Поляриметрична антенна система надширокосмугового радіолокатора підповерхневого зондування

Поляриметрична антенна система надширокосмугового радіолокатора підповерхневого зондування, яка складається із симетричної передавальної антени і двох симетричних приймальних антен з взаємно ортогональною поляризацією, яка відрізняється тим, що осі симетрії всіх трьох антен поєднані так, що конфігурація антенної системи є моностатичною. Винахід належить до області радіотехнічних систем і призначений для використання в надширокосмугових імпульсних радіолокаторах підповерхневого зондування для визначення товщин підповерхневих шарів, а також орієнтації і глибини залягання деполяризуючих об'єктів в підповерхневих шарах, особливо у випадку, коли область зондування знаходиться поблизу приймальнопередавальної антенної системи. Відома приймально-передавальна антенна система, що використовується в радіолокаторах підповерхневого зондування (Youn H-S. Chen C-C. Neural Detection for Buried Pipe Using Fully Polarimetric GPR // Proc. of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar GPR 2004. Delft (Netherlands) - 2004 - Vol.1 - P. 303-306), дозволяє визначити наявність і глибину залягання деполяризуючих об'єктів в підповерхневих шарах. Вона складається з передавальної і приймальної антен, які мають спільний фазовий центр і розташовані під кутом 90° одна до одної. Завдяки тому, що передавальна і приймальна антени мають спільний фазовий центр, реалізується моностатичний режим роботи приймально-передавальної антенної системи. Це дозволяє з високою точністю вимірювати глибину залягання деполяризуючих об'єктів в області, яка безпосередньо прилягає до антени. Недоліком такої антенної системи є те, що вона не дає можливості вимірювати товщину підповерхневого шару, а при наявності деполяризуючих включень не дозволяє визначити їх орієнтацію в просторі. Найбільш близькою до антенної системи, що заявляється, є приймально-передавальна антенна система, яка використовується в радіолокаторах підповерхневого зондування (М. Phelan, J. Lovetri. Discrimination of Subsurface Targets with a Plane of Symmetry using Polarimetric Bistatic Radar // Proc. of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar GPR 2004. Delft (Netherlands) 2004 - Vol.1 - P. 49-52) і дозволяє визначати товщину підповерхневих шарів, наявність в підповерхневих шарах, орієнтацію та глибину залягання деполяризуючих об'єктів. Вона складається з рознесених в просторі передавальної і двох приймальних антен з взаємно ортогональною поляризацією. Така антенна система дозволяє визначати як товщину шарів, так і глибину залягання об'єктів в шарах, а дві ортогональні приймальні антени дозволяють здійснити повні поляриметричні вимірювання. (19) UA (11) 95157 (13) C2 (21) a200913694 (22) 28.12.2009 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) ХОЛОД ПАВЛО ВАСИЛЬОВИЧ, ПОЧАНІН ГЕННАДІЙ ПЕТРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМ. О.Я.УСИКОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 61650 C2; 17.11.2003 RU 2115201 C1; 10.07.1998 RU 2258286 C2; 10.08.2005 US 2006273948 A1; 07.12.2006 RU 21116 U1; 20.12.2001 RU 2158015 C2; 20.10.2000 US 2002044078 A1; 18.04.2002 3 Недоліком прототипу є мала точність вимірювання глибини (дальності) у випадку, коли приймально-передавальна антенна система знаходиться поблизу області зондування. Це пов'язано з тим, що кожна з приймальних антен віддалена від передавальної антени (бістатична схема приймально-передавальної антенної системи). При такому розташуванні антен часова затримка між сигналами відбитими від неоднорідностей, які знаходяться в області зондування поблизу антенної системи, слабо залежить від глибини залягання цих неоднорідностей (Копылов Ю.А., Орленко А.А. Особенности определения координат локальных приповерхностных объектов бистатическим георадаром. - Весн. ХНУ им. В.Н. Каразина. Радиофизика и электроника, 2002, № 544. вып. 1.-С. 206-211). Це суттєво занижує точність вимірювання глибини залягання неоднорідностей в області зондування поблизу антенної системи. В основу винаходу поставлена задача створення антенної системи, яка дозволяє з високою точністю і одночасно визначати товщину підповерхневих шарів, а також наявність в підповерхневих шарах, орієнтацію і глибину залягання деполяризуючих об'єктів в підповерхневих шарах навіть у випадках, коли область зондування безпосередньо прилягає до антенної системи. Поставлена задача розв'язується за допомогою використання двох взаємно ортогональних приймальних антен, розташованих відносно передавальної антени так, щоб фазові центри всіх трьох антен співпали. Таке взаємне розташування антен одночасно забезпечує, як здійснення повних поляриметричних вимірювань, так і точне вимірювання товщини підповерхневих шарів, а також наявність в підповерхневих шарах, орієнтацію і глибину залягання деполяризуючих об'єктівособливо тоді, коли область зондування безпосередньо прилягає до приймально-передавальної антенної системи. Суть винаходу пояснюється ілюстрацією, на якій зображена схема розміщення приймальних і передавальної антен. Всі три антени, які складають антенну систему, мають симетричну конструкцію. Як приймальні і передавальні антени можуть бути використані плоскі дипольні антени, або щілинні антени завдяки тому, що антени цих типів мають необхідну для радіолокаторів підповерхневого зондування широкосмуговість і конструктивно мають плоску структуру. Розміри і геометрія передавальної і приймальних антен вибирають відповідно до вимог, які накладаються на вибрані смугу робочих частот, габарити антенної системи тощо. Приймальні ан 95157 4 тени мають бути якомога більше подібними за електричними характеристиками і розташовуватися під кутом 90° одна до одної. Таке розташування приймальних антен забезпечує повне визначення поляризації прийнятого електромагнітного поля в площині розкриву приймально-передавальної антенної системи. Навантаження першої приймальної антени підключається до плечей 1 першої приймальної антени в точках R11 і R12, а навантаження другої приймальної антени підключається до плечей 2 другої приймальної антени в точках R21 і R22. Плечі 3 передавальної антени розташовуються під кутом 45° до плечей приймальних антен і підключаються до генератора в точках Т1 і Т2. Таким чином утворюється спільний фазовий центр всіх трьох антен в центрі приймальнопередавальної антенної системи. При відсутності деполяризуючих об'єктів в підповерхневому шарі електромагнітне поле, випромінене передавальною антеною і відбите від шарів і об'єктів, які не змінюють при відбитті поляризацію електромагнітного поля, наводить в двох приймальних антенах ідентичні електрорушійні сили. По відомій швидкості поширення електромагнітної хвилі і затримці між сигналами, що прийшли від передавальної антени до приймальних антен, і сигналами, відбитими підповерхневими шарами і об'єктами, визначається товщина шарів і глибина залягання об'єктів. При наявності деполяризуючих включень в підповерхневому шарі електрорушійні сили, наведені електромагнітним полем, відбитим деполяризуючими об'єктами, в різних приймальних антенах, є різними і залежать від орієнтації деполяризуючого об'єкта. Різні електрорушійні сили в приймальних антенах свідчать про наявність деполяризуючого об'єкта. Орієнтація деполяризуючих об'єктів по відношенню до передавальної антени визначається, як арктангенс відношення амплітуд двох сигналів, прийнятих двома приймальними антенами, а по відомій швидкості поширення електромагнітної хвилі і затримці між сигналами, що прийшли від передавальної антени до приймальних антен, і сигналами, відбитими підповерхневими об'єктами, визначається глибина залягання цих об'єктів. Таким чином, запропонована антенна система дозволяє разом з високою точністю, характерною для моностатичної конфігурації антенної системи, визначати товщини підповерхневих шарів, наявність в підповерхневих шарах, орієнтацію, а також глибину залягання деполяризуючих об'єктів навіть в тих випадках, коли область зондування безпосередньо прилягає до антенної системи. 5 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 95157 6 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601