RU2436130C2

RU2436130C2 - Method and system for radar probing earth interior

Info

Publication number: RU2436130C2
Application number: RU2009140912/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Прокофьевич Омельчук (BY); Александр Прокофьевич Омельчук; Алексей Александрович Омельчук (BY); Алексей Александрович Омельчук; Михаил Александрович Омельчук (BY); Михаил Александрович Омельчук
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Георазведочная Компания" (ООО "Георазведочная Компания")
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-12-10
Also published as: RU2009140912A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: pilot signal is generated and emitted in the direction of the probed earth interior. Electromagnetic pulses reflected from subsurface structures are received. Those signals in whose spectrum there is a maximum number of resonance bursts are picked up. Parameters of the picked up signals are used directly for probing. The system for radar probing the earth interior has a radio transmitter (2) with a transmitting antenna (4), N>1 radio receivers (3) with receiving antennae (5). One of the radio receivers is placed on the area under investigation together with the ratio transmitter, and the rest of the radio receivers are spaced apart in space. Besides the abovementioned elements, the system also includes a control device (1), a radio transmitter modulator (6), N data transmission and positioning devices (7), a signal parameter adaptation device (10), a data processing device (9) and a topographic precise positioning device (8).

EFFECT: wider range of detected structures and high accuracy of determining characteristics thereof.

11 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Данное изобретение относится к области радиолокационного зондирования земных недр и может быть использовано при проектировании новых и усовершенствовании существующих способов и систем ведения геофизической разведки при исследовании земных недр, поиске полезных ископаемых, включая проведение поисковых работ на шельфе, геологическом картировании, а также при инженерно-строительных, археологических и гидрогеологических изысканиях.This invention relates to the field of radar sounding of the earth's interior and can be used in the design of new and improvement of existing methods and systems for conducting geophysical exploration in the study of the earth's interior, mineral exploration, including prospecting on the shelf, geological mapping, as well as in civil engineering , archaeological and hydrogeological surveys.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время известно устройство (авторское свидетельство СССР №1728812, опубл. 19.08.1989), реализующее способ, в соответствии с которым импульсные воздействия на грунт производят с интервалом, не меньшим длительности записи эхо-сигнала, а сигнал с момента первого воздействия дискретизируют, взвешивают, заносят в память по номерам адреса, соответствующим порядковым номерам интервалов дискретизации, считывают в том же порядке с момента второго воздействия и перемножают в реальном времени с эхо-сигналом от второго воздействия. Подавление несингенетичной помехи превышает 45 дБ.At present, a device is known (USSR author's certificate No. 1728812, published on 08.19.1989), which implements a method in which pulsed effects on the soil are produced with an interval not less than the duration of the echo signal recording, and the signal is sampled from the moment of the first exposure, weighed, stored in memory by address numbers corresponding to the serial numbers of sampling intervals, read in the same order from the moment of the second exposure and multiplied in real time with an echo signal from the second exposure. Non-syngenetic interference suppression exceeds 45 dB.

К недостаткам способа следует отнести его малую глубинность, невозможность получения трехмерных изображений, сложность его реализации в реальном времени, что требует усложнения аналогового тракта, снижая общую надежность полевой аппаратуры и точность вычислений. Кроме того, двукратное использование задержанного сигнала в перемножении с не задержанным сигналом увеличивает вклад помехи, которую несет задержанный сигнал.The disadvantages of the method include its shallow depth, the inability to obtain three-dimensional images, the complexity of its implementation in real time, which requires the complexity of the analog path, reducing the overall reliability of the field equipment and the accuracy of the calculations. In addition, the double use of the delayed signal in multiplication with the non-delayed signal increases the contribution of the interference that the delayed signal carries.

Известен также способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности, включающий в себя формирование зондирующих импульсов с помощью газового разрядника, их излучение передающей антенной, регистрацию отраженных волн приемной антенной, предварительную обработку зарегистрированного сигнала в приемном блоке с помощью аттенюатора и усилителя-ограничителя, получение волновой формы сигнала методом сравнения с величиной порога, задаваемой по шкале квантования, вывод информации на экран жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и запись ее в память (патент РФ №2080622, опубл. 27.05.1997).There is also known a method of radar sensing of the underlying surface, which includes the formation of sounding pulses using a gas spark gap, their radiation by the transmitting antenna, registration of reflected waves by the receiving antenna, preliminary processing of the recorded signal in the receiving unit using an attenuator and an amplifier-limiter, obtaining the waveform of the signal by comparing with a threshold value set on a quantization scale, displaying information on a liquid crystal display (LCD) screen, and Record it in memory (RF patent №2080622, publ. 27.05.1997).

Недостатками способа являются малая глубинность, невозможность получения трехмерных изображений и определения физических характеристик исследуемых структур, а также то, что принятый за основной бинарный режим не позволяет в сложных ситуациях производить правильную интерпретацию полученных данных.The disadvantages of the method are the shallow depth, the impossibility of obtaining three-dimensional images and determining the physical characteristics of the structures under study, as well as the fact that the binary mode adopted as the main one does not allow correct interpretation of the data obtained in difficult situations.

Известное устройство, реализующее описанный выше способ, содержит автономный передатчик, включающий в себя последовательно соединенные таймер и преобразователь напряжения, подключенные к источнику питания, и формирователь зондирующих импульсов на газовом разряднике, и подсоединяемую через разъем передающую антенну, приемный блок, включающий в себя последовательно соединенные приемную антенну и конструктивно объединенные в отдельный блок антенного усилителя последовательно соединенные аттенюатор и усилитель-ограничитель, соединенный с первым выходом блока синхронизации, соединенный со вторым выходом усилителя-ограничителя основной усилитель, а также панель управления, блок памяти и ЖКИ.A known device that implements the method described above contains a self-contained transmitter, which includes a serially connected timer and a voltage converter connected to a power source, and a probe pulse generator on a gas spark gap, and a transmit antenna connected via a connector, a receiving unit including serially connected a receiving antenna and a series-connected attenuator and limiter amplifier, structurally combined into a separate antenna amplifier unit, ny to the first output synchronization unit coupled to the second output of the limiter amplifier main amplifier, and a control panel, a memory and LCD.

Недостатками устройства являются перечисленные ранее для способа, а также недостаточный динамический диапазон, что приводит к ограничению амплитуды сигнала при получении волновой формы, а также к полной потере информации об амплитуде сигнала в режиме бинарных форм.The disadvantages of the device are listed previously for the method, as well as insufficient dynamic range, which leads to a limitation of the amplitude of the signal upon receipt of the waveform, as well as to a complete loss of information about the amplitude of the signal in binary mode.

Известна система для комплексных геофизических исследований (патент США №4899322, опубл. 06.02.1990), содержащая радиолокационное устройство для обнаружения подповерхностных объектов, акустическое устройство обнаружения, сейсмограф, лазерное оборудование, устройство для определения удельного сопротивления земли и ряд других геофизических устройств. С каждой геофизической установкой соединен процессор, собирающий информацию и передающий ее в регистратор данных. К регистратору данных подключен компьютер, объединяющий информацию, поступающую от датчиков. Обработанная на компьютере информация воспроизводится на дисплее или распечатывается.A known system for integrated geophysical surveys (US patent No. 4899322, publ. 06.02.1990), containing a radar device for detecting subsurface objects, an acoustic detection device, a seismograph, laser equipment, a device for determining the resistivity of the earth and a number of other geophysical devices. A processor is connected to each geophysical installation, collecting information and transmitting it to the data logger. A computer is connected to the data logger, combining information from the sensors. The information processed on the computer is displayed or printed.

К недостатку данной известной системы можно отнести отсутствие единой измерительной процедуры, что значительно усложняет конструкцию. Используется несколько предварительных измерительных каналов (по числу датчиков), что приводит к накапливанию различных систематических ошибок, а это снижает точность последующей комплексной обработки результатов исследований. Кроме того, мощности компьютера не используются при сборе и компоновке информации. Эти функции возложены на процессоры - значительно менее мощные вычислительные структурные единицы, чем компьютер. Это лишает возможности оператора эффективно вмешиваться в процесс исследований, что снижает информативность и производительность процесса съемки.The disadvantage of this known system can be attributed to the lack of a single measuring procedure, which greatly complicates the design. Several preliminary measuring channels are used (according to the number of sensors), which leads to the accumulation of various systematic errors, and this reduces the accuracy of the subsequent complex processing of research results. In addition, computer capacities are not used in collecting and compiling information. These functions are assigned to processors - significantly less powerful computational structural units than a computer. This makes it impossible for the operator to effectively intervene in the research process, which reduces the information content and productivity of the shooting process.

Известен способ геофизической разведки и устройство для его осуществления, основанные на излучении радио- и сейсмоакустических сигналов (патент РФ №2022301 С1, опубл. 12.11.1992). Принятые радио-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. Для реализации способа устройство снабжено стробоскопом, аналоговым трактом с процессором, а также отслеживающим преобразователем частоты.A known method of geophysical exploration and a device for its implementation, based on the radiation of radio and seismic acoustic signals (RF patent No. 2022301 C1, publ. 12.11.1992). Received radio 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. To implement the method, the device is equipped with a stroboscope, an analog path with a processor, as well as a tracking frequency converter.

Недостатками этого способа являются малая глубинность, ограниченный набор определяемых геометрических параметров, невозможность прямого построения объемных (трехмерных) изображений и невозможность непосредственного определения физических характеристик выявленных структур.The disadvantages of this method are the shallow depth, a limited set of defined geometric parameters, the inability to directly build three-dimensional (three-dimensional) images, and the inability to directly determine the physical characteristics of the identified structures.

Известен способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности и устройство для его осуществления для исследования подповерхностной структуры почвы и обнаружения объектов до глубины в несколько десятков и в несколько сотен метров (патент РФ №2244322 С1, опубл. 02.04.2003). Этот способ включает в себя формирование зондирующих импульсов с помощью газового разрядника, их излучение, регистрацию отраженных волн, предварительную обработку зарегистрированного сигнала, получение волновой формы сигнала методом сравнения с величиной порога, задаваемой по шкале квантования, вывод информации на экран жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и запись ее в память. При предварительной обработке формируют квазилогарифмическую шкалу квантования амплитуды сигнала. Представляют логарифмическую полноволновую форму зарегистрированного сигнала в виде последовательного ряда волновых форм сигнала в трехмерной форме по координатам «амплитуда - время задержки - длина профиля» с цветной кодировкой амплитуды сигнала. Определяют значения диэлектрической постоянной и затухания сигнала в подстилающих слоях, по величине которых судят о наличии подповерхностных объектов. На экран ЖКИ одновременно с кадром полноволновой формы сигнала выводят бинарный кадр, составленный из последовательного ряда полноволновых форм, выделенных при заданной величине порога.A known method of radar sensing of the underlying surface and a device for its implementation to study the subsurface structure of the soil and detect objects to a depth of several tens and several hundred meters (RF patent No. 224322 C1, publ. 02.04.2003). This method includes the formation of probe pulses using a gas spark gap, their emission, registration of reflected waves, preliminary processing of the registered signal, obtaining the waveform of the signal by comparison with the threshold value set on the quantization scale, displaying information on the screen of a liquid crystal display (LCD) and writing it to memory. During pre-processing, a quasi-logarithmic scale of quantization of the signal amplitude is formed. The logarithmic full-waveform of the registered signal is presented in the form of a series of waveforms of the waveform in three-dimensional form along the coordinates “amplitude - delay time - profile length” with color coding of the signal amplitude. The values of the dielectric constant and signal attenuation in the underlying layers are determined, the magnitude of which is used to judge the presence of subsurface objects. A binary frame composed of a consecutive series of full-waveforms selected at a given threshold value is displayed on the LCD screen simultaneously with the full-waveform frame.

Устройство для реализации этого способа содержит передатчик, формирователь зондирующих импульсов на газовом разряднике, передающую антенну, приемный блок, включающий в себя последовательно соединенные приемную антенну и конструктивно объединенные в отдельный блок антенного усилителя, последовательно соединенные управляемый аттенюатор и усилитель-ограничитель, соединенный с первым выходом блока синхронизации, соединенный со вторым выходом усилителя-ограничителя основной усилитель. Устройство содержит также панель управления, блок памяти, ЖКИ, блок обработки. Запуск передатчика осуществляется путем разрыва оптоэлектронной пары, связанной с панелью управления основного блока и преобразователем напряжения передатчика и выполненной в виде инфракрасного светодиода и фотоприемника.A device for implementing this method includes a transmitter, a probe pulse generator on a gas spark gap, a transmitting antenna, a receiving unit that includes a receiving antenna connected in series and structurally combined into a separate antenna amplifier unit, connected to a controlled attenuator and a limiter amplifier connected to the first output block synchronization connected to the second output of the amplifier-limiter main amplifier. The device also contains a control panel, a memory unit, an LCD, a processing unit. The transmitter is launched by breaking the optoelectronic pair associated with the control panel of the main unit and the transmitter voltage converter and made in the form of an infrared LED and a photodetector.

Недостатками данного известного решения являются малая глубинность, ограниченный набор определяемых геометрических параметров, невозможность определения физических характеристик исследуемых структур, невозможность прямого построения объемных (трехмерных) изображений.The disadvantages of this known solution are shallow depth, a limited set of defined geometric parameters, the inability to determine the physical characteristics of the structures under study, the inability to directly build three-dimensional (three-dimensional) images.

Известен способ и устройство для радиолокационного зондирования земных недр (евразийский патент №009971, опубл. 28.04.2008). Данный способ включает в себя формирование пачки зондирующих импульсов, их излучение, прием отраженных волн, обработку принимаемых сигналов с использованием аппаратно-программных средств. При этом для увеличения глубины разведки используют принудительно вызываемый структурно-параметрический поляризационный резонанс на разведываемых структурах, для чего частоту вращения вектора поляризации излучаемого сигнала перестраивают по определенному закону в диапазоне до нескольких октав. При приеме отраженных сигналов используют накопление сигналов, а сам прием ведут в режимах совмещенного и разнесенного приема. При обработке принятых сигналов определяют частоты поляризационных резонансов для каждой выявленной структуры и соответствующие времена запаздывания отраженных сигналов, что обеспечивает определение глубин залегания разведываемых структур с одновременной оценкой их геометрических и физических характеристик.A known method and device for radar sensing of the earth's interior (Eurasian patent No. 009971, publ. 28.04.2008). This method includes the formation of a packet of probe pulses, their radiation, reception of reflected waves, processing of received signals using hardware and software. In this case, to increase the depth of exploration, forced-induced structural-parametric polarization resonance is used on reconnaissance structures, for which the rotation frequency of the polarization vector of the emitted signal is tuned according to a certain law in the range of up to several octaves. When receiving reflected signals, signal accumulation is used, and the reception itself is conducted in combined and diversity reception modes. When processing the received signals, the polarization resonance frequencies for each detected structure and the corresponding delay times of the reflected signals are determined, which ensures the determination of the depths of the reconnaissance structures with a simultaneous assessment of their geometric and physical characteristics.

Устройство для радиолокационного зондирования земных недр содержит N радиоприемных устройств, разнесенных на местности и объединенных в единую систему с помощью систем передачи данных и позиционирования, и радиопередающее устройство, совмещенное с одним из радиоприемных устройств и перемещаемое при проведении исследований относительно остальных зафиксированных N-1 приемных устройств, чем обеспечивается существенное улучшение точностных характеристик и разрешающей способности, а также прямое формирование двумерных и трехмерных изображений исследуемых структур за счет синтезирования эквивалентной апертуры антенн до размеров пути перемещения радиопередающего устройства.A device for radar sensing of the Earth's interior contains N radio receivers spaced on the ground and combined into a single system using data transmission and positioning systems, and a radio transmitting device combined with one of the radio receiving devices and moved during research on the remaining fixed N-1 receiving devices This ensures a significant improvement in accuracy characteristics and resolution, as well as the direct formation of two-dimensional and three-dimensional fractions of the studied structures due to the synthesis of the equivalent aperture of the antennas to the size of the travel path of the radio transmitting device.

Недостатками данного известного решения являются:The disadvantages of this known solution are:

- ограниченность диапазона различаемых по геометрическим и физическим характеристикам структур;- limited range distinguishable by geometric and physical characteristics of structures;

- отсутствие управления параметрами зондирующего сигнала и структурой электромагнитного поля в зависимости от текущих результатов зондирования;- lack of control of the parameters of the probing signal and the structure of the electromagnetic field, depending on the current sensing results;

- высокие вероятности наличия в данных интерпретации интерференционных (ложных) структур (слоев) и пропуска реально присутствующих;- high probabilities of the presence in the interpretation data of interference (false) structures (layers) and omission of those actually present;

- существенное возрастание ошибок измерения значений частот структурно-параметрических резонансов при использовании эллиптической, а не исключительно круговой поляризации;- a significant increase in the measurement errors of the frequencies of structural-parametric resonances when using elliptical, and not exclusively circular polarization;

- повышенный уровень ошибок в определении геометрических и физических характеристик среды распространения вследствие относительно высокого уровня собственных шумов у радиоприемных устройств супергетеродинного типа;- an increased level of errors in determining the geometric and physical characteristics of the propagation medium due to the relatively high level of intrinsic noise in superheterodyne-type radio receivers;

- ограниченные возможности в интерпретации результатов зондирования вследствие ограниченности набора рассчитываемых физических характеристик сред распространения;- limited ability to interpret sounding results due to the limited set of calculated physical characteristics of the propagation media;

- ограниченные возможности применения на сильнопересеченной местности и в горных условиях.- limited application in rugged terrain and in mountainous conditions.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является разработка способа и системы радиолокационного зондирования земных недр, обеспечивающих достижение технического результата в виде расширения диапазона различаемых по геометрическим и физическим характеристикам структур, повышения точности определения геометрических и физических характеристик выявляемых структур и достоверности результатов разведки.The objective of the present invention is to develop a method and system for radar sensing of the earth's interior, ensuring the achievement of a technical result in the form of expanding the range of structures distinguished by geometric and physical characteristics, increasing the accuracy of determining the geometric and physical characteristics of detected structures and the reliability of exploration results.

Указанный результат достигается за счет того, что в первом объекте по настоящему изобретению предложен способ радиолокационного зондирования земных недр, заключающийся в том, что: формируют зондирующие сигналы в виде импульсов, причем каждый из этих сигналов имеет электромагнитное поле с круговой поляризацией и с частотой вращения вектора поляризации, изменяющейся в течение длительности каждого из зондирующих сигналов в пределах до 5-6 октав; осуществляют зондирование земных недр сформированными зондирующими сигналами; при этом перед зондированием формируют и излучают в направлении зондируемых земных недр пилот-сигнал в виде по меньшей мере одной пачки электромагнитных импульсов с дискретно изменяющимися от импульса к импульсу длительностью импульса и диапазоном изменения частоты вращения вектора поляризации; принимают сигналы отраженных от зондируемых подповерхностных структур электромагнитных импульсов с помощью разнесенных радиоприемных устройств; анализируют принятые сигналы для нахождения набора значений параметров зондирующего сигнала, при которых в спектре принятых сигналов наблюдается максимальное количество резонансных всплесков; выбирают на основании результатов анализа значения параметров зондирующих сигналов; после чего и осуществляют зондирование земных недр.This result is achieved due to the fact that in the first object of the present invention, a method for radar sensing of the earth's interior is proposed, which consists in the fact that: they form probing signals in the form of pulses, each of these signals having an electromagnetic field with circular polarization and with a rotation speed of the vector polarization, changing over the duration of each of the probing signals in the range of 5-6 octaves; sounding the bowels of the earth by generated sounding signals; in this case, a pilot signal in the form of at least one pack of electromagnetic pulses with a pulse duration discrete from pulse to pulse and a range of variation of the frequency of rotation of the polarization vector is formed and radiated in the direction of the probed earth interior before sounding; receiving signals reflected from the probed subsurface structures of electromagnetic pulses using diversity radio receivers; analyze the received signals to find a set of probing signal parameter values at which the maximum number of resonant bursts is observed in the spectrum of the received signals; based on the results of the analysis, the parameters of the probing signals are selected; after which they carry out sounding of the bowels of the earth.

Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что формируют зондирующие сигналы в виде нескольких пачек электромагнитных импульсов с выбранными на этапе анализа длительностями сигналов и с изменяющимися от пачки к пачке диапазонами перестройки частоты вращения вектора поляризации, при этом границы диапазонов перестройки частоты вращения вектора поляризации соседних электромагнитных пачек примыкают друг к другу, а суммарный диапазон перестройки частоты вращения вектора поляризации составляет по меньшей мере 5-6 октав, причем верхняя граница частоты вращения вектора поляризации по меньшей мере в 20 раз меньше значения несущей частоты формируемых зондирующих сигналов.A feature of the method of the present invention is that they generate probing signals in the form of several packs of electromagnetic pulses with signal durations selected at the stage of analysis and with ranges of tuning of the frequency of rotation of the polarization vector varying from pack to package, while the boundaries of the ranges of tuning of the frequency of rotation of the polarization vector of neighboring electromagnetic packs are adjacent to each other, and the total range of tuning the frequency of rotation of the polarization vector is at least 5-6 octaves, moreover, the upper limit of the frequency of rotation of the polarization vector is at least 20 times less than the carrier frequency of the generated probing signals.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что зондирующий сигнал излучают с использованием передающей антенной системы, содержащей М>1 пар полуволновых вибраторов, ортогональных друг другу в каждой паре, и механизм ориентации ее оптической оси, при этом формирование зондирующего сигнала осуществляют путем амплитудной модуляции и фазовой манипуляции двух высокочастотных колебаний, подаваемых на каждую из пар полуволновых вибраторов, причем управляющие сигналы фазовой манипуляции синхронизованы с модулирующими сигналами для амплитудной модуляции, при этом текущее значение частоты модулирующих сигналов для амплитудной модуляции колебаний несущей частоты определяет текущее значение частоты вращения вектора поляризации, которая не зависит от несущей частоты.Another feature of the method of the present invention is that the probe signal is emitted using a transmitting antenna system containing M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and the mechanism of orientation of its optical axis, while the formation of the probe signal is carried out by amplitude modulation and phase manipulation of two high-frequency oscillations supplied to each pair of half-wave vibrators, and the phase-shift control signals are synchronized with the modulating signals for amplitude modulation, and the current value of the frequency of the modulating signals for amplitude modulation of the oscillations of the carrier frequency determines the current value of the frequency of rotation of the polarization vector, which is independent of the carrier frequency.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что выполняют в каждом из разнесенных радиоприемных устройств предварительную обработку принятых сигналов, включающую в себя раздельную фильтрацию квадратурных составляющих поляризационной структуры принятых сигналов, их квантование и дискретизацию; совместно обрабатывают полученные результаты предварительной обработки, в том числе вычисляют автокорреляционные функции и взаимные корреляционные функции для режима разнесенного приема квадратурных поляризационных составляющих сигнала и суммарного в пределах каждой пачки импульсов сигнала, принятого каждым из радиоприемных устройств; идентифицируют отраженные от каждой выявляемой структуры земных недр сигналы и определяют, с учетом координат точек проведения зондирования и величин баз при разнесенном приеме, глубины залегания выявляемых структур, их геометрические и физические характеристики, при этом первоначально рассчитывают характеристики структур, выявляемых при минимальной скорости перестройки частоты вращения вектора поляризации, а затем последовательно рассчитывают характеристики структур, выявляемых по мере увеличения скорости перестройки частоты вращения вектора поляризации.Another feature of the method of the present invention is that in each of the spaced apart radio receivers, preliminary processing of the received signals is performed, which includes separate filtering of the quadrature components of the polarization structure of the received signals, their quantization and sampling; jointly process the obtained results of pre-processing, including calculating the autocorrelation functions and cross-correlation functions for the diversity reception mode of the quadrature polarization components of the signal and the total signal within each burst of pulses received by each of the radio receivers; the signals reflected from each detected structure of the Earth's interior are identified and, taking into account the coordinates of the sensing points and the values of the bases at spaced reception, the occurrence depths of the detected structures, their geometric and physical characteristics are determined, while the characteristics of structures detected at a minimum speed of rotation speed are initially calculated polarization vectors, and then sequentially calculate the characteristics of the structures detected as the speed of the frequency tuning in ascheniya polarization vector.

Наконец, еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что для обзора зондируемого пространства по угловым координатам управляют ориентацией оптических осей передающей и приемных антенн.Finally, another feature of the method of the present invention is that to orient the probed space in angular coordinates, the orientation of the optical axes of the transmitting and receiving antennas is controlled.

Указанный результат также достигается за счет того, что во втором объекте по настоящему изобретению предложена система для радиолокационного зондирования земных недр, содержащая: радиопередающее устройство с передающей антенной, включающей в себя М>1 пар полуволновых вибраторов, ортогональных друг другу в каждой паре, и механизм ориентации ее оптической оси, причем передающая антенна выполнена с возможностью формирования зондирующих сигналов в виде импульсов, и каждый из этих зондирующих сигналов характеризуется электромагнитным полем с круговой поляризацией и перестраиваемой по линейному закону частотой вращения вектора поляризации в течение длительности каждого из зондирующих сигналов; N>1 радиоприемных устройств, каждое из которых содержит приемную антенну, включающую в себя М>1 пар полуволновых вибраторов, ортогональных друг другу в каждой паре, и механизм ориентации ее оптической оси, причем приемная антенна выполнена с возможностью приема сигналов, отраженных от зондируемых подповерхностных структур, одно из радиоприемных устройств размещено на исследуемом участке местности совместно с радиопередающим устройством для реализации режима совмещенного приема, а остальные из радиоприемных устройств размещены на исследуемом участке местности с разнесением друг от друга для реализации режима разнесенного приема; N устройств передачи данных и позиционирования; устройство управления; устройство адаптации параметров сигнала; устройство обработки данных; и устройство топопривязки; при этом выход каждого из радиоприемных устройств через соответствующее устройство передачи данных и позиционирования соединен с соответствующим информационным входом устройства обработки данных, выходы устройства управления соединены,с управляющими входами радиопередающего устройства, устройства обработки данных и механизмов ориентации оптических осей передающей и каждой из приемных антенн, второй выход каждого из устройств передачи данных и позиционирования соединен с соответствующим входом устройства топопривязки, выход которого соединен с дополнительным информационным входом устройства обработки данных, вход устройства управления соединен с выходом устройства адаптации параметров сигнала, вход которого соединен с выходом устройства обработки данных.This result is also achieved due to the fact that in the second object of the present invention, a system for radar sensing of the Earth's interior is proposed, comprising: a radio transmitting device with a transmitting antenna including M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism the orientation of its optical axis, and the transmitting antenna is configured to generate probing signals in the form of pulses, and each of these probing signals is characterized by an electromagnetic field eat with circular polarization and linearly tunable frequency of rotation of the polarization vector over the duration of each of the probing signals; N> 1 radio receivers, each of which contains a receiving antenna, including M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism for orienting its optical axis, the receiving antenna being configured to receive signals reflected from the probed subsurface structures, one of the radio receiving devices is located on the studied area together with the radio transmitting device for implementing the combined reception mode, and the rest of the radio receiving devices are placed on the study Location area under investigation diversity from each other to allow diversity reception mode; N data transmission and positioning devices; control device; a device for adapting signal parameters; data processing device; and topographic location device; wherein the output of each of the radio receiving devices via the corresponding data transmission and positioning device is connected to the corresponding information input of the data processing device, the outputs of the control device are connected to the control inputs of the radio transmitting device, data processing device, and orientation mechanisms of the optical axes of the transmitting and each of the receiving antennas, the second the output of each of the data transmission and positioning devices is connected to the corresponding input of the topographic reference device, the output is cerned connected to an additional data input processing device, a control device input coupled to the output of the adaptation of parameters of a signal having an input coupled to an output of data processing apparatus.

Особенность системы по настоящему изобретению состоит в том, что модулятор выполнен с возможностью формирования сигналов амплитудной модуляции и фазовой манипуляции для двух высокочастотных колебаний, подаваемых на каждую из упомянутых пар полуволновых вибраторов, причем управляющие сигналы фазовой манипуляции синхронизованы с модулирующими сигналами для амплитудной модуляции, при этом текущее значение частоты модулирующих сигналов для амплитудной модуляции колебаний несущей частоты определяет текущее значение частоты вращения вектора поляризации, которая не зависит от несущей частоты.A feature of the system of the present invention is that the modulator is configured to generate amplitude modulation and phase-shift signals for two high-frequency vibrations supplied to each of the aforementioned pairs of half-wave vibrators, the phase shift control signals being synchronized with modulating signals for amplitude modulation, the current value of the frequency of the modulating signals for amplitude modulation of the oscillations of the carrier frequency determines the current value of the speed polarization vector, which is independent of the carrier frequency.

Еще одна особенность системы по настоящему изобретению состоит в том, что приемная антенна каждого из N радиоприемных устройств выполнена с возможностью разделения принятого отраженного сигнала на квадратурные составляющие поляризационной структуры сигнала.Another feature of the system of the present invention is that the receiving antenna of each of the N radio receivers is configured to divide the received reflected signal into quadrature components of the polarization structure of the signal.

Еще одна особенность системы по настоящему изобретению состоит в том, что каждое из радиоприемных устройств выполнено двухканальным по схеме синхродинного типа для предварительной обработки принятых сигналов, причем каждый из каналов радиоприемного устройства включает в себя средства фильтрации, квантования и дискретизации соответствующей квадратурной составляющей поляризационной структуры сигналов.Another feature of the system of the present invention is that each of the radio receivers is made of a two-channel synchrodin type scheme for preprocessing the received signals, and each of the channels of the radio receiving device includes means for filtering, quantizing, and sampling the corresponding quadrature component of the polarization structure of the signals.

Еще одна особенность системы по настоящему изобретению состоит в том, что устройство обработки данных представляет собой программируемый процессор и выполнено с возможностью исполнения пакета взаимосвязанных программ, предназначенных для: осуществления совместной обработки результатов предварительной обработки путем вычисления автокорреляционных и взаимных корреляционных функций для режима разнесенного приема квадратурных поляризационных составляющих сигнала и суммарного в пределах каждой пачки импульсов сигнала, принятого каждым из радиоприемных устройств; выявления структур в зондируемых недрах по наличию структурно-параметрических поляризационных резонансов в спектре принятых отраженных сигналов; определения частот поляризационных резонансов и соответствующих времен запаздывания сигналов, отраженных от каждой из выявленных структур; идентификации интерференционных резонансов для каждой из выявленных структур; определения глубин залегания выявленных структур, их геометрических и физических характеристик с учетом координат точек проведения зондирования и величин баз при разнесенном приеме; определения коэффициента поглощения электромагнитных волн в зондируемых недрах; и построения двумерных и трехмерных изображений и геологической интерпретации полученных результатов, через которые последовательно проходит принятый сигнал; а также для осуществления анализа пилот-сигнала.Another feature of the system of the present invention is that the data processing device is a programmable processor and is configured to execute a package of interrelated programs designed to: jointly process the results of preliminary processing by calculating autocorrelation and mutual correlation functions for the diversity mode of reception of quadrature polarization components of the signal and the total within each burst of pulses of the signal received from radio receivers; revealing structures in the probed bowels by the presence of structurally parametric polarization resonances in the spectrum of the received reflected signals; determining the frequencies of polarization resonances and the corresponding delay times of the signals reflected from each of the detected structures; identification of interference resonances for each of the detected structures; determining the occurrence depths of the revealed structures, their geometric and physical characteristics, taking into account the coordinates of the sensing points and the values of the bases with diversity reception; determination of the absorption coefficient of electromagnetic waves in the probed bowels; and constructing two-dimensional and three-dimensional images and geological interpretation of the results through which the received signal passes sequentially; as well as for the analysis of the pilot signal.

Наконец, еще одна особенность системы по настоящему изобретению состоит в том, что устройство управления содержит программируемый процессор и двухканальный цифроаналоговый преобразователь, предназначенный для сопряжения программируемого процессора со входами и выходами устройства управления, при этом программируемый процессор выполнен с возможностью исполнения пакета взаимосвязанных программ, предназначенных для: формирования пилот-сигнала в виде пачки импульсов с изменяющимися дискретно от импульса к импульсу длительностью и диапазоном перестройки частоты вращения вектора поляризации; формирования зондирующего сигнала, адаптированного на основе анализа пилот-сигнала; и управления механизмами ориентации оптических осей передающей и каждой из приемных антенн.Finally, another feature of the system of the present invention is that the control device comprises a programmable processor and a two-channel digital-to-analog converter designed to interface the programmable processor with the inputs and outputs of the control device, while the programmable processor is configured to execute a package of interconnected programs designed to : the formation of a pilot signal in the form of a burst of pulses with varying discrete from pulse to pulse duration and d apazone adjustment speed polarization vector; generating a sounding signal adapted based on the analysis of the pilot signal; and controlling the orientation mechanisms of the optical axes of the transmitting and each of the receiving antennas.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется ниже на примерах его осуществления со ссылками на чертежи, на которых:The invention is illustrated below by examples of its implementation with reference to the drawings, in which:

Фиг.1 представляет структурную схему системы для радиолокационного зондирования земных недр по настоящему изобретению.Figure 1 is a structural diagram of a system for radar sensing of the bowels of the earth according to the present invention.

Фиг.2 представляет структурную схему радиоприемного устройства.Figure 2 is a structural diagram of a radio receiving device.

Фиг.3 показывает примерный вид принимаемого сигнала.Figure 3 shows an exemplary view of the received signal.

Фиг.4 иллюстрирует примерное трехмерное изображение выявленных структур.Figure 4 illustrates an exemplary three-dimensional image of the identified structures.

Фиг.5 иллюстрирует примерное двумерное изображение структуры земных недр.Figure 5 illustrates an exemplary two-dimensional image of the structure of the earth's interior.

Фиг.6 представляет собой пример геологической интерпретации результатов зондирования в виде карты нефтенасыщенности для потенциального коллектора.6 is an example of a geological interpretation of the sounding results in the form of an oil saturation map for a potential reservoir.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Как показано на фиг.1, система для радиолокационного зондирования по настоящему изобретению, в которой реализуется способ радиолокационного зондирования по настоящему изобретению, содержит устройство 1 управления, радиопередающее устройство 2, N радиоприемных устройств 3-1,…, 3-N, передающую антенну 4, N приемных антенн 5-1,…, 5-N, модулятор 6, N устройств 7-1,…, 7-N передачи данных и позиционирования, устройство 8 топопривязки, устройство 9 обработки данных и устройство 10 адаптации параметров сигнала. Пунктирной линией обведены устройства, конструктивно объединенные в единый комплект аппаратуры.As shown in FIG. 1, the radar sensing system of the present invention, which implements the radar sensing method of the present invention, comprises a control device 1, a radio transmitting device 2, N radio receiving devices 3-1, ..., 3-N, a transmitting antenna 4 , N receiving antennas 5-1, ..., 5-N, modulator 6, N devices 7-1, ..., 7-N data transmission and positioning, topographic reference device 8, data processing device 9 and signal parameter adaptation device 10. The dashed line surrounds devices that are structurally integrated into a single set of equipment.

В системе по фиг.1 выход каждого из радиоприемных устройств 3 через соответствующее устройство 7 передачи данных и позиционирования соединен с соответствующим информационным входом устройства 9 обработки данных, выходы устройства 1 управления соединены с управляющими входами радиопередающего устройства 2, устройства 9 обработки данных и механизмов ориентации оптических осей передающей 4 и каждой из приемных антенн 5, второй выход каждого из устройств 7 передачи данных и позиционирования соединен с соответствующим входом устройства 8 топопривязки, выход которого соединен с дополнительным информационным входом устройства 9 обработки данных, вход устройства 1 управления соединен с выходом устройства 10 адаптации параметров сигнала, вход которого соединен с выходом устройства 9 обработки данных.In the system of FIG. 1, the output of each of the radio receiving devices 3 through a corresponding data transmission and positioning device 7 is connected to the corresponding information input of the data processing device 9, the outputs of the control device 1 are connected to the control inputs of the radio transmitting device 2, data processing device 9, and optical orientation mechanisms of the axes of the transmitting 4 and each of the receiving antennas 5, the second output of each of the devices 7 for data transmission and positioning is connected to the corresponding input of the device 8 topo binding, the output of which is connected to an additional information input of the data processing device 9, the input of the control device 1 is connected to the output of the signal parameter adaptation device 10, the input of which is connected to the output of the data processing device 9.

В качестве радиопередающего устройства 2 и радиоприемных устройств 3 могут быть использованы, например, соответствующие устройства из вышеупомянутого евразийского патента №009971.As the radio transmitting device 2 and the radio receiving devices 3, for example, corresponding devices from the aforementioned Eurasian patent No. 009971 can be used.

Передающая антенна 4 включает в себя М>1 пар полуволновых вибраторов, ортогональных друг другу в каждой паре, и механизм ориентации ее оптической оси. Передающая антенна 4 выполнена с возможностью формирования зондирующих сигналов в виде импульсов, причем каждый из этих сигналов характеризуется электромагнитным полем с круговой поляризацией и перестраиваемой по линейному закону частотой вращения вектора поляризации в течение длительности каждого из зондирующих сигналов. Этой цели служит модулятор 6, выполненный с возможностью формирования соответствующих сигналов амплитудной модуляции и фазовой манипуляции. Выполнение модулятора известно специалистам и может быть взято из вышеупомянутого евразийского патента №009971. В данном случае конкретное выполнение модулятора 6 не имеет значения, важно лишь, чтобы он формировал сигналов амплитудной модуляции и фазовой манипуляции для двух высокочастотных колебаний, подаваемых на каждую из пар полуволновых вибраторов передающей антенны 4. При этом управляющие сигналы фазовой манипуляции синхронизованы с модулирующими сигналами для амплитудной модуляции, так что текущее значение частоты модулирующих сигналов для амплитудной модуляции колебаний несущей частоты определяет текущее значение частоты вращения вектора поляризации, которая не зависит от несущей частоты.The transmitting antenna 4 includes M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism for orienting its optical axis. The transmitting antenna 4 is configured to generate probing signals in the form of pulses, each of these signals being characterized by an electromagnetic field with circular polarization and a linearly tunable frequency of rotation of the polarization vector over the duration of each of the probing signals. This purpose is served by a modulator 6, configured to generate the corresponding signals of amplitude modulation and phase manipulation. The implementation of the modulator is known to specialists and can be taken from the aforementioned Eurasian patent No. 009971. In this case, the specific implementation of the modulator 6 does not matter, it is only important that it generates amplitude modulation and phase shift signals for two high-frequency vibrations supplied to each of the pairs of half-wave vibrators of the transmitting antenna 4. Moreover, the control phase shift signals are synchronized with the modulating signals for amplitude modulation, so that the current value of the frequency of the modulating signals for amplitude modulation of the oscillations of the carrier frequency determines the current value of the rotational speed torus polarization which is independent of the carrier frequency.

Каждая из приемных антенн 5 включает в себя М>1 пар полуволновых вибраторов, ортогональных друг другу в каждой паре, и механизм ориентации оптической оси этой приемной антенны. Полуволновые вибраторы в парах расположены параллельно друг другу и до входа радиоприемного устройства 3 соединены параллельно друг другу, что обеспечивает раздельное суммирование квадратурных составляющих для всех М пар. Каждая приемная антенна 5 выполнена с возможностью приема сигналов, отраженных от зондируемых подповерхностных структур. Одно из радиоприемных устройств 3-1 с соответствующей приемной антенной 5-1 размещено на исследуемом участке местности совместно с радиопередающим устройством 2 с передающей антенной 4 для реализации режима совмещенного приема (см. пунктир на фиг.1). Остальные радиоприемные устройства 3-2 - 3-N с соответствующими приемными антеннами 5-2 - 5-N размещены на исследуемом участке местности с разнесением друг от друга для реализации режима разнесенного приема. Выполнение приемной антенны 5 каждого из N приемных устройств 3 в виде пар полуволновых вибраторов обеспечивает возможность разделения принятого отраженного сигнала на квадратурные составляющие поляризационной структуры сигнала.Each of the receiving antennas 5 includes M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism for orienting the optical axis of this receiving antenna. Half-wave vibrators in pairs are parallel to each other and before the input of the radio receiver 3 are connected parallel to each other, which provides a separate summation of the quadrature components for all M pairs. Each receiving antenna 5 is configured to receive signals reflected from the probed subsurface structures. One of the radio receiving devices 3-1 with the corresponding receiving antenna 5-1 is located on the studied area together with the radio transmitting device 2 with the transmitting antenna 4 for implementing the combined reception mode (see the dotted line in figure 1). The remaining radio receivers 3-2 - 3-N with the corresponding receiving antennas 5-2 - 5-N are located on the studied area with the diversity from each other to implement the diversity mode. The implementation of the receiving antenna 5 of each of the N receiving devices 3 in the form of pairs of half-wave vibrators makes it possible to split the received reflected signal into quadrature components of the polarization structure of the signal.

Соответственно, каждое из радиоприемных устройств 3, как показано на фиг.2, выполнено двухканальным по схеме синхродинного типа для предварительной обработки принятых сигналов. Каждый из каналов радиоприемного устройства 3 включает в себя средства фильтрации, квантования и дискретизации соответствующей квадратурной составляющей поляризационной структуры сигналов. Конкретно, радиоприемное устройство 3 подключено к приемной антенне 5 и содержит в каждом своем канале соединенные последовательно усилитель 11 высокой частоты, смеситель 12, полосовой фильтр 14, усилитель 15 и аналого-цифровой преобразователь 16. На оба смесителя 12 подаются также квадратурные сигналы с гетеродина 13 для выделения промежуточной частоты, выделяемой полосовым фильтром 14. Все эти средства являются общеизвестными для специалистов.Accordingly, each of the radio receivers 3, as shown in FIG. 2, is made two-channel in accordance with a synchrodin type circuit for preprocessing the received signals. Each of the channels of the radio receiving device 3 includes means for filtering, quantizing, and sampling the corresponding quadrature component of the polarization structure of the signals. Specifically, the radio receiver 3 is connected to the receiving antenna 5 and contains in each of its channel a high-frequency amplifier 11, a mixer 12, a band-pass filter 14, an amplifier 15 and an analog-to-digital converter 16. The quadrature signals from the local oscillator 13 are also supplied to both mixers 12 to highlight the intermediate frequency allocated by the band-pass filter 14. All of these tools are well known to specialists.

Устройство 7 передачи данных и позиционирования может быть выполнено, например, так же, как в вышеупомянутом евразийском патенте №009971. Это устройство 7 передачи данных и позиционирования предназначено для согласования радиоприемных устройств 3 с устройством 9 обработки данных и для учета информации о текущих координатах и взаимном расположении радиопередающего устройства 3 и всех радиоприемных устройств 4.The data transmission and positioning device 7 can be performed, for example, in the same way as in the aforementioned Eurasian patent No. 009971. This data transmission and positioning device 7 is designed to coordinate radio receivers 3 with data processing device 9 and to take into account information about the current coordinates and relative position of the radio transmitter 3 and all radio receivers 4.

Устройство 8 топопривязки предназначено для осуществления топографической привязки результатов зондирования к конкретной местности. В качестве устройства 8 топопривязки можно использовать, например, систему GPS.Topographic reference device 8 is intended for topographic referencing of sounding results to a specific area. As the device 8 topographic location, you can use, for example, a GPS system.

Устройство 9 обработки данных представляет собой программируемый процессор и выполнено с возможностью исполнения пакета взаимосвязанных программ. Эти программы предназначены для:The data processing device 9 is a programmable processor and is configured to execute a package of interconnected programs. These programs are intended for:

осуществления совместной обработки результатов предварительной обработки путем вычисления автокорреляционных и взаимных корреляционных функций для режима разнесенного приема квадратурных поляризационных составляющих сигнала и суммарного в пределах каждой пачки импульсов сигнала, принятого каждым из радиоприемных устройств 3;joint processing of the preliminary processing results by calculating the autocorrelation and mutual correlation functions for the diversity reception mode of the quadrature polarization components of the signal and the total signal within each pulse train received by each of the radio receivers 3;

выявления структур в зондируемых недрах по наличию структурно-параметрических поляризационных резонансов в спектре принятых отраженных сигналов;revealing structures in the probed bowels by the presence of structurally parametric polarization resonances in the spectrum of the received reflected signals;

определения частот поляризационных резонансов и соответствующих времен запаздывания сигналов, отраженных от каждой из выявленных структур;determining the frequencies of polarization resonances and the corresponding delay times of the signals reflected from each of the detected structures;

идентификации интерференционных резонансов для каждой из выявленных структур;identification of interference resonances for each of the detected structures;

определения глубин залегания выявленных структур, их геометрических и физических характеристик с учетом координат точек проведения зондирования и величин баз при разнесенном приеме;determining the occurrence depths of the revealed structures, their geometric and physical characteristics, taking into account the coordinates of the sensing points and the values of the bases with diversity reception;

определения коэффициента поглощения электромагнитных волн в зондируемых недрах; иdetermination of the absorption coefficient of electromagnetic waves in the probed bowels; and

построения двумерных и трехмерных изображений и геологической интерпретации полученных результатов, через которые последовательно проходит принятый сигнал;construction of two-dimensional and three-dimensional images and geological interpretation of the results through which the received signal passes sequentially;

а также для осуществления анализа пилот-сигнала.as well as for the analysis of the pilot signal.

Устройство 10 адаптации параметров сигнала предназначено для подстройки конкретных значений параметров зондирующих сигналов по результатам анализа отраженного от земных недр пилот-сигнала.The device 10 adaptation of the signal parameters is designed to fine-tune specific values of the parameters of the probing signals according to the analysis of the pilot signal reflected from the bowels of the earth.

Устройство 1 управления содержит программируемый процессор и двухканальный цифро-аналоговый преобразователь, предназначенный для сопряжения программируемого процессора со входами и выходами устройства 1 управления, при этом программируемый процессор выполнен с возможностью исполнения пакета взаимосвязанных программ, предназначенных для:The control device 1 comprises a programmable processor and a two-channel digital-to-analog converter designed to interface the programmable processor with the inputs and outputs of the control device 1, while the programmable processor is configured to execute a package of interconnected programs designed to:

формирования пилот-сигнала в виде пачки импульсов с изменяющимися дискретно от импульса к импульсу длительностью и диапазоном перестройки частоты вращения вектора поляризации;generating a pilot signal in the form of a burst of pulses with varying discrete from pulse to pulse duration and tuning range of the rotation frequency of the polarization vector;

формирования зондирующего сигнала, адаптированного на основе анализа пилот-сигнала; иgenerating a sounding signal adapted based on the analysis of the pilot signal; and

управления механизмами ориентации оптических осей передающей антенны 4 и каждой из приемных антенн 5.control mechanisms of orientation of the optical axes of the transmitting antenna 4 and each of the receiving antennas 5.

Способ радиолокационного зондирования земных недр по данному изобретению реализуется с помощью системы по фиг.1 и 2 следующим образом.The method of radar sounding of the earth's interior according to this invention is implemented using the system of figures 1 and 2 as follows.

В соответствии с поставленной задачей и в зависимости от условий работы оператор вводит в устройство 1 управления предварительные исходные данные для организации работы системы в целом. Исходными данными являются: несущая частота зондирующего сигнала, длительность зондирующего сигнала, период повторения импульсов, количество импульсов в пачке, количество пачек, диапазон перестройки частоты вращения вектора поляризации, интервал времени регистрации принимаемого сигнала. После экспресс-анализа результатов зондирования с использованием пилот-сигнала эти исходные данные корректируются устройством 10 адаптации.In accordance with the task and depending on the operating conditions, the operator enters into the control device 1 preliminary initial data for organizing the operation of the system as a whole. The initial data are: the carrier frequency of the probe signal, the duration of the probe signal, the pulse repetition period, the number of pulses in a packet, the number of packets, the tuning range of the rotation frequency of the polarization vector, the time interval for recording the received signal. After express analysis of the sounding results using a pilot signal, these initial data are corrected by adaptation device 10.

Устройство 1 управления состоит из программируемого процессора и двухканального цифроаналогового преобразователя и выполнена с возможностью исполнения пакета взаимосвязанных программ, обеспечивающих формирование и выдачу управляющих сигналов. Устройство 1 управления обеспечивает формирование пилот-сигнала, формирование адаптированного зондирующего сигнала и управление механизмами ориентации оптических осей передающей и приемных антенн 4, 5. Формирование пилот-сигнала и формирование адаптированного зондирующего сигнала осуществляется путем выработки управляющих сигналов, поступающих на радиопередающее устройство 2, модулятор 6 и устройство 9 обработки данных. Эти управляющие сигналы обеспечивают формирование сигналов с параметрами, определенными в исходных данных и после проведения экспресс-анализа, соответственно.The control device 1 consists of a programmable processor and a two-channel digital-to-analog converter and is configured to execute a package of interconnected programs that ensure the formation and generation of control signals. The control device 1 provides the formation of a pilot signal, the formation of an adapted probing signal and the control of the orientation mechanisms of the optical axes of the transmitting and receiving antennas 4, 5. The formation of the pilot signal and the formation of the adapted probing signal is carried out by generating control signals received by the radio transmitting device 2, modulator 6 and a data processing device 9. These control signals provide the formation of signals with parameters defined in the source data and after express analysis, respectively.

Управляющие сигналы, поступающие на радиопередающее устройство 2, определяют значение несущей частоты зондирующих сигналов, моменты начала излучения, длительность импульсов, период их повторения, количество импульсов в пачке, количество пачек, а также моменты изменения фазы колебаний несущей частоты. Управляющие сигналы, поступающие на модулятор 6, обеспечивают формирование модулирующих сигналов (к примеру, напряжений) для двух каналов радиопередающего устройства 2, определяющих диапазон изменения частоты вращения вектора поляризации и закон ее изменения. Указанные модулирующие сигналы (к примеру, напряжения), вырабатываемые модулятором 6, представляют собой пару когерентных гармонических колебаний и используются в радиопередающем устройстве 2 для амплитудной модуляции колебаний несущей частоты в каждом из каналов. Одновременно колебания несущей частоты подвергаются фазовой манипуляции, осуществляемой синхронно с амплитудной модуляцией, что обеспечивается выдачей с устройства 1 управления на радиопередающее устройство 2 соответствующих управляющих сигналов. При этом частота указанных модулирующих напряжений однозначно определяет частоту вращения вектора поляризации формируемого электромагнитного поля, а закон их изменения - закон изменения частоты вращения вектора поляризации.The control signals supplied to the radio transmitting device 2 determine the value of the carrier frequency of the probing signals, the moments of the onset of radiation, the duration of the pulses, the period of their repetition, the number of pulses in the packet, the number of packets, and also the moments of change in the phase of oscillations of the carrier frequency. The control signals supplied to the modulator 6, provide the formation of modulating signals (for example, voltages) for two channels of the radio transmitting device 2, which determine the range of variation of the frequency of rotation of the polarization vector and the law of its change. These modulating signals (for example, voltage) generated by the modulator 6 are a pair of coherent harmonic oscillations and are used in the radio transmitting device 2 for amplitude modulation of the carrier frequency oscillations in each channel. At the same time, oscillations of the carrier frequency undergo phase manipulation, which is carried out synchronously with amplitude modulation, which is ensured by the issuance of the corresponding control signals from the control device 1 to the radio transmitting device 2. The frequency of these modulating voltages uniquely determines the frequency of rotation of the polarization vector of the generated electromagnetic field, and the law of their change is the law of change of the frequency of rotation of the polarization vector.

В этом случае частота вращения вектора поляризации совершенно не зависит от несущей частоты сигнала, которая в течение времени зондирования является постоянной. В зависимости от стоящих задач несущая частота может принимать несколько фиксированных значений. При этом с увеличением значения несущей частоты глубина зондирования уменьшается, а разрешающая способность и точность определения геометрических и физических характеристик исследуемых структур возрастают.In this case, the rotation frequency of the polarization vector is completely independent of the carrier frequency of the signal, which is constant during the sounding time. Depending on the current tasks, the carrier frequency can take several fixed values. In this case, with an increase in the value of the carrier frequency, the sounding depth decreases, and the resolution and accuracy of determining the geometric and physical characteristics of the structures under study increase.

Управляющие сигналы, поступающие на устройство 9 обработки данных, определяют интервал времени регистрации принимаемого сигнала. Одновременно в устройство 9 обработки данных передаются исходные данные, необходимые для последующей обработки принятых сигналов: значения несущей частоты, длительности зондирующих сигналов, периода повторения импульсов, количества импульсов в пачке, количества пачек, диапазона перестройки частоты вращения вектора поляризации и закон ее изменения во времени.The control signals supplied to the data processing device 9 determine the time interval of registration of the received signal. At the same time, the source data necessary for subsequent processing of the received signals is transmitted to the data processing device 9: the values of the carrier frequency, the duration of the probing signals, the pulse repetition period, the number of pulses in a packet, the number of packets, the tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector, and the law of its change in time.

Ввиду отсутствия априорной информации о характеристиках и параметрах исследуемых структур первоначально радиопередающее устройство 2 генерирует пилот-сигнал, представляющий собой пачку радиоимпульсов с изменяющимися дискретно от импульса к импульсу параметрами: длительность изменяется в пределах до 500 мкс, диапазон перестройки частоты вращения вектора поляризации - до 5-6 октав. Принятый сигнал поступает в средство экспресс-анализа пилот-сигнала устройства 9 обработки данных, где подвергается экспресс-анализу, в котором выявляется количество резонансных всплесков для каждого значения параметров зондирующего сигнала. Результаты экспресс-анализа поступают в устройство 10 адаптации параметров сигнала, где определяются значения параметров зондирующего сигнала, при которых в принятых сигналах наблюдается наибольшее количество резонансных всплесков, и вырабатываются соответствующие управляющие сигналы в устройство 1 управления для формирования адаптированного зондирующего сигнала. Тем самым обеспечивается возможность уточнения параметров зондирующего сигнала (длительности, диапазона перестройки частоты вращения вектора поляризации) с целью получения максимальной достоверности при интерпретации результатов зондирования конкретного участка местности и минимизации ошибок определения характеристик и параметров исследуемых структур.Due to the lack of a priori information about the characteristics and parameters of the structures under study, initially the radio transmitting device 2 generates a pilot signal, which is a packet of radio pulses with parameters varying discretely from pulse to pulse: the duration varies up to 500 μs, the tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector is up to 5- 6 octaves. The received signal enters the means of express analysis of the pilot signal of the data processing device 9, where it is subjected to express analysis, in which the number of resonant bursts for each value of the parameters of the probing signal is detected. The results of the express analysis are supplied to the signal parameter adaptation device 10, where the probing signal parameters are determined at which the largest number of resonant bursts are observed in the received signals, and the corresponding control signals are generated in the control device 1 to form the adapted probing signal. This makes it possible to clarify the parameters of the probe signal (duration, tuning range of the rotation frequency of the polarization vector) in order to obtain maximum reliability in interpreting the results of sounding of a particular area and minimize errors in determining the characteristics and parameters of the structures under study.

Генерируемый радиопередающим устройством 2 зондирующий сигнал - пачка радиоимпульсов поступает на передающую антенну 4, представляющую собой систему из М пар широкополосных ортогональных полуволновых вибраторов и предназначенную для формирования поля с круговой поляризацией. По мере распространения излученный сигнал достигает через некоторое время i-ую структуру с электрической толщиной L_i*N_i, значения составляющих которой (геометрическая толщина структуры L_i, диэлектрическая и магнитная проницаемости - показатель преломления N_i) априори неизвестны и подлежат определению. При достижении частотой вращения вектора поляризации значения, при которомA probe signal generated by the radio transmitting device 2 — a packet of radio pulses — is transmitted to the transmitting antenna 4, which is a system of M pairs of broadband orthogonal half-wave vibrators and designed to form a field with circular polarization. After propagation, the emitted signal reaches after some time the i-th structure with electric thickness L _i * N _i , the values of its components (geometric thickness of the structure L _i , dielectric and magnetic permeability - refractive index N _i ) are a priori unknown and must be determined. When the frequency of rotation of the polarization vector reaches a value at which

где Λ_kip - k-oe резонансное значение длины волны вектора поляризации на i-ой структуре;where Λ _ki p is the k-oe resonance value of the wavelength of the polarization vector on the i-th structure;

n_i - количество длин полуволн, укладывающихся на i-ой структуре, на i-ой структуре наступает структурно-параметрический поляризационный резонанс.n _i is the number of half-wavelengths that fit on the i-th structure, structural-parametric polarization resonance occurs on the i-th structure.

При этом под структурно-параметрическим поляризационным резонансом понимается такое состояние, при котором на некоторой i-ой структуре в направлении распространения электромагнитной волны укладывается целое число длин полуволн вектора поляризации. Соотношение (1) определяет условие наступления структурно-параметрического поляризационного резонанса на i-ой структуре. При этом оно является лишь необходимым условием наступления резонанса. Вторым (достаточным) условием является наступление резонанса на несущей частоте сигнала одновременно со структурно-параметрическим резонансом. Для гарантированного наблюдения резонанса максимальное значение частоты вращения вектора поляризации должно быть в 20 и более раз меньше значения несущей частоты. При наступлении резонанса наблюдается эффект, подобный наблюдаемому при когерентном накоплении сигнала в оптимальном фильтре, что приводит к резкому возрастанию амплитуды отраженного сигнала и, тем самым, к существенному увеличению дальности радиолокационного зондирования. При этом каждая структура в земных недрах может рассматриваться как многочастотный полосовой фильтр, параметры которого (резонансные частоты, ширина полосы пропускания и т.д.) однозначно определяются ее электрической толщиной. С возрастанием электрической толщины слоя резонансные частоты смещаются в низкочастотную область, а ширина полосы пропускания уменьшается. Тем самым возможность выявления тонких в электрическом смысле структур ограничена снизу верхней границей диапазона перестройки частоты вращения вектора поляризации, а возможность выявления мощных структур ограничена сверху нижней границей диапазона перестройки и скоростью перестройки частоты вращения вектора поляризации.In this case, structural-parametric polarization resonance is understood to mean a state in which an integer number of half-wavelengths of the polarization vector is stacked in some i-th structure in the direction of electromagnetic wave propagation. Relation (1) determines the condition for the onset of structurally parametric polarization resonance at the i-th structure. Moreover, it is only a necessary condition for the onset of resonance. The second (sufficient) condition is the onset of resonance at the carrier frequency of the signal simultaneously with structural-parametric resonance. For guaranteed observation of resonance, the maximum value of the frequency of rotation of the polarization vector should be 20 or more times less than the value of the carrier frequency. When resonance occurs, an effect similar to that observed with coherent signal accumulation in the optimal filter is observed, which leads to a sharp increase in the amplitude of the reflected signal and, thereby, to a significant increase in the range of radar sensing. Moreover, each structure in the earth's interior can be considered as a multi-frequency bandpass filter, the parameters of which (resonant frequencies, bandwidth, etc.) are uniquely determined by its electric thickness. With an increase in the electric thickness of the layer, the resonant frequencies shift to the low-frequency region, and the bandwidth decreases. Thus, the ability to detect thin structures in the electric sense is limited from below by the upper boundary of the tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector, and the ability to detect powerful structures is limited from above by the lower boundary of the tuning range of the polarization vector and the speed of tuning.

Вследствие отсутствия априорной информации о характеристиках исследуемых структур диапазон перестройки частоты вращения вектора поляризации должен составлять не менее 5-6 октав. Аналогичные резонансы будут иметь место и для нескольких последовательно залегающих структур в различных комбинациях (интерференционные резонансы). Это существенно затрудняет выявление истинных структур при последующей обработке. Чтобы уменьшить вероятности наличия в данных интерпретации интерференционных (ложных) структур (слоев) и пропуска реально присутствующих, первоначально организуют излучение в низкочастотной части диапазона перестройки частоты вращения вектора поляризации при больших длительностях импульсов (малая скорость перестройки) для выявления более мощных, возможно эквивалентных слоев, а затем диапазон перестройки увеличивают при одновременном необходимом уменьшении длительности импульсов (увеличение скорости перестройки частоты) для последовательного уточнения внутренней структуры выявленных слоев.Due to the lack of a priori information about the characteristics of the structures under study, the tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector should be at least 5-6 octaves. Similar resonances will also occur for several successively occurring structures in various combinations (interference resonances). This significantly complicates the identification of true structures during subsequent processing. In order to reduce the likelihood of interference (false) structures (layers) present in the interpretation data and real missing gaps, radiation is initially organized in the low-frequency part of the tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector at long pulse durations (low tuning speed) to identify more powerful, possibly equivalent layers, and then the tuning range is increased while the necessary duration of pulses is reduced (increase in the frequency tuning frequency) for after thorough refinement of the internal structure of the identified layers.

Отраженные от разных структур сигналы поступают на все N приемных антенн 5-1,…, 5-N, аналогичных передающей антенне 4 и разнесенных на местности, подключенных к N радиоприемным устройствам 3. В радиоприемных устройствах 3-1,…, 3-N, содержащих по два канала обработки для каждой из квадратурных составляющих поляризационной структуры сигналов, каждый из которых собран по схеме синхродинного типа, и, соответственно, два аналого-цифровых преобразователя 16 (фиг.2), производят раздельную фильтровую обработку квадратурных составляющих поляризационной структуры принятых сигналов, их квантование и дискретизацию и с помощью устройств 7-1,…, 7-N передачи данных и позиционирования передают оцифрованные данные в устройство 9 обработки данных.The signals reflected from different structures are fed to all N receiving antennas 5-1, ..., 5-N, similar to transmitting antenna 4 and spaced on the ground, connected to N radio receivers 3. In radio receivers 3-1, ..., 3-N, containing two processing channels for each of the quadrature components of the polarization structure of the signals, each of which is assembled according to a synchrodin type, and, accordingly, two analog-to-digital converters 16 (Fig. 2), separate filter processing of the quadrature components of the polarization truktury received signals, their sampling and quantization and from devices 7-1, ..., 7-N and ranking data is transmitted digitized data in the data processing device 9.

- совместной обработки результатов предварительной обработки для вычисления автокорреляционных и взаимокорреляционных (для режима разнесенного приема) функций квадратурных поляризационных составляющих сигнала и суммарного для каждой пачки импульсов сигнала, принятого каждым радиоприемным устройством 3;- joint processing of the preliminary processing results for calculating the autocorrelation and cross-correlation (for the diversity reception mode) functions of the quadrature polarization components of the signal and the total signal for each pulse train received by each radio receiver 3;

- обнаружения выявляемых структур по наличию структурно-параметрических поляризационных резонансов;- detection of detectable structures by the presence of structurally parametric polarization resonances;

- определения частот поляризационных резонансов и соответствующих времен запаздывания сигналов, отраженных от каждой выявленной структуры,- determining the frequencies of polarization resonances and the corresponding delay times of the signals reflected from each detected structure,

- идентификации интерференционных резонансов;- identification of interference resonances;

- определения, с учетом координат точек проведения зондирования и величин баз при разнесенном приеме, глубин залегания, геометрических и физических характеристик разведываемых структур;- determination, taking into account the coordinates of the points of sounding and the values of the bases at a spaced reception, depths, geometric and physical characteristics of reconnaissance structures;

- определения коэффициента поглощения;- determination of the absorption coefficient;

- построения двумерных и трехмерных изображений и геологической интерпретации полученных результатов;- construction of two-dimensional and three-dimensional images and geological interpretation of the results;

- экспресс-анализа пилот-сигнала.- express analysis of the pilot signal.

Принятый и оцифрованный сигнал последовательно обрабатывается с использованием указанных программных средств.The received and digitized signal is sequentially processed using the specified software.

В устройстве 9 обработки данных обработку производят в два этапа. На первом этапе осуществляют вычисление автокорреляционных и взаимокорреляционных функций квадратурных составляющих поляризационной структуры сигналов для каждого принятого от каждого из N радиоприемных устройств 3 сигнала, их раздельное для каждого из N радиоприемных устройств 3-1,…, 3-N накопление для всех импульсов в пределах каждой пачки для каждой конкретной точки местоположения радиопередающего устройства 2 и N радиоприемных устройств 3. Для обнаружения выявляемых структур для каждой точки местоположения производят сравнение вычисленных значений автокорреляционных и взаимокрреляционных функций с порогом, который устанавливается пропорциональным среднему значению мощности принятого сигнала, и определение значений частот наступления структурно-параметрического поляризационного резонанса и соответствующих времен запаздывания. Полученные значения являются исходными для расчета глубин залегания, геометрических и физических характеристик (диэлектрической и магнитной проницаемости - показателя преломления, коэффициента поглощения) выявленных структур. Показатель преломления i-ой структуры рассчитывают по формуле (2)In the data processing device 9, the processing is performed in two stages. At the first stage, the autocorrelation and cross-correlation functions of the quadrature components of the polarization structure of the signals are calculated for each signal received from each of the N radio receivers 3, separate for each of the N radio receivers 3-1, ..., 3-N accumulation for all pulses within each packs for each specific location point of the radio transmitter 2 and N radio receivers 3. To detect detected structures for each location point, a comparison of techniques, are values of the autocorrelation functions and vzaimokrrelyatsionnyh with a threshold which is set to the value proportional to the average power of the received signal, and determining the occurrence frequencies of values of structurally-polarization parametric resonance and respective delay times. The obtained values are the initial ones for calculating the occurrence depths, geometric and physical characteristics (dielectric and magnetic permeability - refractive index, absorption coefficient) of the revealed structures. The refractive index of the i-th structure is calculated by the formula (2)

а глубину ее залегания (толщину) - по формуле (3):and its depth (thickness) - according to the formula (3):

где d_i - текущее значение величины базы приема (расстояние между радиопередающим 2 и вынесенным радиоприемным 3 устройствами).where d _i is the current value of the base of reception (the distance between the radio transmitter 2 and the remote radio receiver 3 devices).

,

tз_i, tз_i-1, t'з_i, t'з_i-1 - времена запаздывания принятых сигналов относительно излученного для верхней и нижней границ i-ой структуры в режимах совмещенного и разнесенного приема, соответственно;tz _i , tz _i-1 , t'z _i , t'z _i-1 are the delay times of the received signals relative to the emitted for the upper and lower boundaries of the i-th structure in the combined and diversity reception modes, respectively;

,

F_kip, F_(k-1)ip - значения частоты вращения вектора поляризации, на которых для i-ой структуры наблюдается k и k-1 резонансы, соответственно.F _ki p, F _{(k-1) i} p are the values of the rotation frequency of the polarization vector at which k and k-1 resonances are observed for the i-th structure, respectively.

Одновременно в устройство 9 обработки данных от устройств 7 передачи данных и позиционирования поступает информация об относительном взаимном расположении радиопередающего 2 и радиоприемных 3 устройств, а с устройства 8 топопривязки, в качестве которой используют, например, систему GPS, - информация об абсолютных координатах точек местоположения радиопередающего устройства 2, что обеспечивается выдачей на указанные устройства опросных сигналов с устройства 1 управления. Получаемую информацию запоминают и, после проведения зондирования на исследуемом участке местности, используют для последующей обработки при формировании двумерных и трехмерных изображений.At the same time, information on the relative relative position of the radio transmitting 2 and radio receiving 3 devices is received from the data transmission and positioning devices 7 to the data processing device 9, and information on the absolute coordinates of the radio transmitting location points is used from the topographic location device 8, for example, as the GPS system device 2, which is provided by the issuance of the indicated device polling signals from the control device 1. The information obtained is stored and, after sounding in the studied area, used for subsequent processing in the formation of two-dimensional and three-dimensional images.

На втором этапе результаты обработки, полученные на первом этапе для каждого из N радиоприемных устройств 3-1,…, 3-N для каждой точки местоположения радиопередающего устройства 2, подвергают совместной обработке с целью получения двумерных или трехмерных изображений земных недр с определением геометрических и физических характеристик выявленных структур. Двумерное изображение формируют в координатах: глубина - линейная координата на поверхности (вертикальная по отношению к поверхности земли плоскость) путем объединения данных, полученных для каждой точки зондирования в результате расчетов по формулам (2) и (3). Трехмерное изображение формируют в координатах: глубина - две ортогональные линейные координаты на поверхности. Для его формирования используется совместная обработка данных, полученных от каждого из N радиоприемных устройств 3-1,…, 3-N, в основе которой лежит принцип инвариантности преобразований, осуществляемых в двух взаимосвязанных подпространствах псевдоевклидова пространства: пространство - время и пространственная частота - частота, описываемых соотношениями:At the second stage, the processing results obtained at the first stage for each of N radio receivers 3-1, ..., 3-N for each location point of the radio transmitting device 2 are subjected to joint processing in order to obtain two-dimensional or three-dimensional images of the earth's interior with the determination of geometric and physical characteristics of the identified structures. A two-dimensional image is formed in the coordinates: depth - a linear coordinate on the surface (a plane vertical with respect to the earth's surface) by combining the data obtained for each sounding point as a result of calculations by formulas (2) and (3). A three-dimensional image is formed in the coordinates: depth - two orthogonal linear coordinates on the surface. For its formation, joint processing of data received from each of N radio receivers 3-1, ..., 3-N is used, which is based on the principle of invariance of transformations carried out in two interconnected subspaces of pseudo-Euclidean space: space - time and spatial frequency - frequency, described by the relations:

;

,

где х, у, z - текущие значения линейных координат;where x, y, z are the current values of the linear coordinates;

с - скорость света;c is the speed of light;

t - текущее время;t is the current time;

ω - текущее значение частоты сигнала;ω is the current value of the signal frequency;

K_x, K_y, K_z - текущие значения проекций пространственной частоты вектора поляризации на оси координат;K _x , K _y , K _z - current values of the projections of the spatial frequency of the polarization vector on the coordinate axis;

С - константа.C is a constant.

При проведении зондирования в горных условиях, когда сбор информации об исследуемом участке путем перемещения комплекса вдоль выбранных направлений крайне затруднен, используют угловое сканирование, обеспечиваемое механизмами ориентации оптических осей антенных систем. Управление механизмами ориентации осуществляется устройством 1 управления.When conducting sounding in mountain conditions, when it is extremely difficult to collect information about the studied area by moving the complex along the selected directions, angular scanning provided by the orientation mechanisms of the optical axes of the antenna systems is used. Management of orientation mechanisms is carried out by the control device 1.

На фиг.3 представлен типовой вид принимаемого сигнала в координатах: относительная амплитуда - время (количество дискретов квантования). Наличие всплесков амплитуды является следствием наступления структурно-параметрического поляризационного резонанса при прохождении зондирующего сигнала через исследуемые структуры.Figure 3 presents a typical view of the received signal in coordinates: relative amplitude - time (number of quantization samples). The presence of amplitude bursts is a consequence of the onset of structurally-parametric polarization resonance when the probe signal passes through the structures under study.

На фиг.4 представлен пример трехмерного изображения структуры выявленных слоев в координатах: линейные координаты на поверхности - глубина (вертикальная по отношению к поверхности земли плоскость). Интенсивность раскраски определяется текущим значением показателя преломления и возрастает с его уменьшением.Figure 4 presents an example of a three-dimensional image of the structure of the identified layers in the coordinates: linear coordinates on the surface - depth (vertical plane relative to the surface of the earth). The coloring intensity is determined by the current value of the refractive index and increases with its decrease.

На фиг.5 представлен пример двумерного изображения структуры выявленных слоев в координатах: линейная координата на поверхности - глубина.Figure 5 presents an example of a two-dimensional image of the structure of the identified layers in the coordinates: the linear coordinate on the surface is the depth.

На фиг.6 представлен пример геологической интерпретации результатов зондирования в виде карты нефтенасыщенности для потенциального коллектора на соответствующей глубине.Figure 6 presents an example of a geological interpretation of the sounding results in the form of an oil saturation map for a potential reservoir at an appropriate depth.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает расширение диапазона различаемых по геометрическим и физическим характеристикам структур, а также повышение точности определения геометрических и физических характеристик выявляемых структур и достоверности результатов разведки.Thus, the claimed invention provides an extension of the range distinguished by the geometric and physical characteristics of the structures, as well as improving the accuracy of determining the geometric and physical characteristics of the detected structures and the reliability of the results of exploration.

Claims

1. The method of radar sounding of the earth's interior, which consists in the fact that they conduct a survey of the investigated space in angular coordinates using a movable transmitting and receiving devices, forming probing signals in the form of pulses, each of these signals having an electromagnetic field with circular polarization and with a rotation frequency polarization vectors, varying over the duration of each of the probing signals within at least 5-6 octaves, and performing sounding of the Earth's interior by probing signals, in this case, a pilot signal in the form of at least one packet of electromagnetic pulses with a pulse duration discretely varying from pulse to pulse and a range of variation of the frequency of rotation of the polarization vector is generated and emitted in the direction of the probed earth bowels before said sensing, receive signals reflected from the probed subsurface structures of electromagnetic pulses using diversity radio receivers, analyze the received signals to find a set of parameters of the sounding signal, at which the maximum number of resonant bursts is observed in the spectrum of the received signals, the parameter values of the said sounding signals are selected based on the results of the mentioned analysis, after which the said sounding of the earth's interior is carried out.

2. The method according to claim 1, in which said probing signals are formed in the form of several packs of electromagnetic pulses with signal durations selected at the said analysis stage and with ranges of tuning of the frequency of rotation of the polarization vector varying from pack to pack, while the boundaries of the ranges of tuning of the frequency of rotation of the vector polarizations of neighboring electromagnetic packs are adjacent to each other, and the total tuning range of the frequency of rotation of the polarization vector is at least 5-6 octaves, with the upper the rotational vector frequency polarization is at least 20 times less than the carrier frequency of the generated probing signals.

3. The method according to claim 1, in which said probe signal is emitted using a transmitting antenna system containing M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism for orienting its optical axis, wherein said probe signal is generated by amplitude modulation and phase manipulation of two high-frequency oscillations supplied to each of the aforementioned pairs of half-wave vibrators, and the phase-shift control signals are synchronized with the modulating signals for the amplitude modulation, the current value of the modulating signals for the amplitude modulation of the carrier frequency oscillations determines the current value of the frequency of rotation of the polarization vector, which is independent of the carrier frequency.

4. The method according to claim 1, in which in each of the aforementioned diversity of the radio receivers, preliminary processing of the received signals, including separate filtering of the quadrature components of the polarization structure of the received signals, their quantization and sampling, together process the obtained results of preliminary processing, including autocorrelation functions and mutual correlation functions are calculated for the diversity reception mode of the quadrature polarization components of the signal and the total within each burst of pulses of the signal received by each of the aforementioned radio receivers, the signals reflected from each detected structure of the Earth’s bowels are identified and determined, taking into account the coordinates of the sensing points and the values of the bases at a spaced reception, the depth of the detected structures, their geometric and physical characteristics, in this case, the characteristics of the structures detected at the minimum speed of tuning of the frequency of rotation of the polarization vector are initially calculated, and then p they take into account the characteristics of the structures revealed as the speed of tuning the frequency of rotation of the polarization vector increases.

5. The method according to claim 1, in which the orientation of the transmitting and receiving devices is controlled by viewing angular coordinates.

6. A system for radar sensing of the Earth's interior, comprising a series-connected modulator and a radio transmission device with a transmitting antenna including M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and a mechanism for orienting its optical axis, said modulator and radio transmitting device with a transmitting antenna made with the possibility of forming probing signals in the form of pulses, and each of these probing signals is characterized by an electromagnetic field with a circular the linearization and linearly tunable frequency of rotation of the polarization vector over the duration of each of the probing signals, N> 1 radio receivers, each of which contains a receiving antenna, including M> 1 pairs of half-wave vibrators orthogonal to each other in each pair, and the mechanism orientation of its optical axis, wherein said receiving antenna is configured to receive signals reflected from probed subsurface structures, one of said radio receivers is located traveling terrain together with the aforementioned radio transmitting device for implementing the combined reception mode, and the rest of the said radio receiving devices are placed on the studied terrain with diversity from each other to implement the diversity reception mode, N data transmission and positioning devices, a control device, a signal parameter adaptation device , a data processing device and a topo-referencing device, wherein the output of each of the radio receiving devices through a corresponding device the data transmission and positioning is connected to the corresponding information input of the data processing device, the outputs of the control device are connected to the control inputs of the modulator of the radio transmitting device, the data processing device and the orientation mechanism of the axes of the transmitting and each of the receiving antennas, the second output of each of the data transmission and positioning devices is connected to the corresponding the input of the topographic reference device, the output of which is connected to the additional information input of the data processing device, in the control device stroke is connected to the output of the signal parameter adaptation device, the input of which is connected to the output of the data processing device.

7. The system according to claim 6, in which the modulator is configured to generate amplitude modulation and phase-shift signals for two high-frequency oscillations supplied to each of the aforementioned pairs of half-wave vibrators, wherein the phase shift control signals are synchronized with modulating signals for amplitude modulation, wherein the current value of the frequency of the modulating signals for amplitude modulation of the oscillations of the carrier frequency determines the current value of the frequency of rotation of the polarization vector, which is independent from carrier frequency.

8. The system of claim 6, wherein the receiving antenna of each of the N radio receivers is configured to split the received reflected signal into quadrature components of the polarization structure of the signal.

9. The system according to claim 6, in which each of the radio receivers is made of a two-channel synchrodin type scheme for preprocessing the received signals, each of the said channels of the radio receiving device including means for filtering, quantizing, and sampling the corresponding quadrature component of the polarization structure of the signals.

10. The system according to claim 9, in which the data processing device is a programmable processor and configured to execute a package of interconnected programs designed to jointly process the results of preliminary processing by calculating autocorrelation and mutual correlation functions for the diversity mode of receiving quadrature polarization signal components and the total within each burst of pulses of the signal received by each of the aforementioned radio receivers, transmitting structures in the probed bowels by the presence of structurally parametric polarization resonances in the spectrum of the received reflected signals, determining the frequencies of polarizing resonances and the corresponding delay times of the signals reflected from each of the detected structures, identifying interference resonances for each of the detected structures, determining the depths of the detected structures, their geometric and physical characteristics, taking into account the coordinates of the sensing points and the values of the bases when spaced receiving, determining the absorption coefficient of electromagnetic waves in the probed bowels, and constructing two-dimensional and three-dimensional images and a geological interpretation of the results through which the received signal passes sequentially, as well as for analyzing the pilot signal.

11. The system according to claim 6, in which the control device comprises a programmable processor and a two-channel digital-to-analog converter designed to interface said programmable processor with the inputs and outputs of the control device, while the programmable processor is configured to execute a package of interconnected programs designed to form a pilot signal in the form of a burst of pulses with varying discrete from pulse to pulse duration and tuning range of the rotational speed vect pa polarization probing signal forming adapted based on analysis of the pilot signal and the control mechanisms of the orientation of the optical axes of said transmitter and each of the receiving antennas.