Способ локализации подповерхностных аномалий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно - к обнаружению скрытых масс или объектов с использованием радиоволновых способов обнаружения подповерхностных диэлектрических аномалий. Цель изобретения - повышение точности и информативности . Указанная цель достигается тем, что предварительно помещают однопроводную линию над исследуемой средой а отсутствие подповерхностных аномалий . Возбуждают электромагнитную линейно-частотно-модулировэнную волну дециметрового диапазона. Осуществляют прием прямой и обратной составляющих волны на обоих концах линии. Выполняют перемножение отраженных сигналов с опорными. Выделяют и запоминают шумовой низкочастотный сигнал на разностной частоте, а затем располагают линию над исследуемым участком среды и повторяют операции. Из полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вычитают шумовые сигналы. Если результирующий сигнал является периодической низкочастотной функцией, то определяют частоту сигнала и вычисляют параметры аномалии. Устройство содержит генератор, однопроводную линию, направленный ответяитель, согласующее устройство, первый и второй блоки перемножения с опорным сигналом, первое и второе согласующие устройства, переключатель, блок памяти, вычитающее устройство Слоки спектрального анализа, сравнения, вычисления координат и индикации . Повышение точности и информативности обеспечивается использованием зондирующей линейно-частотно-модулированной волны дециметрового диапазона, и приемом сигнала прямой и обратной составляющих рассеянной аномалией волны на обоих концах линии, а также перемножением отраженных омгналов с опорными, что позволяет уменьшить влияние негладких границ, неровностей на границах раздела ере/1, на соотношение сигнал/шум. 2 с.п. флы, 1 ил. О ел о 00 о

coK)a сОВе тских

СОЦИАЛИСТ Ич Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК

ts>>s 6 01 V 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИГЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPVl ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.06.92.Бюл. it 24 (21) 4678340/25 (22) 13.04.89 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) Г.А.Андреев, Г.И.Хохлов и В.В.Яковлев (53) 550. 83 (088. 8) (56) Чжэнь Л.У. и др, Определение характеристик подповерхностных радиолокационных объектов.— ТИИЭР— 1979 т. 67 М 7. с. 18-29.

P.Degauque P., Thery l„Electromagnetic

Subsurface radar uslng tge transient field га®этеб by Wire antenna.— IEEE Trans.1986. VGE-24, N 6, р. 805-812. (54) СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ АНОМАЛИЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ Е ГО ОСУЩЕ СТВЛЕ НИЯ (57) Изобретение относится к геофизике, э более конкретно — к обнаружению скрытых масс или объектов с использованием радиоволновых способов обнаружения подповерхностных диэлектрических аномалий. Цель изобретения — повышение точности и информативности. Указанная цель достигается тем, что.предварительно помещают однопроводную линию нэд исследуемой средой в отсутствие подповерхностных аномалий. Возбуждают электромагнитную линейно-частотно-модулированную волну дециметрового диапазона. Осуществляют прием прямой и обратной состэвляющих

Изобретение относится к геофизике. а более конкретно — к обнаружению скрытых масс или объектов с использованием радиоволновых способов обнаружения подповерхностных диэлектрических аномалий.

„„Я,)„„1651680 А1 волны на обоих концэх линии. Выполняют перемножение отраженных сигналов с опорными. Выделяют и запоминают шумо-. вой низкочастотный сигнал на-раэностной частоте. а затем располагает линию нэд исслсдуемым участком среды и повторяют операции. Иэ полученных низкочастотных ситналов нэ раэностной частоте вычитают шумовые сигналы. Если результирующий сигнал является периодической низкочастотной функцией, то определяют частоту сигнала и вычисляют параметры аномалии.

Устройство содержит генератор, однопроводную линию. направленный ответаитель. соглэсующее устройство, первый H второй блоки переу ножения с опорным сигналом, первое и второе согласующие устройства, переключэгель. блок памяти, вычитэющее устройство. Глоки спектрального энэлиза, сравнения, вычисления координат и индикэции. Повышение точности и информативности обеспечивается использованием зондирующей линейно-чэстотно-модулиро- Б ванной волны дециметрового диапээона, и приемом сигнала прямой и обратной составляющих рассеянной аномэлией волны на обоих концах линии, а также перемножением отраженных яегналов с опорными, что позволяет уменьшить влиян»е негладких границ, неровностей нэ границах раздела. О сред, нэ соотношение сигнал/шум, 2 с.п. ф- QQ лы, 1 ил. С) Цель изобретения — повышенйе точности и информативности, На чертеже представлена блек-схема устройства.

1651680

Устройство содержит ЛЧМ-генератор 1, направленный ответвитель 2, согласующее устройство 3, однопроводную линию (ОПЛ)

4, расположенную параллельно поверхности зондируемой среды 5, включающей подповерхностную аномалию — неоднородность

6, первый блок 7 перемножения, согласующее устройство 8, второй блок 9 перемножения, переключатель 10, блок 11 памяти. вычитающее устройство 12, блок 13 спектрального анализа, блок 14 сравнения, блок

15 вычисления координат, блок 16 индикации.

Способ реализуют следующим путем.

Предварительно помещают однопроводную линию (ОПЛ) 4 над исследуемой средой в отсутствии подповерхностных аномалий. Возбуждают электромагнитнук2 линейно-частотно-модулированную (ЛЧМ) волну дециметрового диапазона, Осуществляют прием прямой и обратной составляющих рассеянной волны на обоих концах

ОПЛ 4. Выполняют перемножение отраженных сигналов на разностной частоте.

Затем располагают ОПЛ 4 над исследуемым участком среды и повторяют операции возб2уждения, приема и последующей обработки гигналов от исследуемой среды.

Из вновь полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вьlчитают шумовые сигнали, полученные в отсутствии подповерхностных аномалий.

Если результирующий разностный сигнал представляет собой случайную функцию, то ОПЛ 4; еремещс»от в следующую точку измерения, повтopslloT операции передачи, приема и обработки сигналов.

Если результируюв(ий сигнал является периодической низко юстотной функцией, то определяют параметры сигнала и вычисляют глубину Уа аномалии и расстояние Ь от начала линрр до аномалии: а = Г(-) Т V 2 Л Е - 1(2 - т Ч, 1а =- Е() T П2 Л: -7а, где F()(), F(-)() — частота разностных сигна() (о)

lloB, сформированных соответственно обратной и прямой составляющими отраженного аномалией сигнала; AF — девиация частоты; Т вЂ” период модуляции; ч = скорость волны в линии, образованной однопроводной линией и средой; r- суммарная задержка сигнала; — длина линии, В процессе реализации способа от ЛЧМ генератора подают в направленный ответвитель 2, где сигнал разделяется на две составляющие: опорный сигнал и зондирующий сигнал. Зондирующий сигнал, поступивший через согласующее устройство 3 в ОПЛ 4, расположенную параллельно поверхности зондирующеи среды 5, испытывает отражения неоднпродностями линии передачи, в том числе;: подФ поверхностной неоднородностью 6. В

5 результате ОПЛ 4 индуцируется сигнал, его разделяют нв две составляющие, Одна распространяется к началу ОПЛ 4, другая — к концу, и образуют соответственно обратную и прямую составляющие рассеянного

10 сигнала, Обратная составляющая после прохождения согласующего устройства 3 и направленного ответвителя 2 перемножается в блоке 7 с опорным сигналом. Прямая составляющая после прохождения второго

15 согласующего устройства 8 в блоке 9 также перемножается с опорным сигналом, прошедшим через линию без рассеяния на аномалии. В результате перемножения в блоках

7 и 9 получают сигнал раз остной частоты, 20 которь и через переключатель 10 подают в б lOK 1 1 памяти и HB opUtH w3 BxopoB Bbl INTB ющего устройства 12. Сигнал из блока памяти. записанный в случае, когда подповерхностная аномалия отсутсгвует, 25 также г1одают в блок 12, Образующийся сигнал в блоке 13 подвергают спектральному анализу. Если первая спектральная гармоника выращена отчетливо, то в блоке 14 регистрируют наличие подповерхностной

30 аномалии, Информацию о частоте разностного сигнала подают в блок 15 и блок 16, Экспериментальные измерения проводились при следующих параметрах Л F = Е„- Е»; F» начальная частота — F» = 600 МГц, 35 конечная частота -- Fy, =- 1200 МГц,! = 1,2 м, Zo =- 1.0-5,0 см, В качестве согласующих злементов использовались металлические конические рупоры с диаметром раскрыва

0,35 м и длиной 0,7 м. В качестве ЛЧМ гене40 ратора применялся генератор качающейся частоты серийного прибора Р4-11, Приемный канал использовался для выработки сигналов, аналогичных полученным с выходов смесителей 3 и 9 после фильтрации

45 низких частот, Спектральный анализ осуществлялся с помощью прибора С1-54, а также после преобразования Фурье на ПК Vl-20 (VlDEOTGN), выполняющем в данной установке также функции блока памя2и для ре

50 гистрации в цифровой форме обрабатываемых сигналов и для вычисления координат аномали. Сигналы регистрировались потенциометром Г!ДП-004, В качестве зондируемой среды был выбран сухой

55 песчанный грунт, который помешался в деревянную кювету размером 120 х 30 х 25.

Расчитанное по результатам измерений расстояние 1а составило 17,0 см, в то время как реально аномалия располагалась на расстоянии порядка 20 см. Относительная па1651680 грешность составила 15ф,, абсолютная З,О см.

Формула изобретения

1. Способ локализации подповерхностных аномалий. при котором пропускают 5 зондирующий сигнал по однопроводной линии, расположенной в воздухе параллельно границе раздела с зондирующей средой на заданном расетоянии, определяют местонахождение в среде диэлектриче- 10 ской аномалии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности, предварительно помещают однопроводную линию над средой, заведомо не имеющей подповерхностных аномалий, 15 возбуждают электромагнитную линейно-частотно-модулированную волну дециметрового диапазона, осуществляют прием прямой и Обратной составляющих рассеянной волны на обоих концах линии, выполня- 20 ют перемножение отраженных сигналов с опорными, после чего выделяют и запоминают шумовой низкочастотный сигнал на разностной частоте. а затем располагают линию и над исследуемым участком среды и 25 повторяют операции возбуждения, приема и последующей обработки сигналов от исследуемой среды, после чего иэ вновь полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вычитают шумовые си)- 30 налы, полученные в отсутствие подповерхностных аномалий, если результирующий разностный сигнал представляет собой случайную функцию, то пинию перемещают в следующу о точку измерен «я, повторя)от 35 операции передачи, приема, обработки сигналов, если результирующий сигнал является периодической низкочастотной функцией, то определя от параметры сигнала и вычисляют глубину 7 аномалии и рас- 40 стояние 4 до аномалии:

I)) - F() T Ч(2 AF - Za. где Г(-)(), F(-)() — частоты раэностных сигна(!),(о) лов, сформированных соответственно обратной и прямой составляющими отраженного аномалией сигнала: hF — девиация частоты: Т вЂ” период модуляции; V— скорость волны в линии, образованной одНОПРОВОДНОй ЛИНИЕЙ И СРЕДОЙ; Г- СУММПРная задержка сигнала; — длина линии.

2. Устройство для локализации подповерхностных аномалий, содержащее генератор, однопроводную пинию, расположенную в воздухе параллельно границе раздела с зондируемой средой, приемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что содержит направленный ответвитель, согласующее устройство. первый и второй блоки перемножения с опорным сигналом, первое и второе согласующие устройства. переклю-. чатель. блок памяти, вычитающее устройство, блоки спектрального анализа, сравнения, вычисления координат и индикации, в качестве генератора используется генератор линейно-частотно-модулированной волны дециметрового диапа"-она, при этом выход генератора соединен с входом наг1равпен))ого ответвителя, одно выходное плечо которого через согласующую линию соединено с концом однопроводнсп«линии, ДРУГОЕ йЬ;ОДНОЕ ПЛЕЧО ССЕДИНЕНО С ВХОДОМ первого бгока перемножения, второй конец одноп ров-.г ой линии через вгорое согласующее устройство соед 4нен с входом втОрОго блока ., рсмн >кения, выходы блок в перемножения соединены с входами переключателя, выход которого ссединен с входом блока памяти и с первым входом вычитающего устройства, второй вход которсгО СОЕДИНЕН C ВЫХОДОМ бпо",a ПаМятИ. а

ВЫХОД )BPB3 ПОСЛЕДОППТ ЛЬНО СОЕPVIНСННЫЕ блоки спектрально;о и.« .пиза, срам .ения, вычисления координат c .ãäè))ñ)) с входом блока и)1д кации.

Составитель 8.Попадько

Редактор Л.Письман Техред M.Моргентал Корректор С.Черни

Заказ 2817 Тираж 203 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Моеква, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101