flooded formations) that have a distorting effect on the propagation of electromagnetic waves.

Известен способ геоэлектроразведки (см. патент RU 2179325 С2 G01V 3/08, опубл. 10.02.2002 г.), который заключается в регистрации магнитного поля, возбуждаемого в зондируемой среде, при фиксированном разносе источника излучения и приемника и изменении высоты подъема над землей системы источник-приемник, по распределению напряженности магнитного поля в зависимости от высоты подъема определяют геоэлектрические характеристики изучаемого разреза.A known method of geoelectrical exploration (see patent RU 2179325 C2 G01V 3/08, published on 02/10/2002), which consists in registering a magnetic field excited in the probed medium, with a fixed separation of the radiation source and receiver and changing the height of the system above the ground source-receiver, according to the distribution of magnetic field strength depending on the height of rise determine the geoelectric characteristics of the studied section.

Недостатком данного способа является относительно малая точность измерений на относительно больших глубинах, связанная с тем, что высота и величина разноса между источником электромагнитного поля и приемником имеют конечные размеры.The disadvantage of this method is the relatively low accuracy of measurements at relatively large depths, due to the fact that the height and spacing between the source of the electromagnetic field and the receiver have finite dimensions.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ подповерхностного радиолокационного зондирования, реализованный в «Устройстве подповерхностного радиолокационного зондирования» по пат. RU 2100825 C1 G01S 13/95, опубл. 27.12.1997 г. Способ-прототип заключается в излучении в зондируемую среду сверхширокополосных импульсов с внутриимпульсной модуляцией и поочередном приеме на две пространственно разнесенные приемные антенны сигналов, отраженных от границ раздела слоев земной коры, имеющих различные физико-механические и электрические характеристики. Затем сигнал, принятый одной из приемных антенн, смешивают с опорным сигналом, отфильтровывают сигналы дальномерных частот и усиливают. Отфильтрованный сигнал, отраженный от наблюдаемой цели, оцифровывают и производят расчет глубины залегания зондируемого слоя. Причем в данном способе осуществляют регулировку уровня сигналов дальномерных частот путем изменения величины коэффициента усиления усилителя сигналов дальномерных частот и управления амплитудой импульсной последовательности опорного сигнала для изменения глубины проникновения зондирующих сверхширокополосных импульсов вглубь земной коры. По времени запаздывания отраженных от зондируемой среды импульсов, принятых поочередно на каждую приемную антенну, определяют скорость распространения и глубину залегания зондируемого слоя.Closest to the technical nature of the claimed method is a method of subsurface radar sensing, implemented in the "Device subsurface radar sensing" according to US Pat. RU 2100825 C1 G01S 13/95, publ. 12/27/1997, the Prototype method consists of emitting ultra-wideband pulses with intrapulse modulation into the probed medium and alternately receiving signals reflected from the interface of the Earth's crust layers with different physico-mechanical and electrical characteristics at two spatially separated receiving antennas. Then the signal received by one of the receiving antennas is mixed with the reference signal, the signals of the range-finding frequencies are filtered off and amplified. The filtered signal reflected from the observed target is digitized and the depth of the probed layer is calculated. Moreover, in this method, the level of the signals of ranging frequencies is adjusted by changing the gain of the amplifier of the signals of ranging frequencies and controlling the amplitude of the pulse sequence of the reference signal to change the depth of penetration of the probe ultra-wideband pulses deep into the earth's crust. The delay time of the pulses reflected from the probed medium, taken alternately for each receiving antenna, determines the propagation velocity and the depth of the probed layer.

Способ-прототип позволяет повысить точность и величину определения глубины залегания проводящих пластов земной коры, в сравнении с вышеописанными аналогами.The prototype method allows to increase the accuracy and value of determining the depth of the conductive layers of the earth's crust, in comparison with the above analogues.

Однако способ-прототип имеет недостатки:However, the prototype method has disadvantages:

- высокие энергозатраты при реализации способа, т.к. при излучении широкополосного радиоимпульса требуется большая мощность для достижения в точке приема необходимого уровня отношения мощности сигнала и мощности шума;- high energy consumption during the implementation of the method, because when emitting a broadband radio pulse, a large power is required to achieve at the receiving point the necessary level of the ratio of signal power and noise power;

- относительно низкая точность измерений при экономически целесообразных энергозатратах.- relatively low measurement accuracy at economically feasible energy costs.

Известен унифицированный генераторно-измерительный комплекс крайне низких и сверхнизких частот для геофизических исследований (см. пат. RU 2188439 С2 G01V 3/12 опубликованный 27.08.2000 г.), в котором применяется радиокомплекс КНЧ-СНЧ диапазона, содержащий «n» генераторов синусоидального тока, подключенных к единому задающему генератору. К каждому из «n» генераторов подключена низко расположенная, горизонтально ориентированная передающая антенна, располагающаяся над почвой с удельной проводимостью σ=2·10^-3 Сим/м с заземлителями на концах, расположенных в почве σ≥3·10^-3 Сим/м. Измерительный комплекс состоит из двух блоков: модуля аналоговой регистрации и обработки и персональной ЭВМ. Модуль аналоговой регистрации и обработки содержит «n» электрических и магнитных каналов приема, в состав которых входят электрическая и магнитная приемные антенны соответственно, аналоговые модули усиления-фильтрации, режекторные фильтры. В состав персональной ЭВМ входит аналого-цифровой преобразователь, модуль формирования калиброванных сигналов и модуль формирования тактовой частоты.Known unified generator-measuring complex of extremely low and ultra-low frequencies for geophysical research (see US Pat. RU 2188439 C2 G01V 3/12 published August 27, 2000), which uses the ELF-VLF radio complex containing "n" sinusoidal current generators connected to a single master oscillator. Each of the “n” generators is connected to a low-lying, horizontally oriented transmitting antenna located above the soil with specific conductivity σ = 2 · 10 ^-3 Sim / m with grounding conductors at the ends located in the soil σ≥3 · 10 ^-3 Sim / m . The measuring complex consists of two blocks: an analog registration and processing module and a personal computer. The analog registration and processing module contains “n” electric and magnetic receiving channels, which include electric and magnetic receiving antennas, respectively, analog amplification-filtering modules, notch filters. A personal computer includes an analog-to-digital converter, a module for generating calibrated signals, and a module for generating clock frequencies.

Однако устройство-аналог имеет ряд недостатков:However, the analog device has several disadvantages:

- увеличение в n раз потребляемой мощности и массогабаритных показателей устройства, связанное с тем, что используется «n» генераторов синусоидального тока;- an increase of n times the power consumption and overall dimensions of the device, due to the fact that "n" sinusoidal current generators are used;

- требуется размещение «n» передающих антенн над почвой с различными электрическими параметрами, что не всегда выполнимо.- requires the placement of "n" transmitting antennas above the soil with various electrical parameters, which is not always feasible.

Известно устройство для осуществления геоэлектроразведки (см. пат. RU 2179325 С2 G01V 3/08, опубл. 10.02.2002 г.), содержащее жесткую неэлектропроводную раму-ферму, на одном конце которой размещен источник электромагнитного поля, а на другом - приемный магнитный датчик, соединенный с регистратором, расположенным в средней части рамы-фермы. Приемный магнитный датчик установлен так, что его ось ориентирована перпендикулярно направлению напряженности поля источника электромагнитного поля. Для изменения положения рамы-фермы над земной поверхностью введены вертикальная штанга, инфракрасный отметчик высоты подъема рамы-фермы, трос один конец которого закреплен в середине рамы-фермы, а другой через систему блоков с поворотным механизмом.A device is known for geoelectrical exploration (see US Pat. RU 2179325 C2 G01V 3/08, published 10.02.2002), containing a rigid non-conductive frame-truss, at one end of which there is an electromagnetic field source, and on the other a receiving magnetic sensor connected to a recorder located in the middle of the truss frame. The receiving magnetic sensor is mounted so that its axis is oriented perpendicular to the direction of the field strength of the electromagnetic source. To change the position of the frame-farm above the earth's surface, a vertical rod was introduced, an infrared marker for the height of the frame-farm, the cable one end of which is fixed in the middle of the frame-farm, and the other through a system of blocks with a rotary mechanism.

- относительно малая точность измерений на относительно больших глубинах, связанная с тем, что штанга, на которой располагается рама-ферма, и величина разноса между источником электромагнитного поля и приемником имеют конечные размеры (не боле 2-3 десятков метров);- relatively low accuracy of measurements at relatively large depths, due to the fact that the rod on which the frame-farm is located, and the separation between the source of the electromagnetic field and the receiver have finite dimensions (no more than 2-3 tens of meters);

- относительно большое время, затрачиваемое на развертывание устройства и проведение исследований, связанные с конструкцией устройства, а именно с необходимостью установки штанги и рамы-фермы и изменения их положения относительно исследуемого разреза.- the relatively large time spent on the deployment of the device and conducting research related to the design of the device, namely the need to install the rod and frame-truss and change their position relative to the studied section.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству подповерхностного радиолокационного зондирования является «Устройство подповерхностного радиолокационного зондирования» по пат. RU 2100825 C1 G01S 13/95, опубл. 27.12.1997 г.Closest in its technical essence to the claimed device of subsurface radar sensing is a "Device of subsurface radar sensing" according to US Pat. RU 2100825 C1 G01S 13/95, publ. 12/27/1997

Устройство-прототип состоит из генератора частотно-модулированного сигнала, модулятора, усилителя мощности, передающей и двух приемных антенн, антенного переключателя, последовательно коммутирующего приемные антенны на узкополосный фильтр, усилитель сигналов, кварцевый фильтр, аналого-цифровой преобразователь, ответвитель, предварительный усилитель, блок задержки, ПЭВМ. Устройство позволяет проводить зондирование на больших глубинах с высокой разрешающей способностью и высокой скоростью обработки информации.The prototype device consists of a frequency-modulated signal generator, a modulator, a power amplifier, a transmitting and two receiving antennas, an antenna switch sequentially switching the receiving antennas to a narrow-band filter, a signal amplifier, a quartz filter, an analog-to-digital converter, a coupler, a preliminary amplifier, a unit delays, PC. The device allows sounding at great depths with high resolution and high speed information processing.

- большие энергетические затраты, возникающие при исследовании строения земной коры на относительно больших глубинах, связанные с тем, что электромагнитные волны в проводящих средах подвержены сильному затуханию;- high energy costs that arise when studying the structure of the earth's crust at relatively large depths, due to the fact that electromagnetic waves in conductive media are subject to strong attenuation;

- сложность конструкции устройства, связанная с тем, что ряд блоков завязан между собой цепями обратных связей;- the complexity of the design of the device, due to the fact that a number of blocks are tied to each other by feedback chains;

- высокие энергетические и экономические затраты, необходимые при исследовании строения земной коры на относительно больших глубинах.- high energy and economic costs required in the study of the structure of the earth's crust at relatively large depths.

Целью заявляемых технических решений является разработка способа и устройства подповерхностного радиолокационного зондирования, обеспечивающих исследование структуры земной коры с более высокой точностью измерений, реализуемой при экономически целесообразных энергетических затратах.The aim of the claimed technical solutions is to develop a method and device for subsurface radar sensing, providing an investigation of the structure of the earth's crust with higher measurement accuracy, which is realized at economically feasible energy costs.

Заявленные технические решения расширяют арсенал средств данного назначения.The claimed technical solutions expand the arsenal of tools for this purpose.

В заявленном способе поставленная цель достигается тем, что в известном способе подповерхностного радиолокационного зондирования, заключающемся в том, что генерируют на частоте f₁ первый опорный сигнал, усиливают и излучают его в зондируемую среду, принимают из зондируемой среды отраженный сигнал и смешивают его с вторым опорным сигналом, фильтруют смешанный сигнал, после чего преобразуют его в цифровую форму и вычисляют глубину подповерхностного слоя, согласно изобретению в качестве первого опорного сигнала генерируют сигнал синусоидального вида, в зондируемую среду излучают радиоимпульсы длительностью ΔT_пер с периодом ΔT. Интервал приема, который равен периоду излучения радиоимпульсов ΔT, делят на К равных частей. Отраженный сигнал принимают n раз в каждом временном интервале Δt_пр(k), где k=1, 2, ..., K с длительностью приема ΔT_пр. После чего принятый сигнал усиливают, причем принятый и усиленный сигнал смешивают с вторым опорным сигналом синусоидального вида с частотой f₂=f₁+Δf, где Δf - частотный разнос излученного и второго опорного сигналов, выделяют разностную составляющую смешанного сигнала. Суммируют отфильтрованные разностные составляющие принятые n раз в временном интервале Δt_пр(k). Определяют временной интервал Δt_пр(k_max) с максимальной абсолютной величиной суммарного сигнала, а глубину подповерхностного слоя вычисляют по формуле:In the claimed method, the goal is achieved by the fact that in the known method of subsurface radar sensing, which consists in generating the first reference signal at a frequency f ₁ , amplifying and radiating it into the sensed medium, receiving a reflected signal from the probed medium and mixing it with the second reference the signal, the mixed signal is filtered, then it is digitized and the depth of the subsurface layer is calculated, according to the invention, a sinusoidal signal is generated as the first reference signal of the distant form, radio pulses of duration ΔT _per with period ΔT are emitted into the probed medium. The reception interval, which is equal to the radiation period of the radio pulses ΔT, is divided into K equal parts. The reflected signal is received n times in each time interval Δt _pr (k), where k = 1, 2, ..., K with the reception time ΔT _pr . After that, the received signal is amplified, and the received and amplified signal is mixed with the second reference signal of a sinusoidal type with a frequency of f ₂ = f ₁ + Δf, where Δf is the frequency separation of the emitted and second reference signals, the difference component of the mixed signal is isolated. Summing the filtered differential components of the received n times a time interval Δt _pr (k). Determine the time interval Δt _pr (k _max) with the maximum absolute value of the sum signal and the depth of the subsurface layer is calculated by the formula:

где с - скорость света в вакууме, k_max - номер интервала приема с максимальным абсолютным значением сигнала, ΔT_пр - длительность интервала приема, ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость зондируемой среды, σ - проводимость зондируемой среды, λ - длина волны зондируемого сигнала.where c - velocity of light in vacuum, k _max - receiving slot number with the maximum absolute value signal, _{ΔT, etc.} - reception interval time, ε _r - relative permittivity of the medium being probed, σ - conductivity sensed medium, λ - wavelength of the probing signal.

Благодаря новой совокупности признаков, а именно использованию зондирующих радиоимпульсов с синусоидальным заполнением и разбиению интервала приема на К временных интервалов, в каждом из которых осуществляется прием с накоплением сигналов, в заявленном способе достигается более рациональное использование энергоресурсов и, следовательно, снижение экономических затрат при исследовании структуры земной коры с заданной точностью.Thanks to a new set of features, namely the use of probe radio pulses with sinusoidal filling and dividing the reception interval into K time intervals, in each of which reception with accumulation of signals is carried out, the claimed method achieves a more rational use of energy resources and, consequently, lower economic costs when studying the structure Earth's crust with a given accuracy.

В заявленном устройстве подповерхностного радиолокационного зондирования поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем усилитель мощности, к антенному выходу которого подключена передающая антенна, а к высокочастотному входу подключен выход первого задающего генератора, блок индикации, блок управления, приемник прямого усиления, к антенному входу которого подключена приемная антенна, смеситель, выход которого подключен к входу узкополосного фильтра низких частот, дополнительно введены второй задающий генератор, накопитель, пороговый анализатор уровня и вычислитель. Выход вычислителя подключен к входу блока индикации. Первый, второй и третий управляющие выходы блока управления подключены к управляющим входам соответственно вычислителя, накопителя и порогового анализатора уровня. Выход порогового анализатора уровня подключен к информационному входу вычислителя, а информационный вход подключен к выходу накопителя. Информационный вход накопителя подключен к выходу узкополосного фильтра низких частот. Выход второго задающего генератора подключен к высокочастотному входу смесителя, информационный вход, которого подключен к выходу приемника прямого усиления. Четвертый и пятый управляющие выходы блока управления подключены к управляющим входам соответственно усилителя мощности и приемника прямого усиления.In the inventive subsurface radar sensing device, the goal is achieved by the fact that in a known device containing a power amplifier, to the antenna output of which a transmitting antenna is connected, and the output of the first master oscillator, an indication unit, a control unit, a direct gain receiver, are connected to the high-frequency input, to the antenna the input of which is connected to a receiving antenna, a mixer, the output of which is connected to the input of a narrow-band low-pass filter, a second driver nerator, drive, threshold level analyzer and calculator. The output of the calculator is connected to the input of the display unit. The first, second and third control outputs of the control unit are connected to the control inputs of the calculator, storage device and threshold level analyzer, respectively. The output of the threshold level analyzer is connected to the information input of the calculator, and the information input is connected to the output of the drive. The information input of the drive is connected to the output of a narrow-band low-pass filter. The output of the second master oscillator is connected to the high-frequency input of the mixer, the information input of which is connected to the output of the direct amplification receiver. The fourth and fifth control outputs of the control unit are connected to the control inputs of the power amplifier and direct gain receiver, respectively.

Блок управления состоит из первого, второго и третьего генераторов импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, управляемой линии задержки. Первый выход третьего счетчика является первым управляющим выходом блока, а второй выход третьего счетчика подключен к первому входу управляемой линии задержки, второй вход которой подключен к первому выходу первого счетчика. Второй выход первого счетчика подключен к входу второго генератора импульсов, выход которого является четвертым управляющим выходом блока. Выход управляемой линии задержки подключен к входу третьего генератора импульсов, первый выход которого является пятым управляющим выходом блока. Второй выход третьего генератора импульсов подключен к входу второго счетчика, первый и второй выходы которого являются соответственно третьим и вторым управляющими выходами блока. Третий выход второго счетчика подключен к входу третьего счетчика, а выход первого генератора импульсов подключен к входу первого счетчика.The control unit consists of the first, second and third pulse generators, the first, second and third counters, a controlled delay line. The first output of the third counter is the first control output of the unit, and the second output of the third counter is connected to the first input of the controlled delay line, the second input of which is connected to the first output of the first counter. The second output of the first counter is connected to the input of the second pulse generator, the output of which is the fourth control output of the block. The output of the controlled delay line is connected to the input of the third pulse generator, the first output of which is the fifth control output of the block. The second output of the third pulse generator is connected to the input of the second counter, the first and second outputs of which are the third and second control outputs of the block, respectively. The third output of the second counter is connected to the input of the third counter, and the output of the first pulse generator is connected to the input of the first counter.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков благодаря введению новых элементов и связей между ними: смесителя, второго задающего генератора, накопителя, порогового анализатора уровня и изменение алгоритма управления блоками устройства - обеспечивает возможность реализации способа с более высокой точностью измерений и меньшими экономическими и энергетическими затратами при исследовании структуры земной коры.The listed new set of essential features due to the introduction of new elements and the relationships between them: a mixer, a second master oscillator, a drive, a threshold level analyzer and a change in the control algorithm of the device blocks - provides the possibility of implementing the method with higher measurement accuracy and lower economic and energy costs when studying the structure Earth's crust.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемых способа и устройства подповерхностного радиолокационного зондирования, отсутствуют и, следовательно, заявляемый объект обладает свойством новизны.The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues, characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed method and device of subsurface radar sensing, are absent and, therefore, the claimed object has the property of novelty.

Исследование известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемых способа и устройства, показало, что они не следуют явным образом из уровня техники, из которого не выявлена также известность влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного результата, что позволяет считать заявляемый объект соответствующим условию патентоспособности «изобретательский уровень».The study of the known solutions in this and related fields of technology in order to identify signs that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed method and device, showed that they do not follow explicitly from the prior art, from which the influence of transformations provided for by the essential features of the claimed invention, to achieve the specified result, which allows us to consider the claimed object in accordance with the condition of patentability "inventive step".

Заявляемые объекты поясняются чертежами, на которых показаны:The inventive objects are illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - схема распределения временных интервалов,figure 1 - distribution of time intervals,

на фиг.2 - структурная схема устройства,figure 2 is a structural diagram of a device

на фиг.3 - структурная схема блока управления,figure 3 is a structural diagram of a control unit,

на фиг.4 - схема приемной и передающей антенн,figure 4 - diagram of the receiving and transmitting antennas,

на фиг.5 - структурная схема приемника прямого усиления,figure 5 is a structural diagram of a receiver of direct amplification,

на фиг.6 - алгоритм работы вычислителя.figure 6 - algorithm of the computer.

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.The implementation of the claimed method is explained as follows.

В различных областях науки и техники возникают задачи исследования строения земной коры. Например, для прогнозирования землятресений необходимо наблюдение за поведением тектонических плит, при разведке полезных ископаемых требуется определение местоположения и глубины залегания руд и других пород и т.д. Наиболее точным методом исследования структуры земной коры является метод бурения, но его использование связано с большими экономическими затратами, которые пропорциональны глубине исследования, с возникающими технологическими трудностями в труднодоступных районах. Кроме того исследования с использованием бурения требует больших временных затрат. Наряду с методом бурения достаточно развит и широко применяется метод радиолокационного зондирования. Преимущества данного метода заключаются в том, что экономические затраты на его осуществление значительно ниже, он обладает высокой скоростью получения и обработки информации, к тому же имеется возможность его реализации подвижными радиолокационными комплексами, что позволяет проводить исследования в труднодоступных районах. Метод радиолокационного зондирования осуществляется различными способами, различающимися друг от друга точностью измерений, энергетическими и экономическими затратами. Устройства радиолокационного зондирования характеризуются точностью измерений, скоростью получения и обработки информации, потребляемой мощностью, мобильностью. Перечисленные выше параметры устройств радиолокационного зондирования влияют на их стоимость и требования к квалификации обслуживающего и эксплуатирующего персонала. Заявляемые объекты изобретения направлены на повышение точности измерений, реализуемой при приемлемых энергетических затратах.In various fields of science and technology, tasks arise of studying the structure of the earth's crust. For example, for predicting earthquakes, it is necessary to monitor the behavior of tectonic plates, while prospecting for minerals, it is necessary to determine the location and depth of ore and other rocks, etc. The most accurate method of studying the structure of the earth's crust is the drilling method, but its use is associated with high economic costs, which are proportional to the depth of the study, with emerging technological difficulties in hard-to-reach areas. In addition, research using drilling is time consuming. Along with the drilling method, the radar sensing method is quite developed and widely used. The advantages of this method are that the economic costs of its implementation are much lower, it has a high speed of obtaining and processing information, moreover, there is the possibility of its implementation by mobile radar systems, which allows research in hard-to-reach areas. The method of radar sounding is carried out in various ways, differing from each other by the accuracy of measurements, energy and economic costs. Radar sensing devices are characterized by measurement accuracy, the speed of obtaining and processing information, power consumption, mobility. The above parameters of radar sensing devices affect their cost and qualification requirements of maintenance and operating personnel. The claimed objects of the invention are aimed at improving the accuracy of measurements, implemented at reasonable energy costs.

Заявленный способ поясняется следующим образом: генерируют опорный сигнал синусоидального вида на частоте f₁, затем его усиливают и излучают в зондируемую среду в виде радиоимпульсов длительностью ΔT_пер с периодом ΔT (см. фиг.1). Сигнал, отраженный от границы раздела слоев с различными электрическими характеристиками, принимают, причем интервал приема ΔT делят на К частей, равных ΔT_пр=ΔT_пер=ΔT/К. Прием осуществляется n раз в каждой k-ой части интервала приема, где k=1, 2, ..., K. Принятые сигналы усиливают и отфильтровывают, затем перемножают с вторым опорным сигналом синусоидального вида с частотой f₂=f₁+Δf, где Δf - расстройка первого и второго опорных генераторов, далее отфильтровывают разностную составляющую смешанного сигнала. Отфильтрованные разностные составляющие смешанного сигнала, принятые в временном интервале Δt_пр(k), суммируют и определяют временной интервал Δt_пр(k_max) c максимальным абсолютным значением суммарного сигнала. Производят расчет глубины залегания исследуемого слоя по номеру k-ой части временного интервала приема с максимальным абсолютным значением суммарного сигнала.The claimed method is illustrated as follows: generate a reference signal of a sinusoidal form at a frequency f ₁ , then it is amplified and radiated into the probed medium in the form of radio pulses of duration ΔT _per with a period of ΔT (see figure 1). The signal reflected from the interface between layers with different electric characteristics, taking, where reception interval ΔT is divided into K parts, _etc. equal ΔT = ΔT _trans = ΔT / To. Reception is carried out n times in each k-th part of the reception interval, where k = 1, 2, ..., K. The received signals are amplified and filtered, then they are multiplied with a second reference sinusoidal signal with a frequency f ₂ = f ₁ + Δf, where Δf is the detuning of the first and second reference generators, then the difference component of the mixed signal is filtered. The filtered differential components of the mixed signal received at time interval Δt _pr (k), and summing determined time interval Δt _pr (k _max) c maximum absolute value of the sum signal. The depth of the studied layer is calculated by the number of the kth part of the reception time interval with the maximum absolute value of the total signal.

Расчет глубины залегания исследуемого слоя производится по следующей схеме: скорость распространения электромагнитных волн (ЭМВ) в среде равнаThe depth of the studied layer is calculated according to the following scheme: the propagation velocity of electromagnetic waves (EMW) in the medium is

где с - скорость света в вакууме;where c is the speed of light in vacuum;

ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость зондируемой среды;ε _r is the relative dielectric constant of the probed medium;

σ - проводимость зондируемой среды;σ is the conductivity of the probed medium;

λ - длина волны зондирующего сигнала в вакууме.λ is the wavelength of the probe signal in vacuum.

Время распространения ЭМВ в исследуемом срезе равноThe propagation time of EMW in the studied section is equal to

t_cp=k·ΔT_пр,t _cp = k · ΔT _etc.,

где k - номер части интервала приема с максимальным значением суммарного сигнала;where k is the part number of the reception interval with the maximum value of the total signal;

ΔT_пр - длительность интервала приема,ΔT _etc. - the duration of the interval of reception,

следовательно, глубина залегания исследуемого слоя равна:therefore, the depth of the investigated layer is equal to:

Затухание напряженности ЭМВ в среде с потерями имеет экспоненциальную зависимость е^-βh, гдеThe attenuation of the EMW intensity in a lossy medium has an exponential dependence e- ^βh , where

т.е. зависит от частоты несущей зондирующего радиоимпульса. В то же время, для того чтобы в приемной части прекратились переходные процессы, необходимо обеспечитьthose. depends on the frequency of the carrier of the probe radio pulse. At the same time, in order to stop transients in the receiving part, it is necessary to ensure

ΔT_пер=(5...10)/f₁.ΔT _lane = (5 ... 10) / f ₁ .

Точность определения глубины залегания Δh исследуемого пласта определяется величиной дискретизации интервала приема Т, т.е. ΔT_пр=ΔT_пер=(5...10)/f₁, следовательно, с увеличение частоты опорного сигнала f₁, точность определения глубины залегания исследуемого слоя Δh увеличивается. Период излучения радиоимпульсов зависит от максимальной глубины залегания исследуемых слоев земной коры, для определения которых планируется устройствоThe accuracy of determining the depth Δh of the studied formation is determined by the discretization value of the reception interval T, i.e. _Straight ΔT = ΔT = _lane (5 ... 10) / f _1, therefore with the increase of the reference signal frequency f _1, the accuracy of determining the depth of the investigated layer Δh increases. The period of emission of radio pulses depends on the maximum depth of the studied layers of the earth's crust, for the determination of which the device is planned

Рассогласование первого и второго задающих генераторов определяет энергетику комплекса, т.к. чем меньше полоса пропускания фильтра детектора, тем меньше мощность шумов, проходящих в детектор, т.е. выше отношение сигнал-шум, следовательно, можно уменьшить мощность усилителя мощности, но уменьшение полосы пропускания фильтра приводит к увеличению времени реакции детектора, т.е. времени наблюдения.The mismatch of the first and second master generators determines the energy of the complex, because the smaller the passband of the detector filter, the lower the power of the noise passing into the detector, i.e. higher signal-to-noise ratio, therefore, it is possible to reduce the power of the power amplifier, but decreasing the passband of the filter increases the response time of the detector, i.e. observation time.

Заявленное устройство (см. фиг.2) содержит: первый задающий генератор 1, усилитель мощности 2, передающую антенну 3, приемную антенну 4, приемник прямого усиления 5, смеситель 6, второй задающий генератор 7, узкополосный низкочастотный фильтр 8, накопитель 9, пороговый анализатор уровня 10, блок управления 12, вычислитель 11 и блок индикации 13. Выход первого задающего генератора 1 подключен к информационному входу усилителя мощности 2, выход которого подключен к входу передающей антенны 3. Выход приемной антенны 4 подключен к входу приемника прямого усиления 5, выход которого подключен к первому входу смесителя 6. Выход второго задающего генератора 7 подключен к второму входу смесителя 6. Выход смесителя 6 подключен к входу узкополосного низкочастотного фильтра 8, выход которого подключен к информационному входу накопителя 9. Выход накопителя 9 подключен к информационному входу порогового анализатора уровня 10, выход которого подключен к управляющему входу вычислителя 11. Выход вычислителя 11 подключен к входу блока индикации. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления 12 подключены к управляющим входам вычислителя 11, накопителя 9, порогового анализатора уровня 10, усилителя мощности 2 и приемника прямого усиления 5 соответственно.The claimed device (see Fig. 2) contains: a first master oscillator 1, a power amplifier 2, a transmit antenna 3, a receive antenna 4, a direct gain receiver 5, a mixer 6, a second master oscillator 7, a narrow-band low-pass filter 8, a drive 9, a threshold level analyzer 10, control unit 12, calculator 11 and display unit 13. The output of the first master oscillator 1 is connected to the information input of the power amplifier 2, the output of which is connected to the input of the transmitting antenna 3. The output of the receiving antenna 4 is connected to the input of the direct receiver 5, the output of which is connected to the first input of the mixer 6. The output of the second master oscillator 7 is connected to the second input of the mixer 6. The output of the mixer 6 is connected to the input of the low-pass low-pass filter 8, the output of which is connected to the information input of the drive 9. The output of the drive 9 is connected to the information input threshold analyzer level 10, the output of which is connected to the control input of the calculator 11. The output of the calculator 11 is connected to the input of the display unit. The first, second, third, fourth and fifth outputs of the control unit 12 are connected to the control inputs of the calculator 11, the drive 9, the threshold analyzer level 10, the power amplifier 2 and the receiver direct amplification 5, respectively.

Первый задающий генератор 1 предназначен для генерации синусоидального сигнала частотой f₁, схема блока может быть реализована различным образом, а в частности может быть использован выпускаемый промышленностью опорный генератор «Гиацинт-М», который позволяет генерировать синусоидальный сигнал частотой 5 МГц со стабильностью частоты не более ±3·10^-8 и погрешностью по частоте не более ±3·10^-7.The first master oscillator 1 is designed to generate a sinusoidal signal with a frequency f ₁ , the block circuit can be implemented in various ways, and in particular, the Hyacinth-M reference generator produced by the industry can be used, which allows you to generate a 5 MHz sinusoidal signal with a frequency stability of no more ± 3 · 10 ^-8 and frequency error of not more than ± 3 · 10 ^-7 .

Усилитель мощности 2 предназначен для усиления сигнала от первого опорного генератора и передачи усиленного сигнала по командам блока управления 12 в передающую антенну 3, схема блока может быть реализована различным образом, а в частности может быть использован усилитель мощности из комплекта радиопередатчика «Тритон».The power amplifier 2 is designed to amplify the signal from the first reference generator and transmit the amplified signal by the commands of the control unit 12 to the transmitting antenna 3, the block circuit can be implemented in various ways, and in particular, the power amplifier from the Triton radio transmitter set can be used.

Передающая антенна 3 «стелющегося» типа предназначена для преобразования усиленного сигнала первого опорного генератора в электромагнитную волну и излучения ее в зондируемую среду и может быть реализована различным образом, а в частности, как показано на фиг.4, резонансной длины из коаксиального кабеля РК-75-9. Резонансная частота антенны может быть уточнена с помощью измерительного моста ВМ-538. В качестве противовеса антенны может быть использовано 2-е плечо из коаксиального кабеля либо контур заземления.The transmitting antenna 3 "creeping" type is designed to convert the amplified signal of the first reference generator into an electromagnetic wave and emit it into a probed medium and can be implemented in various ways, and in particular, as shown in figure 4, the resonant length of the coaxial cable RK-75 -9. The resonant frequency of the antenna can be clarified using a measuring bridge VM-538. As a counterweight to the antenna, a 2nd arm from a coaxial cable or a ground loop can be used.

Приемная антенна 4 предназначена для преобразования электромагнитной волны, отраженной от исследуемого слоя, в электрический сигнал и идентична по конструкции передающей антенне.The receiving antenna 4 is designed to convert the electromagnetic wave reflected from the investigated layer into an electrical signal and is identical in design to the transmitting antenna.

Приемник прямого усиления 5 предназначен для предварительной фильтрации принятого приемной антенной сигнала от помех различной природы и его усилении, схема блока известна и может быть реализована, в частности, как показано на фиг.5, реализация входной цепи и усилителя радиочастот может быть различна, а в частности, как описано в кн. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990 г. - 264 с., на стр.107-115.The direct gain receiver 5 is designed for pre-filtering the received signal by the receiving antenna from interference of various nature and its amplification, the block diagram is known and can be implemented, in particular, as shown in Fig. 5, the implementation of the input circuit and the radio frequency amplifier can be different, and in particular, as described in book. V.T. Polyakov. Radio amateurs about the technique of direct conversion. - M .: Patriot, 1990 .-- 264 p., Pp. 107-115.

Смеситель 6 предназначен для перемножения сигналов с выхода второго задающего генератора 7 и приемника прямого усиления 5, схема блока известна и описана в кн. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990 г. - 264 с., стр.117 рис.55 «Кольцевой балансный смеситель».The mixer 6 is designed to multiply the signals from the output of the second master oscillator 7 and the direct gain receiver 5, the block circuit is known and described in the book. V.T. Polyakov. Radio amateurs about the technique of direct conversion. - M .: Patriot, 1990 - 264 p., P. 117 Fig. 55 “Ring balanced mixer”.

Второй задающий генератор 7 предназначен для генерации синусоидального сигнала частотой f₂=f₁+Δf, может быть реализован аналогично первому задающему генератору.The second master oscillator 7 is designed to generate a sinusoidal signal with a frequency of f ₂ = f ₁ + Δf, can be implemented similarly to the first master oscillator.

Узкополосный низкочастотный фильтр 8 предназначен для выделения разностной составляющей смешанного сигнала, получаемого с выхода смесителя 6, схема блока может быть реализована различным образом, в частности, как описано в кн. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990 г. - 264 с., стр.108-110 рис. 47(б).The narrow-band low-pass filter 8 is designed to isolate the differential component of the mixed signal received from the output of the mixer 6, the block circuit can be implemented in various ways, in particular, as described in the book. V.T. Polyakov. Radio amateurs about the technique of direct conversion. - M .: Patriot, 1990 .-- 264 p., Pp. 108-110 p. 47 (b).

Накопитель 9 предназначен для суммирования сигналов, поступающих с выхода узкополосного низкочастотного фильтра 8 за n тактов, схема блока может быть реализована различным образом, в частности может быть использована RC-цепь с временем релаксации не более 1 мкс.The drive 9 is designed to sum the signals coming from the output of the narrow-band low-pass filter 8 for n clock cycles, the block circuit can be implemented in various ways, in particular, an RC circuit with a relaxation time of not more than 1 μs can be used.

Пороговый анализатор уровня 10 предназначен для сравнения суммарного сигнала, поступающего с выхода накопителя 9, схема блока может быть реализована различным образом, а в частности на базе интегрального компаратора напряжений (см. кн. Т.М.Агаханян. Интегральные микросхемы. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.412-427) с регулируемой величиной порогового значения, величина порогового значения определяется экспериментальным путем. Блок может быть реализован на базе прецизионного компаратора напряжений 521СА3.A threshold analyzer of level 10 is designed to compare the total signal coming from the output of drive 9, the block circuit can be implemented in various ways, and in particular on the basis of an integrated voltage comparator (see book T.M. Agahanyan. Integrated circuits. - M .: Energoatomizdat, 1983, p.412-427) with an adjustable threshold value, the threshold value is determined experimentally. The block can be implemented on the basis of a precision voltage comparator 521CA3.

Вычислитель 11 предназначен для расчета глубины залегания исследуемого слоя, может быть выполнен в виде автомата на базе микропроцессора (см. Шевкоплес Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990, - 512 с.), работающего в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.6.Calculator 11 is designed to calculate the depth of the studied layer, can be made in the form of an automaton based on a microprocessor (see Shevkoples B.V. Microprocessor structures. Engineering solutions: Reference book. - 2nd ed. Revised and enlarged. - M .: Radio and Communications, 1990, 512 p.), Operating in accordance with the algorithm shown in Fig.6.

Блок индикации 13 предназначен для преобразования кода значения величины глубины залегания исследуемого слоя, получаемого с выхода вычислителя 11, в десятичную цифровую форму, может быть реализован на базе стандартных цифровых индикаторов ИЭЦ.Indication unit 13 is designed to convert the code of the value of the depth of the studied layer obtained from the output of the calculator 11 into decimal digital form, can be implemented on the basis of standard digital indicators of the IEC.

Блок управления (см. фиг.3) содержит: первый генератор импульсов 12.1, второй генератор импульсов 12.3, третий генератор импульсов 12.5, первый счетчик 12.2, второй счетчик 12.6, третий счетчик 12.7 и управляемую линию задержки 12.4. Выход первого генератора импульсов 12.1 подключен к входу первого счетчика 12.2, второй выход которого подключен к входу второго генератора импульсов 12.3, а первый выход подключен к второму входу управляемой линии задержки 12.4. Выход второго генератора импульсов 12.3 подключен к управляющему входу усилителя мощности 2. Выход управляемой линии задержки 12.3 подключен к входу третьего генератора импульсов 12.5, первый выход которого подключен к приемнику прямого усиления 5, а второй выход подключен к входу второго счетчика 12.6. Третий выход второго счетчика 12.6 подключен к входу третьего счетчика 12.7, а второй и первый к входу накопителя 9 и порогового анализатора уровня 10 соответственно. Первый выход третьего счетчика 12.7 подключен к входу вычислителя 11, а второй - к первому входу управляемой линии задержки 12.4.The control unit (see Fig.3) contains: a first pulse generator 12.1, a second pulse generator 12.3, a third pulse generator 12.5, a first counter 12.2, a second counter 12.6, a third counter 12.7 and a controlled delay line 12.4. The output of the first pulse generator 12.1 is connected to the input of the first counter 12.2, the second output of which is connected to the input of the second pulse generator 12.3, and the first output is connected to the second input of the controlled delay line 12.4. The output of the second pulse generator 12.3 is connected to the control input of the power amplifier 2. The output of the controlled delay line 12.3 is connected to the input of the third pulse generator 12.5, the first output of which is connected to the direct gain receiver 5, and the second output is connected to the input of the second counter 12.6. The third output of the second counter 12.6 is connected to the input of the third counter 12.7, and the second and first to the input of the drive 9 and the threshold analyzer level 10, respectively. The first output of the third counter 12.7 is connected to the input of the calculator 11, and the second to the first input of the controlled delay line 12.4.

Блок управления 12 предназначен для управления усилителем мощности 2, приемником прямого усиления 5, накопителем 9, пороговым анализатором уровня 10 и передачи на вход вычислителя 11 кода временного интервала, по которому производится вычисление глубины залегания исследуемого слоя. Блок содержит: первый генератор импульсов 12.1, первый счетчик 12.2, второй генератор импульсов 12.3, управляемую линию задержки 12.4, третий генератор импульсов 12.5, второй счетчик 12.6, третий счетчик 12.7.The control unit 12 is designed to control a power amplifier 2, a direct amplification receiver 5, a drive 9, a threshold level 10 analyzer, and transmitting to the input of the calculator 11 a time interval code for calculating the depth of the studied layer. The block contains: a first pulse generator 12.1, a first counter 12.2, a second pulse generator 12.3, a controlled delay line 12.4, a third pulse generator 12.5, a second counter 12.6, a third counter 12.7.

Первый генератор импульсов 12.1 предназначен для генерации непрерывной последовательности импульсов с частотой 1/ΔT_пер, схема блока известна и описана (см. кн. Т.М.Агаханян, Интегральные микросхемы. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.431-434), в частности может быть реализован на базе стандартных таймеров серии КР1006ВИ1.The first pulse generator 12.1 is designed to generate a continuous sequence of pulses with a frequency of 1 / ΔT _per , the block diagram is known and described (see book T.M.Agakhanyan, Integrated circuits. - M.: Energoatomizdat, 1983, p. 431- 434), in particular, can be implemented on the basis of standard timers of the KR1006VI1 series.

Первый счетчик 12.2 емкостью К предназначен для формирования периода излучения зондирующих радиоимпульсов, может быть реализован с помощью последовательного подключения необходимого количества логических элементов (см. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В.Тарабрин, С.В.Якубовский, Н.А.Барканов и др.; под ред. Б.В.Тарабрина. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Энергия, 1980. - 816 с.).The first counter 12.2 with a capacity of K is designed to form the period of radiation of sounding radio pulses, it can be implemented by sequentially connecting the required number of logical elements (see the Handbook of Integrated Circuits / B.V. Tarabrin, S.V. Yakubovsky, N.A. Barkanov and dr .; under the editorship of B.V. Tarabrin. - 2nd edition, revised and supplemented. - M .: Energy, 1980. - 816 p.).

Второй счетчик 12.6 емкостью n предназначен для слежения за количеством тактов накопления отраженных сигналов и генерации команд на обнуление накопителя 9 и разрешение работы порогового анализатора уровня 10, может быть реализован аналогично первому счетчику 12.2.The second counter 12.6 with a capacity of n is designed to track the number of clock cycles of accumulation of reflected signals and generate commands to zero the drive 9 and enable the operation of the threshold level 10 analyzer, can be implemented similarly to the first counter 12.2.

Третий счетчик емкостью К предназначен для формирования кода номера временного интервала, при помощи которого управляется управляемая линия задержки 12.4, а вычислитель 11 производит расчет, может быть реализован аналогично первому счетчику 12.2.The third counter with a capacity of K is designed to generate a code for the number of the time interval with which the controlled delay line 12.4 is controlled, and the calculator 11 calculates, can be implemented similarly to the first counter 12.2.

Второй генератор импульсов 12.3 предназначен для генерации импульса длительностью ΔT_пер, который служит командой на открытие усилителя мощности 2, представляет собой ждущий мультивибратор и может быть реализован на микросхеме К119ГГ1.The second pulse generator 12.3 is designed to generate a pulse of duration ΔT _per , which serves as a command to open the power amplifier 2, is a standby multivibrator and can be implemented on the K119GG1 chip.

Третий генератор импульсов 12.5 предназначен для генерации импульса длительностью ΔT_пр, который служит командой на открытие усилителя мощности 2, представляет собой ждущий мультивибратор и может быть реализован аналогично второму генератору импульсов 12.3.The third pulse generator 12.5 is designed to generate a pulse duration ΔT _etc., which serves for the opening command of the power amplifier 2, is a monostable multivibrator and may be implemented similar to the second pulse generator 12.3.

Управляемая линия задержки 12.4 предназначена для задержки импульса, поступающего с выхода первого счетчика 12.2, на время, равное kΔT_пр, значение k определяется кодом, получаемым с выхода третьего счетчика 12.7, схема блока может быть реализована различным образом, а в частности на базе интегрального таймера SE556, см. кн. Т.М.Агаханян, Интегральные микросхемы. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.431-434.The controlled delay line 12.4 is designed to delay the pulse from the output of the first counter 12.2 for a time equal to kΔT _pr , the value of k is determined by the code received from the output of the third counter 12.7, the block circuit can be implemented in various ways, and in particular, on the basis of an integral timer SE556, see book T.M. Agahanyan, Integrated Circuits. - M .: Energoatomizdat, 1983, p. 431-434.

Заявленное устройство функционирует следующим образом: первый задающий генератор генерирует синусоидальный сигнал на частоте f₁, поступающий на вход усилителя мощности 2, где он усиливается и по команде блока 12 управления излучается передающей антенной 3, подключенной к выходу усилителя мощности 2, в зондируемую среду в виде радиоимпульсов длительностью ΔT_пер с периодом ΔT. Зондирующий сигнал, отраженный от исследуемого слоя земной коры, принимается приемной антенной 4, затем поступает на вход приемника прямого усиления 5, в котором по команде блока управления 12 осуществляется прием сигнала в определенной части интервала приема Δt_пр(k), усиление и фильтрация зондирующего сигнала. Усиленный и отфильтрованный сигнал с выхода приемника прямого усиления 5 поступает на первый вход смесителя 6, на второй вход которого поступает опорный синусоидальный сигнал частотой f₂=f₁+Δf от второго задающего генератора 7. В смесителе происходит перемножение принятого зондирующего сигнала и опорного сигнала от второго задающего генератора 7. Выход смесителя 6 подключен к входу узкополосного низкочастотного фильтра 8, настроенного на частоту Δf с полосой пропускания 1 Гц. Отфильтрованная разностная составляющая с выхода узкополосного фильтра нижних частот 8 поступает на информационный вход накопителя 9, который накапливает (суммирует) сигнал за n тактов работы устройства в интервале приема Δt_пр(k). По команде блока управления 12, которая поступает на управляющий вход накопителя 9, суммарный сигнал поступает с выхода накопителя 9 на вход порогового анализатора уровня 10, а накопитель 9 обнуляется. Поступивший на вход порогового анализатора 10 уровня суммарный сигнал сравнивается с пороговым значением и в том случае, если уровень суммарного сигнала больше либо равен пороговому значению, на его выходе генерируется команда, поступающая на управляющий вход вычислителя 11, разрешающая вычисление, в противном случае - запрещающая. В случае, когда на первый управляющий вход вычислителя 11 поступила разрешающая команда, вычислитель производит расчет глубины залегания исследуемого слоя по коду номера k-той части интервала приема, который поступает с выхода блока управления 12 на информационный вход вычислителя 11, в противном случае он бездействует. Расчетное значение глубины залегания исследуемого слоя с выхода вычислителя подается на вход блока индикации 13, который отображает полученное значение.The claimed device operates as follows: the first master oscillator generates a sinusoidal signal at a frequency f ₁ supplied to the input of the power amplifier 2, where it is amplified and, upon the command of the control unit 12, is transmitted by the transmitting antenna 3 connected to the output of the power amplifier 2 to the sensed medium in the form radio pulses of duration ΔT _per with a period of ΔT. The probe signal reflected from the studied layer of the earth's crust is received by the receiving antenna 4, then fed to the input of the direct amplification receiver 5, in which, upon the command of the control unit 12, the signal is received in a certain part of the reception interval Δt _pr (k), amplification and filtering of the probing signal . The amplified and filtered signal from the output of the direct amplification receiver 5 is fed to the first input of the mixer 6, the second input of which receives a reference sinusoidal signal with a frequency of f ₂ = f ₁ + Δf from the second master oscillator 7. The mixer multiplies the received probe signal and the reference signal from the second master oscillator 7. The output of the mixer 6 is connected to the input of a narrow-band low-pass filter 8, tuned to a frequency Δf with a passband of 1 Hz. The filtered difference component from the output of the narrow-band low-pass filter 8 is fed to the information input of the drive 9, which accumulates (sums) the signal for n clock cycles of the device in the reception interval Δt _pr (k). At the command of the control unit 12, which is supplied to the control input of the drive 9, the total signal is supplied from the output of the drive 9 to the input of a threshold level 10 analyzer, and the drive 9 is reset. The total signal received at the input of a threshold analyzer of level 10 is compared with a threshold value and if the level of the total signal is greater than or equal to the threshold value, a command is generated at its output, which goes to the control input of the calculator 11, which allows calculation, otherwise it prohibits it. In the case when an enabling command was received at the first control input of the calculator 11, the calculator calculates the depth of the layer under study by the code number of the k-th part of the reception interval, which comes from the output of the control unit 12 to the information input of the calculator 11, otherwise it is inactive. The calculated value of the depth of the investigated layer from the output of the calculator is fed to the input of the display unit 13, which displays the obtained value.

Блок управления 12 функционирует следующим образом: первый генератор импульсов 12.1 непрерывно генерирует последовательность тактовых импульсов частотой 1/ΔT_пер. Последовательность тактовых импульсов с выхода первого генератора импульсов 12.1 поступает на вход первого счетчика 12.2 емкостью К=ΔT/ΔТ_пер, после того как счет достигает К, с первого выхода первого счетчика 12.2 подается импульс на второй вход управляемой линии задержки 12.4, а с второго выхода - на вход второго генератора импульсов 12.3, который после этого генерирует одиночный импульс длительностью ΔT_пер, поступающий с его выхода на управляющий вход усилителя мощности 2, и служит командой на его открытие на время длительности импульса ΔТ_пер. Импульс, поступивший на второй вход управляемой линии задержки 12.4, задерживается на время T_з=k·ΔT_пр и поступает на ее выход, который соединен с входом третьего генератора импульсов 12.5. В третьем генераторе импульсов 12.5 генерируется одиночный импульс длительностью ΔT_пр и с его первого выхода подается на управляющий вход приемника прямого усиления 5, данный импульс является командой на открытие приемника прямого усиления на время ΔТ_пр. В то же время с второго выхода третьего генератора импульсов 12.5 поступает импульс на вход второго счетчика 12.6 емкостью n, где n - количество раз приема сигналов в k-ой части временного интервала Δt_пр(k). После того как второй счетчик 12.6 просчитал n раз, он обнуляется, и с его первого выхода подается команда на второй вход порогового анализатора уровня 10, разрешающая работу, а с второго выхода подается команда на второй вход накопителя 9 на передачу и обнуление имеющегося значения суммарного сигнала, а с третьего выхода - на вход третьего счетчика 12.7, по которой имеющееся в нем значение увеличивается на «единицу». Третий счетчик 12.7 осуществляет счет до K=ΔT/ΔT_пр и определяет порядковый номер временного интервала Δt_пр(k). Значение порядкового номера k-ого интервала приема, имеющееся в третьем счетчике 12.7 в данный момент времени, в виде кода поступает с его второго выхода на первый вход управляемой линии задержки 12.4, в которой устанавливается величина задержки, равная k·ΔT_пр, а с первого выхода третьего счетчика 12.7 текущее значение номера части временного интервала приема поступает на первый вход вычислителя 11, в котором производится расчет глубины залегания исследуемого слоя.The control unit 12 operates as follows: the first pulse generator 12.1 continuously generates a sequence of clock pulses with a frequency of 1 / ΔT _per . The sequence of clock pulses from the output of the first pulse generator 12.1 is fed to the input of the first counter 12.2 with a capacity of K = ΔT / ΔT _per , after the count reaches K, a pulse is supplied from the first output of the first counter 12.2 to the second input of the controlled delay line 12.4, and from the second output - to the input of the second pulse generator 12.3, which then generates a single pulse of duration ΔT _per , coming from its output to the control input of power amplifier 2, and serves as a command to open it for the duration of the pulse duration ΔT _per . The pulse received at the second input of the controlled delay line 12.4 is delayed by the time T _s = k · ΔT _pr and is fed to its output, which is connected to the input of the third pulse generator 12.5. The third pulse generator 12.5 is generated by a single pulse duration ΔT and _forth with its first output is supplied to the control input of the receiver of direct amplification 5, this pulse is a command for opening the receiver to direct amplification time? T _{so forth.} At the same time, the second output of the third pulse generator 12.5 receives a pulse at the input of the second counter 12.6 with a capacity of n, where n is the number of times the signals were received in the k-th part of the time interval Δt _pr (k). After the second counter 12.6 counted n times, it is reset, and from its first output, a command is sent to the second input of the threshold level 10 analyzer, which allows operation, and from the second output, a command is sent to the second input of the drive 9 to transmit and zero the existing value of the total signal , and from the third output - to the input of the third counter 12.7, according to which the value contained in it increases by “one”. The third counter performs scoring for 12.7 K = ΔT / ΔT _etc., and determines the sequence number time interval Δt _pr (k). The value of the serial number of the k-th reception interval, available in the third counter 12.7 at a given time, in the form of a code comes from its second output to the first input of the controlled delay line 12.4, in which the delay value is set equal to k · ΔT _pr , and from the first the output of the third counter 12.7, the current value of the part number of the reception time interval is supplied to the first input of the calculator 11, in which the depth of the studied layer is calculated.

Для определения глубины залегания высокопроводящих слоев земной коры на глубину до пятисот метров необходимо обеспечить следующие параметры устройства:To determine the depth of highly conductive layers of the earth's crust to a depth of five hundred meters, it is necessary to provide the following device parameters:

- первый задающий генератор сигнала синусоидального напряжения с частотой f₁=5 МГц;- the first master oscillator of the sinusoidal voltage signal with a frequency f ₁ = 5 MHz;

- второй задающий генератор сигнала синусоидального напряжения с частотой f₂=5 МГц+1 Гц;- the second master oscillator of the sinusoidal voltage signal with a frequency of f ₂ = 5 MHz + 1 Hz;

- ΔT_пр=ΔT_пер=1 мкс- ΔT _pr = ΔT _lane = 1 μs

При этом: глубина залегания определяется h=50·i [м], точность определения глубины залегания Δh=50 м, затухание по напряженности электрического поля β=386 раз. При данной конфигурации устройства достаточным является использование усилителя мощности с выходной мощностью 100 Вт, что примерно в 100 раз меньше, чем при использовании устройства-прототипа с аналогичными параметрами.Moreover: the depth is determined by h = 50 · i [m], the accuracy of determining the depth is Δh = 50 m, the attenuation by electric field strength β = 386 times. With this configuration of the device, it is sufficient to use a power amplifier with an output power of 100 W, which is approximately 100 times less than when using a prototype device with similar parameters.

Claims

1. The method of subsurface radar sensing, which consists in generating a first reference signal at a frequency f ₁ , amplifying and emitting it into a sensed medium, receiving a reflected signal from the probed medium and mixing it with a second reference signal, filtering the mixed signal, and then converting the mixed signal digitalize it and calculate the depth of the subsurface layer, characterized in that a sine wave signal is generated as the first reference signal, and radio pulses are emitted into the probed medium u ΔT _per with a period ΔT, and the reflected signal is received n-times in each time interval Δt _pr (k), where k = l, 2, ..., K with a reception time ΔT _pr , each of the n-times received signal is amplified moreover, the received and amplified signal is mixed with the second reference signal of a sinusoidal type with a frequency of f ₂ = f ₁ + Δf, where Δf is the frequency separation of the emitted and second reference signals, the difference component of the mixed signal is extracted, then n received in the time interval Δt _pr are summed ( k) the filtered difference components of the mixed signal, determine the time ennoy interval Δt _pr (k) with the maximum absolute value of the sum signal and the depth of the subsurface layer is calculated by the formula

where c - velocity of light in vacuum, k _max - receiving slot number with the maximum absolute value of signal? T _ave - reception interval time, ε _r - relative permittivity of the medium being probed, σ - conductivity sensed medium, λ - wavelength of the probing signal.

2. A subsurface radar sensing device containing a power amplifier, to the antenna output of which a transmitting antenna is connected, and to the high-frequency input is connected the output of the first master oscillator, an indication unit, a direct gain receiver, to the antenna input of which a receiving antenna is connected, a mixer, the output of which is connected to the input of a narrow-band low-pass filter, characterized in that a second master oscillator, a drive, a threshold level analyzer, and a depth calculator are additionally introduced s of the studied layer and command control unit for calculating the depth of the studied layer, drive, threshold level analyzer, power amplifier and direct gain receiver, the output of the calculator of the depth of the studied layer is connected to the input of the display unit, the first, second and third control outputs of the specified control unit connected to the control inputs of the calculator of the depth of the studied layer, the drive and the threshold level analyzer, the output of which is connected to the infor the input input of the bed layer analyzer, and the information input of the threshold level analyzer is connected to the output of the drive, the information input of which is connected to the output of the narrow-band low-pass filter, the output of the second master oscillator is connected to the high-frequency input of the mixer, the information input of which is connected to the output of the direct gain receiver and the fifth control outputs of said control unit are connected to control inputs of a power amplifier and direct receiver, respectively gain.

3. The device according to claim 2, characterized in that the control unit consists of the first, second and third pulse generators, the first, second and third counters, a controlled delay line, the first output of the third counter is the first control output of the block, and the second output of the third counter connected to the first input of the controlled delay line, the second input of which is connected to the first output of the first counter, the second output of which is connected to the input of the second pulse generator, the output of which is the fourth control output of the unit a, the output of the controlled delay line is connected to the input of the third pulse generator, the first output of which is the fifth control output of the block, the second output of the third pulse generator is connected to the input of the second counter, the first and second outputs of which are the third and second control outputs of the block, the third output of the second the counter is connected to the input of the third counter, and the output of the first pulse generator is connected to the input of the first counter.