Спосіб підповерхневого радіолокаційного зондування

Спосіб підповерхневого радіолокаційного зондування шляхом випромінювання вглиб Землі наносекундних імпульсів і прийому відбитих від підповерхневих об'єктів сигналів за допомогою відповідно передавальної та приймальної антен у вигляді дзеркальних рефлекторів-параболоїдів обертання, заповнених пінистим діелектричним ферито-перовськітним композитом і закритих в C2 2 (19) 1 3 91477 4 Відомий спосіб підповерхневого радіолокаційінший - перпендикулярно до передавального, що ного зондування Землі за допомогою надто коротзабезпечує спостереження об'єктів симетричної ких імпульсів, який може бути реалізований в різформи. них переносних радіолокаційних комплексах Недоліки прототипу: 1) спосіб не дозволяє до(Резников А.Е., Копейкин В.В. и др. Москва. - РАН. сліджувати підповерхневі об'єкти на глибинах Успехи физических наук. - № 5. - 2000 г.). Спосіб більш ніж декілька метрів, тому що прийнятна техмістить операції: накопичення високої напруги в нічна реалізація такого способу можлива лише на конденсаторі передавача, потужного збудження частотах більш ніж (109-1010) Гц. Але в цьому діарезистивно-навантаженої антени передавача у пазоні частот занадто великі поглинання електровигляді напівхвильового вібратора метрового діамагнітної енергії в типовому підповерхневому сепазону хвиль, шляхом миттєвого (за наносекунди) редовищі через її втрати на дипольну поляризацію розряду конденсатора крізь ключовий елемент, речовин середовища; 2) спосіб не забезпечує неприйом відбитих сигналів резистивнообхідної точності визначення напрямку на об'єкт, навантаженою антеною приймача, відновлення який спостерігається, тому що необхідна концентструктури підземного середовища через параметрація енергії згідно технічної реалізації способу ри прийнятих сигналів, що забезпечує, перш за (під час випромінювання і прийняття високочастовсе, значну глибину (20,...,50 м) спостереження тних сигналів) в прототипі відсутня через застосуструктури підповерхневого середовища, визнавання відбивача, який не має фокусу, а саме, влачення глибини залягання і потужності (товщини) стивостей фокусування енергії. геологічних шарів. З відомих способів найближчим за технологічНедоліки способу: 1) велика екологічна електної сутності до пропонованого є спосіб підповерхромагнітна небезпека через звичайно високий ріневого радіолокаційного зондування (Рішення про вень випромінювань у відкритий простір під час видачу патенту на винахід від 21 квітня 2010 р. за застосування антени передавача у вигляді напівхЗаявкою № а 200901322 від 17.02.2009), обраний вильового вібратора метрового діапазону хвиль; 2) в якості прототипу. великий рівень потужності завадових сигналів від Згідно способу, зондування і прийом надкоротрізних місцевих об'єктів через низьку спрямоваких сигналів здійснюється u за допомогою металеність випромінювання вібраторних передавальної і вого відбивача у вигляді дзеркального рефлектоприймальної антен, що реалізують спосіб; 3) незара-параболоїда обертання і розташованих у його довільна точність визначення напряму на підповевнутрішньому просторі півхвильових передавальрхневі об'єкти, сигнали яких спостерігають на індиного і двох приймальних випромінювачів. Кожний з каторі радіолокатора; 4) складна технологія випромінювачів створюють у вигляді феромагнітреалізації способу підповерхневого радіолокаційного осердя з ізольованою обмоткою, який попеного зондування, через занадто складний процес редньо спікають із суміші фериту і перовскиту та вимірювань, в умовах населених пунктів через розташовують в оточенні фокуса дзеркального безліч завадових сигналів, що потрапляють у рефлектора, заповнюють внутрішній простір дзерприймач від антени, що має діаграму спрямованокального рефлектора полімерним пінистим компості з шириною 360 градусів. зитом, який наповнюють сумішшю діелектричних Відомий спосіб, згідно пристрою підповерхнедисперсних фериту і перовскиту для забезпечення вого радіолокаційного зондування (пат. України № в композиті довжини електромагнітної хвилі, що 61650, G01V3/12, G01S13/02. Бюл. № 8, 2007 p.), дорівнює декільком сантиметрам і відповідає розпередбачає генерування, випромінювання з різмірам кожного з випромінювачів, заглушають розною поляризацією, прийняття і амплітуднокрив відбувача пластиною полімерного композита фазовий аналіз частотно-модульованих сигналів, з хвильовим опором, що відповідає хвильовому що забезпечує необхідну інформативність способу опору полімерного пінистого композита у просторі під час виявлення та визначення напрямів на об'єдзеркального рефлектора. кти. Недоліком прототипу є мала глибина зондуНедоліки способу: 1)складна технічна реалізавання підповерхневих об'єктів протяжної форми і ція способу радіолокаційного зондування і технонизька точність визначення напряму на ці об'єкти, логія обробки прийнятих сигналів; 2) неможливість через зондування цих об'єктів за допомогою елекглибокого зондування об'єктів через використання тромагнітної плоскополяризованої хвилі. Тому за сигналів сантиметрового діапазону хвиль, які виумов, коли положення вектора електричної напрупромінюються параболічними антенами, тому що женості і поздовжньої осі об'єкта не співпадають, глибина проникнення поля, як відомо, обернено відбиті сигнали практично відсутні. пропорційна частоті коливань електромагнітної Задачею, на яку спрямований винахід, є усухвилі. нення недоліків прототипу: шляхом формування і Відомий спосіб, згідно підповерхневому локаприйому надто коротких імпульсів зондування, тору (пат. Російської Федерації № 2158015, застосування і розташування малогабаритного G01V3/12, G01S 3/02. 2000), що реалізує операції: передавального і відповідного приймального вивипромінювання вглиб Землі високочастотних рапромінювача з круговою поляризацією в середодіоімпульсів і прийому відбитих від шарів Землі вищі, тобто в просторі відповідного відбивача, досигналів за допомогою металевого відбивачавжина хвилі в якому є узгодженою з малою рупора круглого перерізу і сумісно розташованих у довжиною хвилі випромінювача з малими його внутрішньому просторі рупора напівхвильових розмірами, та концентрування енергії у вузькому передавального випромінювача з двома приймапроміні за рахунок точного розташування центру льними, один з яких розташований радіально, а 5 91477 6 випромінювача у фокусі відповідного параболоїда ного зондування об'єктів і визначення напрямків на обертання. об'єкти довільної форми; Для вирішення цієї задачі, в технології підпоелектромагнітної безпечності при високому ріверхневого радіолокаційного зондування, поряд з вні випромінювань під час підповерхневого зондуопераціями випромінювання вглиб Землі наносевання; кундних імпульсів і прийому сигналів, що відбиті низького рівня потужності завадових сигналів, від підповерхневих об'єктів, за допомогою передащо відбиваються від різних місцевих об'єктів; вальної та приймальної антен у вигляді дзеркальвисокої точності визначення напрямків на підних рефлекторів-параболоїдів обертання, які заповерхневі об'єкти довільної форми, сигнали яких повнюють пінистим діелектричним феритоспостерігаються на індикаторі системи; перовскитним композитом і затуляють їх розкрив нескладної технології реалізації способу підпластинами композиту з хвильовим опором, що поверхневого радіолокаційного зондування та дорівнює хвильовому опору пінистого композиту, а аналізу результатів процеса вимірювань. також за допомогою випромінювача з обмоткою і з Тип випромінювача передавальної антени: ферито-перовскитним осердям, накопичують песпіральна циліндрична лівополярізована неспряред випромінюванням високу напругу в конденсамована антена з тороподібною формою випроміторі передавача та потужно збуджують випромінювання (просторова спіраль мідного проводу з нювач передавальної антени під час розряду діелектричним циліндром усередині, що виготовконденсатора протягом декількох наносекунд крізь ляють з ферито-перовскитного композиту). ключовий елемент, спостерігають структуру підпоВипромінювач приймальної антени відрізняверхневого середовища і визначають глибину зається від нього лише правою полярізацією, тобто лягання підповерхневих об'єктів під час отримання іншою намоткою спіралі. сигналів від випромінювача приймальної антени Особливості розташування і з'єднання елемешляхом визначення затримки відбитих сигналів нтів обладнання для підповерхневого зондування, відносно імпульсу зондування, згідно винаходу, а також напрямки розповсюдження сигналів під спрямовують імпульси зондування і прийому за час їх передачі і прийому показані на Фіг. 1. Тут допомогою короткофокусних дзеркальних рефлекпозначені: 1 - блок передавача; 2 - блок приймача; торов-параболоїдов обертання і їх випромінювачів 3 - пульт керування та індикації; 1 - перший підпоз обмоткою у вигляді неспрямованої циліндричної верхневий об'єкт; ІІ - другий під поверхневий двокрокової лівої і відповідно правої спіралі міднооб'єкт; hі - потужність і-го шару Землі, що обчисго проводу, що розташовують у фокусі передавалюється з урахуванням відстані між блоками пельної і відповідно приймальної антени. редавача і приймача. Приклад реалізації способу. Розташування фокальної площини рефлектоОсновні особливості побудови системи згідно ра антени співпадає з розташуванням площини, до пропонуємого способу, перш за все, її антени, яка розмежовує перший і другий кроки спіралі випередавача і приймача, є наступними. промінювача, що забезпечує концентрацію енергії, 1) Формування наносекундних видеоімпульсів згідно до пропонованого способу. передавача доцільно шляхом накопичення високої Наповнювачі для ферито-перовскітних компонапруги у конденсаторі та миттєвого розряду конзитів денсатора через ключовий елемент у вигляді, наФеромагнетики, оксиди із структурою шпинелі, пр., водневого розрядника високого тиску. напр., NіCо2O4, Fe3O4, і сегнетоелектрики із струк2) Доцільне ударне (протягом часу и - триватурою перовскиту, напр., ВаТіО3, BaSiO3, що синлості імпульсу передавача, що дорівнює декількох тезують спіканням, відрізняються прийнятними наносекунд) збуджування резистивнорівнями комплексних діелектричної та магнітної навантаженої антени. При цьому зондуючий видепроникностей. Необхідні параметри цих наповнюоімпульс набуває форму одноперіодної синусоїди вачів доцільно одержувати методами термохімічз потужним першим напівперіодом і значно посланого синтезу (див. Патент України № 75749 від блюваним другим. 15.06.2006 p.). Необхідні механічні характеристики Така форма зондуючого імпульсу є прийняткомпозитів забезпечуються технологією наповненним компромісом, що дозволяє забезпечити: з ня та твердіння полімерних матеріалів, що спінюодного боку, високу розв'язальну здатність за глиються для зменшення маси конструкцій антени. биною зондування, а, з іншого боку, здійснити зонХарактеристики спрямованості антени: дування в діапазоні метрових хвиль, тому що - ширина діаграми спрямованості антени: спектр цього імпульсу є практично однією спектральною складовою на частоті f=1/ и в діапазоні а=60 */(2r)=60·100/430 14°; метрових хвиль. Наприклад, при и=4 не частота - коефіцієнт посилення короткофокусної ферисигналу, що випромінюється, дорівнює 275 мГц. то-перовскітної антени: Вона відповідає довжині хвилі =1,25м. Інші складові спектру, тобто складові на нульовій частоті та 3 К*=25·10 /(14·14)=128. на частоті f=2/ и близькі при цьому до нульового рівня. - максимальна глибина * підповерхневого зо3) Антена системи підповерхневого зондуванндування природного середовища із втратами, ня згідно до способу, що пропонується, задовользгідно до винаходу, в порівнянні з максимальною няє наступним вимогам: відомою для прототипа і аналогів, =(10,...,50) м, випромінювання електромагнітних хвиль з крущо досягається за допомогою резестивноговою поляризацією, для забезпечення ефектив 7 91477 8 навантаженого напівхвильового дипольного видіелектричної проникності : для сухого грунту промінювача з екраном або без екрана і має кое=2,5; для вологого грунту =20; для води =80. фіцієнт підсилення К=1,64, дорівнює: Цю глибину hі+1 залягання кожного об'єкта або (і+1)-го шару і потужність hі кожного і-го підповер*= ·(К*/К)0,25=50·[(128/1,64)2]0,25 440 (м), хневого шару доцільно визначати за допомогою формул: що у 8,8 разів перевищує можливості відомих способів; hi+1=0,5С· і/( )0,5; hі=0,5С . - ступінь збільшення точності визначення наi 1 ( j) /( ) 0,5 ; i=1, 2, …n. hi 0,5C прямків на об'єкти зондування, тобто збільшення i j 1 точності визначення кутових координат об'єктів, під час їх зондування, в порівнянні з прототипом, Таким чином, досягнення технологічного редорівнює: зультату за допомогою пропонованого способу, а також можливість реалізації способу, уявляються = а/ а*=22°/14° 1,5. обґрунтованими. Автори просять розглянути матеріали Заявки і Обчислення глибини залягання кожного об'єкприйняти позитивне рішення про видачу Патенту та і потужності шарів Землі визначають шляхом на винахід. вимірювання часу і між серединою зондуючого імпульсу і серединою відбитого імпульсу на виході приймача системи, з урахуванням відомих рівнів 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 91477 Підписне 10 Тираж 26 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