RU2390801C1 - Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method - Google Patents
Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390801C1 RU2390801C1 RU2008149679/28A RU2008149679A RU2390801C1 RU 2390801 C1 RU2390801 C1 RU 2390801C1 RU 2008149679/28 A RU2008149679/28 A RU 2008149679/28A RU 2008149679 A RU2008149679 A RU 2008149679A RU 2390801 C1 RU2390801 C1 RU 2390801C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- search
- acoustic signal
- radar echo
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к поисковой технике и может применяться в геофизике, строительстве, археологии, поиске минно-взрывных заграждений.The invention relates to a search technique and can be used in geophysics, construction, archeology, the search for mine-explosive barriers.
Известен способ определения местоположения неоднородностей в массиве горных пород (а.с. №1777111, G01V 3/12, опубл. 23.11.92), при котором в двух точках, расположенных на расстоянии с ожидаемым незначительным изменением параметров исследуемого массива, осуществляют излучение-прием с помощью приемопередающих антенн электромагнитных импульсов, сначала поляризованных в плоскости падения, затем ортогонально плоскости падения, измеряя амплитуды и фазы спектральных компонент принимаемых отраженных сигналов, определяют комплексные диэлектрические проницаемости вмещающей породы и неоднородности.A known method for determining the location of inhomogeneities in a rock mass (AS No. 1777111, G01V 3/12, publ. 11/23/92), in which radiation is received at two points located at a distance with the expected slight change in the parameters of the studied massif using transceiving antennas of electromagnetic pulses, first polarized in the plane of incidence, then orthogonally to the plane of incidence, by measuring the amplitudes and phases of the spectral components of the received reflected signals, complex dielectric oncity of the host rock and heterogeneity.
Известен способ измерения расстояния и устройство для его осуществления (патент РФ №2039368, G01S 15/18, опубл. 09.07.95), который включает генерацию и излучение акустического сигнала высокой частоты ω, промодулированного низкой частотой Ω, излучение синхронно с ним электромагнитного сигнала частоты ω, используемого в качестве опорного сигнала, измерение набега фазы Δφ(Ω) на низкой частоте за время прохождения контролируемого расстояния, измерение на высокой частоте давления Р(ω), определение плотности среды ρ, колебательной скорости в направлении распространения V(ω) и инвариантной скорости распространения звука Синв, вычисление фазовой скорости Сф(ω) на высокой частоте в пункте приема по соотношению Cф(ω)=P(ω)/ρ×V(ω), а расстояние определяют по соотношению Устройство для реализации данного способа содержит на контролирующем объекте передатчик электромагнитных волн, генераторы высокой и низкой частоты, перемножитель, усилитель мощности и акустический излучатель, на контролируемом объекте приемник электромагнитных волн, фазометр, детектор, два фильтра, блок задания инвариантной скорости, два акустических приемника, два усилителя и измерители звукового давления и колебательной скорости.A known method of measuring distance and a device for its implementation (RF patent No. 2039368, G01S 15/18, published 09.07.95), which includes the generation and emission of a high frequency acoustic signal ω modulated by a low frequency Ω, radiation of an electromagnetic frequency signal synchronously with it ω used as a reference signal, measuring the phase incursion Δφ (Ω) at a low frequency during the passage of a controlled distance, measuring at a high pressure frequency P (ω), determining the density of the medium ρ, vibrational velocity in the direction The prevalence of V (ω) and the invariant velocity of sound propagation C INV, calculating the phase velocity C f (ω) at high frequency in step reception ratio C f (ω) = P (ω) / ρ × V (ω), and the distance is determined in relation A device for implementing this method comprises an electromagnetic wave transmitter, high and low frequency generators, a multiplier, a power amplifier and an acoustic emitter, an electromagnetic wave receiver, a phase meter, a detector, two filters, an invariant speed setting unit, two acoustic receivers, two amplifiers and sound pressure and vibrational velocity meters.
Также известен способ измерения расстояния при воздействии на приемник приемопередатчика акустическим сигналом и устройство для его осуществления (патент РФ №2080616, G01S 11/00, опубл. 27.05.97), который включает сравнение в блоке анализа времени прохождения электромагнитного и акустического сигнала от источника акустического сигнала до приемопередатчика. Источник акустического сигнала располагают на определяемом расстоянии R1 от приемопередатчика, приемник акустического сигнала располагают на расстоянии R2 от источника акустического сигнала, измеряют степень статистической зависимости и разницу времени прихода сигналов к приемнику электромагнитного сигнала и к приемнику акустического сигнала и по этой разнице определяют разницу расстояний R1-R2, а расстояние R2 выбирают известным. Один вариант устройства содержит приемопередатчик, приемник электромагнитного сигнала, блок анализа, блок индикации, приемник акустического сигнала, а другой вариант устройства содержит приемопередатчик, приемник электромагнитного сигнала, источник акустического сигнала, блок анализа, блок индикации, генератор электрического сигнала.Also known is a method of measuring the distance when the transceiver is exposed to an acoustic signal and a device for its implementation (RF patent No. 2080616, G01S 11/00, publ. 27.05.97), which includes a comparison in the analysis unit of the transit time of the electromagnetic and acoustic signal from the acoustic source signal to the transceiver. The acoustic signal source is located at a determined distance R 1 from the transceiver, the acoustic signal receiver is located at a distance R 2 from the acoustic signal source, the degree of statistical dependence and the time difference of the signals arriving at the electromagnetic signal receiver and the acoustic signal receiver are measured, and the difference in the distances is determined from this difference R 1 -R 2 and the distance R 2 is chosen known. One embodiment of the device comprises a transceiver, an electromagnetic signal receiver, an analysis unit, an indication unit, an acoustic signal receiver, and another embodiment of the device comprises a transceiver, an electromagnetic signal receiver, an acoustic signal source, an analysis unit, an indication unit, an electric signal generator.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ геофизической комплексной разведки и устройство для его осуществления (патент РФ №2022301, G01V 1/00, G01V 11/00, опубл. 30.10.94), основанный на возбуждении зондирующих импульсных сейсмоакустических и радиолокационных сигналов. Принятые радиолокационные эхо-сигналы преобразуют в частоту сейсмоакустических эхо-сигналов. Далее все эхо-сигналы усиливают, фильтруют, взвешивают и предварительно обрабатывают с использованием одних и тех же аппаратно-программных средств. При этом предварительная обработка включает в себя вычисление произведений эхо-сигналов от последовательных возбуждений и суммирование по 5-30 произведений в зависимости от скорости и целей исследований. Для увеличения глубинности разведки вводят коррекцию рассогласования на стадии обработки сигналов с учетом различия сейсмоакустических сигналов и радиосигналов от опорного горизонта. Кроме того, временной сигнал между двумя импульсными воздействиями устанавливают равным 0,25-1 периода.Closest to the claimed invention is a method of geophysical integrated exploration and a device for its implementation (RF patent No. 2022301, G01V 1/00, G01V 11/00, publ. 10/30/94), based on the excitation of sounding pulsed seismic-acoustic and radar signals. Received radar echoes are converted to the frequency of seismic acoustic echoes. Further, all echo signals are amplified, filtered, weighed and pre-processed using the same hardware and software. In this case, preliminary processing includes the calculation of the products of the echo signals from successive excitations and the summation of 5-30 works depending on the speed and objectives of the research. To increase the depth of exploration, a mismatch correction is introduced at the signal processing stage, taking into account the difference in seismic-acoustic signals and radio signals from the reference horizon. In addition, the time signal between two pulsed influences is set equal to 0.25-1 period.
Данный способ реализуется устройством, содержащим радар с передатчиком и приемником, подключенным к стробоскопу, и аналоговым трактом, управляемым процессором, а также сейсмоакустический датчик, ЭВМ и систему накопления и регистрации данных, при этом управляющий выход процессора подключен к управляемому входу аналогового тракта, а информационный вход - к выходу аналогового тракта. При этом устройство дополнительно снабжено отслеживающим преобразователем частоты и носителем пакета прикладных программ управления и обработки, при этом вход слежения отслеживающего преобразователя частоты подключен к сейсмоакустическому датчику, выход - к управляемому входу стробоскопа, а управляемый вход - к процессору, последний подключен к ЭВМ, управляемый вход которой соединен с носителем прикладных программ управления и обработки, а выход - к системе накопления и регистрации данных.This method is implemented by a device containing a radar with a transmitter and receiver connected to a stroboscope, and an analog path controlled by a processor, as well as a seismic acoustic sensor, a computer and a data storage and recording system, while the control output of the processor is connected to a controlled input of the analog path, and the information input - to the output of the analog path. At the same time, the device is additionally equipped with a tracking frequency converter and a carrier for the control and processing application package, while the tracking input of the tracking frequency converter is connected to a seismic-acoustic sensor, the output is connected to a controlled input of a stroboscope, and the controlled input is connected to a processor, the latter is connected to a computer, controlled input which is connected to the carrier of control and processing applications, and the output is to a data storage and recording system.
Недостатками известного способа являются малая чувствительность, что не позволяет определять местоположение небольших по объему объектов, низкая помехоустойчивость и высокий уровень ложных тревог.The disadvantages of this method are the low sensitivity, which does not allow to determine the location of small objects, low noise immunity and a high level of false alarms.
В основу изобретения положена задача повышения производительности поисковой установки, снижение вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска объектов поиска.The basis of the invention is the task of improving the performance of the search installation, reducing the likelihood of false alarms and the probability of skipping search objects.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, основанном на возбуждении сейсмоакустических и зондирующих радиолокационных сигналов, согласно изобретению сейсмоакустические сигналы возбуждают на частоте механического резонанса объекта поиска F, осуществляют прием радиолокационных эхо-сигналов, выделяют из принимаемых радиолокационных эхо-сигналов полезный сигнал частотой F, измеряют время группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала tгр, определяют расстояние от поисковой установки до объекта поиска по соотношению:The problem is solved in that in the known method, based on the excitation of seismic-acoustic and sounding radar signals, according to the invention, seismic-acoustic signals are excited at the frequency of the mechanical resonance of the search object F, radar echo signals are received, a useful signal of frequency F is extracted from the received radar echo signals measure the group delay time of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal t gr , determine the the melting from the search setting to the search object by the ratio:
D=υзв×tгр,D = υ sound × t gr ,
где υзв - скорость распространения сейсмоакустического сигнала в грунте,where υ sound - the propagation speed of the seismic acoustic signal in the ground,
измеряют разность фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала Δφак(Ω), вычисляют величину поправки расстояния от поисковой установки до объекта поиска по соотношению:measure the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal Δφ ak (Ω), calculate the correction value of the distance from the search facility to the search object by the ratio:
ΔD=Δφак(Ω)×λак/2×π,ΔD = Δφ ak (Ω) × λ ak / 2 × π,
где λак - длина волны опорного акустического сигнала.where λ ak is the wavelength of the reference acoustic signal.
Поставленная задача решается также тем, что в известное устройство, содержащее радар с передатчиком и приемником, коммутируемую приемопередающую антенну, а также последовательно соединенные запоминающее устройство, микроконтроллер и ЭВМ, дополнительно введены генератор СВЧ, первый выход которого подключен к входу передатчика, а второй выход - ко второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, при этом к первому входу фазового детектора подключен приемник, блок измерения расстояния от поисковой установки до объекта поиска, состоящий из блока измерения времени группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала, выход которого соединен с вторым входом запоминающего устройства, и блока измерения разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала, выход которого соединен с первым входом запоминающего устройства, при этом вход блока измерения расстояния от поисковой установки до объекта поиска соединен с выходом фильтра нижних частот, а также генератор опорного акустического сигнала, первый выход которого соединен с источником сейсмоакустического сигнала, воздействующий на опорную плиту, а второй выход - со вторым входом блока измерения разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала.The problem is also solved by the fact that in the known device containing a radar with a transmitter and a receiver, a switched transceiver antenna, as well as a series-connected storage device, a microcontroller and a computer, a microwave generator is additionally introduced, the first output of which is connected to the transmitter input, and the second output to the second input of the phase detector, the output of which is connected to the input of the low-pass filter, while the receiver, the unit for measuring the distance from the search, is connected to the first input of the phase detector installation to the search object, consisting of a unit for measuring the time of the group delay of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal, the output of which is connected to the second input of the storage device, and a unit for measuring the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal, the output of which is connected with the first input of the storage device, while the input of the unit for measuring the distance from the search installation to the search object is connected to the output fi liter of low frequencies, as well as a reference acoustic signal generator, the first output of which is connected to a source of seismic acoustic signal acting on the base plate, and the second output - with the second input of the phase difference block of the first harmonics of the received radar echo signal and the acoustic reference signal.
Если интенсивность сейсмоакустической волны у поверхности объекта поиска будет равна I, а площадь его поперечного сечения равна S, то амплитуда силы звукового давления на поверхность объекта поиска составляет:If the intensity of the seismic-acoustic wave at the surface of the search object is equal to I, and its cross-sectional area is S, then the amplitude of the sound pressure force on the surface of the search object is:
P=I×S.P = I × S.
Поскольку уравнение динамики поверхности объекта без учета влияния среды можно записать как:Since the equation of the dynamics of the surface of an object without taking into account the influence of the medium can be written as:
то ускорение смещения поверхности объекта будет равно:then the acceleration of the displacement of the surface of the object will be equal to:
где m - масса объекта поиска.where m is the mass of the search object.
Механический резонанс корпуса объекта поиска увеличивает действие силы Р в число раз, равное величине добротности Q, поэтому выражение (2) можно записать как:The mechanical resonance of the body of the search object increases the action of the force P by a factor equal to the quality factor Q, therefore, expression (2) can be written as:
Поскольку интенсивность сейсмоакустической волны I у поверхности границы раздела затухает обратно пропорционально расстоянию D, то приближенно оценить величину действующей силы у поверхности объекта можно с помощью выражения:Since the intensity of the seismic-acoustic wave I at the interface damps inversely with the distance D, it is possible to approximately estimate the value of the effective force at the surface of the object using the expression:
где - интенсивность сейсмоакустической волны вблизи источника;Where - the intensity of the seismic acoustic wave near the source;
Rи - эффективный радиус контактной поверхности излучателя сейсмоакустических волн (сигналов) с грунтом;R and is the effective radius of the contact surface of the emitter of seismic-acoustic waves (signals) with soil;
Р1 - мощность излучателя сейсмоакустических волн (сигналов);.P 1 - power emitter of seismic waves (signals) ;.
S - площадь поверхности корпуса объекта поиска, перпендикулярная действующей силе;S is the surface area of the body of the object of the search, perpendicular to the acting force;
D - расстояние до объекта поиска.D is the distance to the search object.
Из решения уравнения (1) смещение корпуса объекта под действием силы акустического давления составляет:From the solution of equation (1), the displacement of the object’s body under the action of acoustic pressure is:
где τ - время действия силы акустического давления.where τ is the duration of the acoustic pressure force.
При единичном ударе на интервале 0÷τ величина Р=const, из выражений (3) и (4) получаем:With a single impact in the interval 0 ÷ τ, the value P = const, from expressions (3) and (4) we obtain:
При периодическом повторении сейсмоакустических импульсов с периодом Т отраженный от объекта радиолокационный сигнал можно записать как:With a periodic repetition of seismic acoustic pulses with a period T, the radar signal reflected from the object can be written as:
где ωi=2πfi - циклическая частота радиолокационного сигнала,where ω i = 2πf i is the cyclic frequency of the radar signal,
λi - длина волны радиолокационного СВЧ-сигнала,λ i is the wavelength of the radar microwave signal,
Ω=2πF - циклическая частота сейсмоакустического сигнала,Ω = 2πF is the cyclic frequency of the seismic acoustic signal,
i - текущий номер гармоники.i is the current harmonic number.
Для периодического импульсного сигнала, когда 90% его энергии сосредоточено в первой гармонике, фазовый сдвиг первой гармоники принимаемого радиолокационного эхо-сигнала будет равен:For a periodic pulse signal, when 90% of its energy is concentrated in the first harmonic, the phase shift of the first harmonic of the received radar echo signal will be equal to:
Путем фазового детектирования отраженного от объекта радиолокационного сигнала, выделяя коэффициент фазовой модуляции Δφ, можно получать информацию о смещении r, прямо пропорциональном согласно выражению (5) отношению: By phase detection of the radar signal reflected from the object, highlighting the phase modulation coefficient Δφ, it is possible to obtain information about the displacement r, which is directly proportional to the ratio according to expression (5):
Для одинаковых по размеру объектов величина этого смещения тем больше, чем выше добротность его корпуса и меньше масса. Для объектов искусственного происхождения типа мин параметр Q/m будет явно отличаться от естественных объектов (например, камней) или искусственных (например, металлический лом и пр.).For objects of the same size, the magnitude of this shift is greater, the higher the quality factor of its body and the smaller the mass. For objects of artificial origin such as mines, the Q / m parameter will clearly differ from natural objects (for example, stones) or artificial (for example, scrap metal, etc.).
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.
Зону поиска одновременно облучают зондирующими радиолокационными СВЧ-сигналами частотой f и сейсмоакустическими сигналами частотой F. Изменяя частоту колебаний F генератора опорного акустического сигнала, подбирают резонансную частоту для каждого отдельного объекта поиска. При этом выполняется условие с>>υзв, где с - скорость распространения радиолокационного сигнала, υзв - скорость распространения сейсмоакустического сигнала в грунте, поэтому сейсмоакустический сигнал относительно радиолокационного сигнала до зоны поиска доходит с задержкой по времени.The search zone is simultaneously irradiated with sounding microwave radar signals of frequency f and seismic acoustic signals of frequency F. By changing the oscillation frequency F of the reference acoustic signal generator, the resonant frequency is selected for each individual search object. In this case, the condition c >> υ cv is fulfilled, where c is the propagation speed of the radar signal, υ cv is the propagation speed of the seismic-acoustic signal in the ground, therefore, the seismic-acoustic signal relative to the radar signal reaches the search zone with a time delay.
Если радиолокационный сигнал отражается от невибрирующей поверхности, то его частота равна f; а если радиосигнал отражается от вибрирующей поверхности, то его частота равна:If the radar signal is reflected from a non-vibrating surface, then its frequency is f; and if the radio signal is reflected from the vibrating surface, then its frequency is equal to:
f1=f±F,f1 = f ± F,
т.е. при отражении от вибрирующей поверхности принимаемый радиолокационный эхо-сигнал модулирован частотой F.those. when reflected from a vibrating surface, the received radar echo signal is modulated by frequency F.
Осуществляют прием радиолокационных эхо-сигналов, затем из принимаемых радиолокационных эхо-сигналов путем фазовой демодуляции выделяют полезный сигнал частотой F. Измеряют время группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и разность фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала.A radar echo signal is received, then a useful signal of frequency F is extracted from the received radar echo signals by phase demodulation. The time of the group delay of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal and the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal are measured.
Определяют величину расстояния от поисковой установки до объекта поиска по выражению:The distance from the search installation to the search object is determined by the expression:
D=υзв×tгр,D = υ sound × t gr ,
где υзв - скорость распространения сейсмоакустического сигнала в грунте;where υ sound - the propagation speed of the seismic acoustic signal in the ground;
tгр - время группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала,t gr - group delay time of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal,
а величину поправки расстояния от поисковой установки до объекта поиска вычисляют по соотношению:and the correction value of the distance from the search installation to the search object is calculated by the ratio:
ΔD=Δφак(Ω)×λак/2×π,ΔD = Δφ ak (Ω) × λ ak / 2 × π,
где λак - длина волны опорного акустического сигнала;where λ ak is the wavelength of the reference acoustic signal;
Δφак(Ω) - разность фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала.Δφ ak (Ω) is the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ поиска объектов искусственного происхождения в земле; на фиг.2 приведены временные диаграммы сигналов.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a block diagram of a device that implements a method of searching for objects of artificial origin in the ground; figure 2 shows the timing diagrams of signals.
На блок-схеме устройства (фиг.1) обозначены: r - смещение корпуса объекта под действием силы акустического давления; d - толщина объекта поиска.On the block diagram of the device (figure 1) are indicated: r is the displacement of the body of the object under the influence of acoustic pressure; d is the thickness of the search object.
Устройство содержит радар с передатчиком 1 и приемником 2, соединенный с коммутируемой приемопередающей антенной 3, генератор СВЧ 4, первый выход которого подключен к передатчику 1, а второй выход - к второму входу фазового детектора 5. Выход приемника 2 соединен с первым входом фазового детектора 5. Выход фазового детектора 5 подключен к входу фильтра нижних частот 6, выход которого соединен с входом блока измерения расстояния от поисковой установки до объекта поиска 7. Блок измерения расстояния от поисковой установки до объекта поиска 7 состоит из блока измерения времени группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала 9 и блока измерения разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала 8, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора опорного акустического сигнала 13. Выход блока измерения времени группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала 9 подключен к второму входу запоминающего устройства 10, а выход блока измерения разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала 8 - к первому входу запоминающего устройства 10. Запоминающие устройство 10, микроконтроллер 11 и ЭВМ 12 соединены последовательно. Первый выход генератора опорного акустического сигнала 13 подключен к входу источника сейсмоакустического сигнала 14, который воздействует на опорную плиту 15. Объект поиска обозначен цифрой 16.The device contains a radar with transmitter 1 and receiver 2 connected to a switched transceiver antenna 3, a microwave generator 4, the first output of which is connected to the transmitter 1, and the second output to the second input of the phase detector 5. The output of the receiver 2 is connected to the first input of the phase detector 5 The output of the phase detector 5 is connected to the input of the low-pass filter 6, the output of which is connected to the input of the unit for measuring the distance from the search facility to the search object 7. The state unit for measuring the distance from the search facility to the search object 7 is t from the unit for measuring the time of the group delay of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal 9 and the unit for measuring the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal 8, the second input of which is connected to the second output of the reference acoustic signal generator 13. The output of the measurement unit time group delay of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal 9 is connected to the second input its device 10, and the output of the unit for measuring the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal 8 to the first input of the storage device 10. The storage device 10, the microcontroller 11 and the computer 12 are connected in series. The first output of the reference acoustic signal generator 13 is connected to the input of the source of the seismic-acoustic signal 14, which acts on the base plate 15. The search object is indicated by the number 16.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Радиолокационные зондирующие сигналы Uрлс частотой f (фиг.2), вырабатываемые генератором СВЧ 4, подаются на передатчик 1 и с помощью коммутируемой приемопередающей антенны 3 излучаются в направлении поиска. Одновременно излучается через опорную плиту 15 и распространяется вдоль земной поверхности сейсмоакустический сигнал Uаu частотой F (фиг.2), вырабатываемый генератором опорного акустического сигнала 13, подключенным к источнику сейсмоакустического сигнала 14. Принятые приемником 2 радиолокационные эхо-сигналы Uотр поступают на первый вход фазового детектора (ФД) 5, второй вход которого подключен к второму выходу генератора СВЧ 4. С выхода ФД 5 радиосигнал поступает на вход фильтра нижних частот (ФНЧ) 6. После ФНЧ 6 полученный радиосигнал поступает на вход блока измерения расстояния от поисковой установки до объекта поиска 7, состоящего из блока измерения времени группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала 9 и блока измерения разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала 8, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора акустического сигнала 13.The radar sounding signals U radar frequency f ( figure 2), generated by the microwave generator 4, are fed to the transmitter 1 and using a switched transceiver antenna 3 are emitted in the search direction. Simultaneously radiated through the support plate 15 and extends along the ground seismo-acoustic signal U au frequency F (2) generated by the reference acoustic signal generator 13, connected to the seismo-acoustic signal source 14. The received radar echo receiver 2 signals U Neg fed to a first input a phase detector (PD) 5, the second input of which is connected to the second output of the microwave generator 4. From the output of the PD 5, the radio signal is fed to the input of a low-pass filter (LPF) 6. After the LPF 6, the received radio signal is received sends to the input of the unit for measuring the distance from the search facility to the search object 7, consisting of a unit for measuring the time of the group delay of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal 9 and the unit for measuring the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal 8, the second input which is connected to the second output of the acoustic signal generator 13.
Так как скорость распространения радиолокационного сигнала с во много раз превышает скорость распространения сейсмоакустического сигнала υзв, т.е. с>>υзв, то временной интервал между моментом начала излучения и моментом поступления сигнала Uотp на вход блока 8 можно считать временем группового запаздывания tгр (фиг.2).Since the propagation velocity of the radar signal c is many times higher than the propagation velocity of the seismic-acoustic signal υ sv , i.e. c >> υ sound , then the time interval between the moment of the onset of radiation and the moment the signal U from p arrives at the input of block 8 can be considered the group delay time t gr (Fig. 2).
Полученные значения времени группового запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и разности фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала записываются в запоминающее устройство (ЗУ) 10. В запоминающем устройстве ЗУ 10 также хранятся величины скоростей сейсмоакустического сигнала в различных средах. Хранящаяся в ЗУ 10 информация поступает на вход микроконтроллера 11, где обрабатывается информация о параметрах вибрации грунта, принимается решение о наличии или отсутствии в зоне поиска объекта поиска 16 и вычисляются координаты положения объекта поиска 16. Далее полученная информация поступает на информационный порт ЭВМ 12, где при помощи специализированного программного обеспечения на экране монитора обеспечивается индикация местоположения объекта поиска в удобном виде для оператора поисковой установки.The obtained values of the group delay time of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal and the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal are recorded in the storage device (memory) 10. The memory device 10 also stores the speed of the seismic acoustic signal in various environments . The information stored in the memory 10 is fed to the input of the microcontroller 11, where the information on the soil vibration parameters is processed, a decision is made on the presence or absence of the search object 16 in the search area and the coordinates of the search object 16 are calculated. Next, the received information is sent to the computer information port 12, where using specialized software on the monitor screen provides an indication of the location of the search object in a convenient form for the search engine operator.
Практически работа с аппаратурой осуществляется следующим образом. В процессе работы устройство передвигают с остановками с определенным шагом, равным зоне облучения радара (например, 10÷20 м). При остановке опорную плиту 15 с источником сейсмоакустического сигнала 14 с определенным усилием вдавливают в грунт, включают питание генератора опорного акустического сигнала 13.Practically working with the equipment is as follows. In the process, the device is moved with stops with a certain step equal to the area of the radar irradiation (for example, 10 ÷ 20 m). When you stop the base plate 15 with the source of the seismic acoustic signal 14 with a certain force is pressed into the ground, turn on the power of the reference acoustic signal generator 13.
Варьируя параметры P1, τ, f и F, получают оптимальные информационные характеристики Δφ, m и r для идентификации объектов поиска.By varying the parameters P 1 , τ, f, and F, optimal information characteristics Δφ, m, and r are obtained for identifying search objects.
Для определения наличия или отсутствия объекта поиска в зоне облучения полученные информационные характеристики используют для обучения бортового нейрокомпьютера, состоящего из ЗУ, микроконтроллера и ЭВМ, с помощью специализированного программного обеспечения [Ф.Уоссермен. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика./Пер. с англ. - М.: Мир, 1992, 240 с.].To determine the presence or absence of a search object in the irradiation zone, the obtained informational characteristics are used to train an onboard neurocomputer, consisting of a memory, a microcontroller, and a computer, using specialized software [F. Wossermen. Neurocomputer technology: Theory and practice. / Per. from English - M .: Mir, 1992, 240 pp.].
При наличии в зоне облучения объекта поиска 16, например отдельной мины или минного поля, на индикаторе (т.е. на экране монитора) отмечается факт обнаружения объекта. Если объект поиска не обнаружен, то носитель поисковой установки передвигается на дистанцию R, равную зоне облучения радара, после чего цикл обследования следующей зоны поиска повторяется.If there is a search object 16 in the irradiation zone, for example, a separate mine or minefield, the fact of detecting the object is indicated on the indicator (i.e., on the monitor screen). If the search object is not detected, then the search engine carrier moves to a distance R equal to the radar irradiation area, after which the inspection cycle of the next search zone is repeated.
Дадим численную оценку величины фазового сдвига несущей отраженного радиолокационного сигнала Δφ и величины смещения корпуса объекта r, пользуясь соотношениями (7) и (5) соответственно.We give a numerical estimate of the phase shift of the carrier of the reflected radar signal Δφ and the displacement of the object’s body r, using relations (7) and (5), respectively.
Пусть энергия удара равна 10 кгм, что соответствует его эквивалентной силе: Прочие параметры: f=1 ГГц; λ=0,3 м; D=10 м; Rи=0,1 м; S=0,002 м2; m=0,3 кг; Q=1; τ=0,001 с. Взятая за основу расчета масса объекта m, равная 0,3 кг, соответствует массе противопехотной мины. Подстановка этих значений в выражения (5) и (7) соответственно дает r=20 м и Δφ≈2,4°. На рабочей частоте радиолокатора f=10 ГГц, величина сдвига фаз составляет Δφ=24°.Let the impact energy be 10 kgm, which corresponds to its equivalent force: Other parameters: f = 1 GHz; λ = 0.3 m; D = 10 m; R and = 0.1 m; S = 0.002 m 2 ; m = 0.3 kg; Q = 1; τ = 0.001 s. Taken as the basis of the calculation, the mass of the object m, equal to 0.3 kg, corresponds to the mass of an anti-personnel mine. Substitution of these values in expressions (5) and (7), respectively, gives r = 20 m and Δφ≈2.4 °. At the radar operating frequency f = 10 GHz, the phase shift is Δφ = 24 °.
Рассчитанные значения r и Δφ указывают на возможность практической реализации предлагаемого способа поиска, при этом техника фазовых измерений на сегодняшний день позволяет регистрировать сдвиг фаз не менее 0,1°. В сейсморазведке сегодня широко используют невзрывные источники как непрерывных, так и импульсных акустических волн с силой единичного удара до 100000 кг и более [Шнеерсон М.Б. и др. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. - M.: Недра, 1998 г.], т.о., создание сравнительно маломощных негабаритных невзрывных источников на силу удара 1000-10000 кг реально.The calculated values of r and Δφ indicate the feasibility of practical implementation of the proposed search method, while the phase measurement technique today allows us to register a phase shift of at least 0.1 °. In seismic exploration today, non-explosive sources of both continuous and pulsed acoustic waves with a single impact force of up to 100,000 kg or more are widely used [Schneerson MB et al. Theory and practice of ground-based non-explosive seismic exploration. - M .: Nedra, 1998], thus, the creation of relatively low-powered oversized non-explosive sources for impact force of 1000-10000 kg is real.
Таким образом, предложенный способ поиска объектов искусственного происхождения (например, мин) в земле в отличие от прототипа обеспечивает возможность дистанционного определения наличия или отсутствия объекта поиска в зоне облучения с указанием координат местоположения объекта поиска с высокой точностью.Thus, the proposed method for searching for objects of artificial origin (for example, mines) in the ground, unlike the prototype, provides the ability to remotely determine the presence or absence of a search object in the irradiation zone, indicating the location coordinates of the search object with high accuracy.
Claims (2)
D=υзв·tгр,
где υзв - скорость распространения сейсмоакустического сигнала в грунте, измеряют разность фаз первых гармоник принимаемого радиолокационного эхо-сигнала и опорного акустического сигнала Δφак(Ω), вычисляют величину поправки расстояния от поисковой установки до объекта поиска по соотношению:
ΔD=Δφак(Ω)·λак/2·π,
где λак - длина волны опорного акустического сигнала.1. A method of searching for objects of artificial origin in the earth, based on the excitation of seismic-acoustic and sounding radar signals, characterized in that the seismic-acoustic signals are excited at the frequency of the mechanical resonance of the search object F, radar echo signals are received, a useful signal is extracted from the received radar echo signals frequency F, measure the group delay time of the seismic acoustic signal relative to the received radar echo signal t gr , determine the distance from the search engine to the search object by the ratio:
D = υ sound · t gr ,
where υ cv is the propagation speed of the seismic-acoustic signal in the ground, the phase difference of the first harmonics of the received radar echo signal and the reference acoustic signal Δφ ak (Ω) is measured, and the distance correction value from the search facility to the search object is calculated by the ratio:
ΔD = Δφ ak (Ω) · λ ak / 2 · π,
where λ ak is the wavelength of the reference acoustic signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149679/28A RU2390801C1 (en) | 2008-12-16 | 2008-12-16 | Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149679/28A RU2390801C1 (en) | 2008-12-16 | 2008-12-16 | Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390801C1 true RU2390801C1 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008149679/28A RU2390801C1 (en) | 2008-12-16 | 2008-12-16 | Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390801C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681271C1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Device for searching for mines and mines on the basis of the radar parametric method |
RU2739023C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-12-21 | Роман Георгиевич Шайдуров | Apparatus for searching for subsurface objects |
RU2767158C1 (en) * | 2021-01-11 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Robotic apparatus for locating subsurface objects based on the parametric method |
-
2008
- 2008-12-16 RU RU2008149679/28A patent/RU2390801C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681271C1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Device for searching for mines and mines on the basis of the radar parametric method |
RU2739023C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-12-21 | Роман Георгиевич Шайдуров | Apparatus for searching for subsurface objects |
RU2767158C1 (en) * | 2021-01-11 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Robotic apparatus for locating subsurface objects based on the parametric method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6415666B1 (en) | Method and apparatus for acoustic detection of mines and other buried man-made objects | |
US4558439A (en) | Passive method for obtaining target data from a sound source | |
US5974881A (en) | Method and apparatus for acoustic detection of mines and other buried man-made objects | |
US20140104979A1 (en) | Ground-Penetrating Tunnel-Detecting Active Sonar | |
US11841265B2 (en) | Heterogeneous subsurface imaging systems and methods | |
CN103994814B (en) | The multi-modal vibration shape measurement mechanism of land mine and measuring method | |
RU2681271C1 (en) | Device for searching for mines and mines on the basis of the radar parametric method | |
RU2390801C1 (en) | Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method | |
RU2436130C2 (en) | Method and system for radar probing earth interior | |
KR100552931B1 (en) | Method and Apparatus for Acoustic Detection of Mines and Other Buried Man-made Objects | |
RU2282875C1 (en) | Building structure exploration device | |
RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
CN103017888B (en) | Landmine inherent frequency acousto-optic measurement device and method | |
JP2862171B2 (en) | Nondestructive method for measuring physical properties of formation using acoustic waves | |
CN110133098A (en) | A kind of high precision measuring device and measurement method of land mine sound vibration characteristic | |
RU2375729C1 (en) | Geophysical radar | |
GB1193382A (en) | Improvements in or relating to a method and apparatus for Seismic Detection | |
RU2739023C1 (en) | Apparatus for searching for subsurface objects | |
RU2319981C1 (en) | Method for radioacoustic measurement of charge of aerosol particles in atmosphere | |
JPH0820438B2 (en) | Nondestructive measurement method of physical properties of formation using acoustic wave | |
Sabatier et al. | Linear and nonlinear acoustic velocity profiles over buried land mines | |
RU2533311C2 (en) | Apparatus for probing building structures | |
Van Wijk et al. | Toward noncontacting seismology | |
RU2194292C2 (en) | Geophysical radar | |
RU2148842C1 (en) | Method for radar probing and differential radar which implements said method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151217 |