УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛЬЕФА ГОРИЗОНТАЛЬНО-СЛОИСТОГО РАЗРЕЗА

Устройство для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза
Изобретение относится к устройствам для сверхшироконолосного нодповерхностного зондирования, а неносредственно к устройству для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза.
Известно радиолокационное устройство для подповерхностного зондирования, содержащее импульсный генератор, передающую антенну, приемное устройство, устройство для идентификации подповерхностных структур как динамических систем с переменными в пространстве параметрами  1 .
Недостатком известного устройства является то, что оно эффективно только для подповерхностного зондирования в случае однородных слоев, обладающих малым затуханием волн и толщиной, превыщающей разрешающую способность по дальности - ледовые покровы Гренландии и Антарктики, сухие песчаники, известняки, каменная соль.
Для сред с большим затуханием радиоволн использование дециметрового и сантиметрового диапазона непригодно.
Для них необходим переход к видеоимпульсу - сверхщирокополосному зондированию.
Известно устройство для сверхширокополосного импульсного зондирования содержащее импульсный генератор, передающую атенну, приемные антенны, приемное устройство, устройство для идентификации подповерхностных структур, которое принимается за прототип 2.
Недостатками известного устройства является невозможность генерирования импульсов наносекундной длительности и мощности, позволяющей увеличить глубину зондирования хотя бы до деасятков метров, неэффективная идентификация подповерхностных структур, основанная на рещении некорректных задач без учета возникновения дифракционных эффектов и вынужденного расселения обусловленного различием между поляризацией источника сигнала и действительной поляризацией среды.
В реальной жизни в любой точке зондирования идет чередование геологических пород, при этом границы разделов произвольно ориентированы в пространстве и могут иметь вкрапления других пород или пустот.
В результате принимаемый сигнал является суперпозицией многих отражений и затуханий, поэтому идентификация и измерение расстояния становится крайне сложной, неэффективной.
Заявленное изобретение направлено на решение задачи по увеличению глубины подповерхностного зондирования, выявления
структуры геологического разреза до 100 метров и более, повышению точности определения положения слоев 1% от глубины, повышению эффективности идентификации подповерхностных структур, определения залегаюпдих в грунте контуров инженерных сооружений таких как фундаменты, положение опор, свай, тоннелей, коллекторов и т.д., выявление дефектов в подобных объектах, может быть использовано при проведении археологических работ, определению расположения месторождений полезных ископаемых, определения мест загрязнения окружающей среды нефтью и т.д.
Поставленная задача решена тем, что устройство для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза, содержащее генератор импульсов, передающую и приемные антенны, приемное устройство и блок обработки принимаемых сигналов отличающееся тем, что оно содержит перестраиваемый по частоте импульсный генератор, формирующий видеоимпульсы в диапазоне 10ГГц...10МГц, приемное устройство выполнено многоканальным, каждый канал со своей приемной антенной, диапазон частот по приему выбран 10ГГц...1МГц, причем сумма полос частот всех каналов равна или больще диапазона частот по приему, один выход приемного устройства соединен со входом блока автокорреляционной функции входного сигнала, другой выход приемного устройства соединен со входом блока взаимной корреляционной функции входного и выходного сигнала идентифицируемого объекта, другие входы блока автокорреляционной функции входного сигнала и блока взаимной корреляционной функции входного и выходного сигнала идентифицируемого объекта соединены друг с другом, выходы блока автокорреляционной функции и взаимокорреяяционной функции соединены со входами блока идентификации, другой вход которого соединен с выходом электронновычислительной машины, выход блока идентификации соединен с одним входом печатающего устройства, другой вход которого соединен с очередным выходом электронно-вычислительной машины.
Заявленное устройство является новым, т.к. оно не известно из уровня техники.
Заявленное устройство имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Заявленное устройство является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано при строительстве транспортных тоннелей, подземных сооружений, позволяет выявить геологическую структуру до глубины более 100м, осуществлять идентификацию залегающих на этих глубинах слоев песка, глины, известняков, водонасыщенных слоев, нефти, газа и т.д., определять контуры залегающих в грунте инженерных сооружений, таких как фундаменты, положение опор, свай, тоннелей, коллекторов и т.д., а также выявлять дефекты в подобных объектах.
.
Заявленное устройство может быть использовано при проведении археологических работ, определении расположения месторождений полезных ископаемых, определении мест загрязнения окружающей среды - нефтью и т.д.
На фиг. изображена структурная схема устройства для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза.
Устройство для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза содержит генератор 1, вырабатывающий электромагнитные импульсы наносекундной длительности мощностью от сотен Квт до бМТВт, соединенный с передающей антенной 2, излучающей импульс в подповерхностную среду 3, отраженные и переизлученные подповерхностной средой сигналы - отклики принимаются приемными антеннами 4, соединенными с приемным устройством 5. Один выход приемника устройства 5 соединен с входами двух блоков 6 автокорреляционных функций, соединенными с двумя выходами блока взаимокорреляционных функций 7. Выходы блока автокорреляционных функций 6 и блока взаимокорреляционных функций 7 соединены со входами блока идентификации 8, другой вход блока идентификации соединен с базой данных электронно-вычислительной машины 9, выход блока идентификации 8 соединен с входом печатающего устройства 10.
Устройство для определения рельефа горизонтально-слоистого разреза работает следующим образом.
Генератор 1 вырабатывает наносекундные имнульсы в диапазоне 10ГГц...10МГц мощностью до 6МВт, излучаемые передающей антенной 2.
Зондирующий сигнал проходит в подповерхностных структурах 3, котрые трансформируют его в соответствии со своими пространственно-частотными характеристиками. Используют зондирующий сверхширокополосный импульс гауссовской формы и семейство откликов, получаемых при использовании таких воздействий в различных направлениях, называемых, семействами импульсных характеристик.
Эти отклики трансформированного сигнала принимаются приемными антеннами 4 в диапазоне частот 10ГГц...1МГц, каждой в своей полосе частот и фиксируются приемником 5, в качестве которого в конкретном случае выбран многоканальный стробоскопический осциллограф с масщтабно-временным преобразованием принятых сигналов. С выходов приемного блока 5 преобразованные сигналы поступают на вход блока автокорреляционной функции 6 и вход блока взаимокорреляционной функции 7.
Центрированные относительно текущих значений оценок первого и второго моментов результаты сверхширокополосного подповерхностного зондирования конкретной точки аппроксимируют системой линейных алгебраических уравнений, являющейся решением интегрального уравнения во временной области. Используя это решение, связываюш;ее искомую импульсную характеристику с автокорреляционной функцией входного сигнала и взаимной корреляционной функцией входного и выходного сигнала идентифицируемого объекта, находят импульсные характеристики для горизонтально-слоистого разреза конкретной точки.
Используя преобразование Фурье авто- и взаимокорреляционных функций результатов сверхширокополосного зондирования в конкретной точке, а в качестве признаков идентификации - принадлежность слоя в горизонтально-слоистом разрезе определенному типу временной или пространственной нелокальности и дисперсии, значение фазового спектра и уровень затухания сверхширокополосного сигнала в слое, получают устойчивые признаки идентификации геоструктуры.
В блоке автокорреляционной функции 6 мы производим получение автокорреляционной функции, соответствующей высокочастотному излучаемому сигналу, а взаимокоррекляционная функция обеспечивает выделение собственных колебаний среды, обусловленных переносом излучения средой в область низких частот к излученному сигналу.
7 bdJOoUi
В блоке взаимокорреляционной
автокорреляционную функцию, соответствующую высокочастотному излучаемому сигналу.
В блоке идентификации 8 производят сравнение автокорреляционной и взаимокорреляционной функций (xi и Х2), являющееся решением алгебраического уравнения Винера-Хонфа, с имеющимися в базе данных конкретных буровых (нроходческих) данных подповерхностных структур в электронно-вычислительной машине 9.
Результатом сравнения является определение инженерногеологической структуры.
Результат распечатывают печатающим устройством 10.
Заявители (Авторы):
3AOfV/7«P
Генеральный директор
ЗДо НПФ Геодизонд
функции
вьщеляют
-j Болтинцев В.Б.
уЬЛ
Ильяхин В.Н.
Л
/)ср- Бeзpoдный К.П.
Ефанов В.М. Цыганов С.И.