СПОСОБ И СИСТЕМА РАДИОЛОКАЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНЫХ НЕДР

1. 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 упомянутым 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 упомянутого анализа значения параметров упомянутых зондирующих сигналов;
после чего и осуществляют упомянутое зондирование земных недр.
2. Способ по п.1, в котором формируют упомянутые зондирующие сигналы в виде нескольких пачек электромагнитных импульсов с выбранными на упомянутом 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.
3. Способ по п.1, в котором упомянутый 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 упомянутого зондирующего сигнала осуществляют путем амплитудной модуляции и фазовой манипуляции 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.
4. Способ по п.1, в котором:
выполняют в каждом из упомянутых 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 упомянутых 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.
5. Способ по п.1, в котором для обзора зондируемого пространства по угловым координатам управляют ориентацией оптических осей упомянутых передающей и приемных антенн.
6. 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 упомянутая 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 упомянутая приемная антенна выполнена с возможностью приема сигналов, отраженных от зондируемых подповерхностных структур, одно из упомянутых радиоприемных устройств размещено на исследуемом участке местности совместно с упомянутым радиопередающим устройством для реализации режима совмещенного приема, а остальные из упомянутых 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.
7. Система по п.6, в которой 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.
8. Система по п.6, в которой приемная антенна каждого из N радиоприемных устройств выполнена с возможностью разделения принятого отраженного сигнала на квадратурные составляющие поляризационной структуры сигнала.
9. Система по п.6, в которой каждое из радиоприемных устройств выполнено двухканальным по схеме синхродинного типа для предварительной обработки принятых сигналов, причем каждый из упомянутых каналов радиоприемного устройства включает в себя средства фильтрации, квантования и дискретизации соответствующей квадратурной составляющей поляризационной структуры сигналов.
10. Система по п.9, в которой 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 упомянутых 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.
11. Система по п.6, в которой устройство управления содержит программируемый процессор и двухканальный цифроаналоговый преобразователь, предназначенный для сопряжения упомянутого 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 упомянутых передающей и каждой из приемных антенн.