РАДАР ПОДПОВЕРХНОСТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Радар подповерхностного зондирования
Радар подповерхностного зондирования относится к гелиоинформационным устройствам, позволяющим изучать внутреннее строение природных и антропогенных объектов в интересах решения различного рода природно-ресурсных, экологических, археологических и оборонных задач. Радар может быть использован для обнаружения залежей нефти, газа, полезных ископаемых, а также при диагностике состояния трубопроводов. Широкое применение радар может найти при осуществлении мониторинга жизнедеятельности городов, так как он позволяет определять состояние подземных и надземных коммуникаций города, состояние городского строительства.
Подповерхностное радиолокационное зондирование - эффективный метод  внутреннего строения природных и антропогенных объектов в интересах решения различного рода природно-ресурсных, экологических, археологических и оборонных задач. Сущность метода заключается в построении глубинных разрезов, формируемых посредством экстраполяции данных глубинного зондирования, получаемых в точка размера на трассе (наземной или воздушной). Наземные радиолокационные средства глубинного зондирования получили название георадаров. Аналогичные приборы, устанавливаемые на воздушные носители (самолеты, вертолеты, дирижабли) называются радиолокаторами подповерхностного зондирования.
Важной проблемой в подповерхностном радиолокационном зондировании является проблема повышения пространственной разрешающей способности в лане и по глубине. Она достаточно легко решается в авиационных радиолокаторах бокового обзора с синтезированной апертурой (РСА). Однако эти радары весьма дороги, и.
кроме того, они имеют так называемую «мертвую зону обзора, находящуюся непосредственно под носителем.
Этими недостатками не обладают бортовые радары вертикального зондирования, использующие в качестве излученных сигналов когерентные электромагнитные волны с импульсной или частотной модуляцией (манипуляцией) метрового и дециметрового диапазона. Недостатком этих радаров являются их низкая разрешающая способность в горизонтальной плоскости (десятки метров), что явно неудовлетворительно при обнаружении малоразмерных погруженных объектов: труб, кабелей, противотанковых и противопехотных мин. и др. Для преодоления этого недостатка предлагается использовать метод частичного синтеза апертуры, аналогично тому, что исггользуется в РСА.
Существуют отделенные аналоги заявленной модели. Описаны принципы отдельного стробирования эхо-сигнала по дальности и фильтрации по частоте Доплера. Однако применение этих принципов нацелено не на повыщение пространственного разрещения радара и, в частности, радара подповерхностного зондирования, а на изменение уровня отраженного сигнала либо в пределах кольца дальности, либо в пределах двух смежных гипербол по частоте доплера (А.П. Жуковский,
Е.И.Оноприенко, В.И.Чижов. Теоретические основы радиовысотометрии. М., «Советское радио, 1979, 320 стр., М.И.Финкельщтейн, В.А.Кутев,
В.П.Золотарев, Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в интересной геологии, М., «Радио и связь, 1994, 216 стр.).
Наиболее близким аналогом предлагаемого радара является радар подповерхностного зондирования (георадар), содержащий антенну, соединенную с антенным переключателем, который соединен с выходом передатчика и входом высокочастотного блока приемника, соединенными через усилитель промежуточной частоты с преобразователем координат, на выходе которого включен дисплей QJ .... ,. Радар
Cf
C2J
позволяет записывать .трассы эхо-сигнала для каждого излученного импульса.
Известный радар обладает низкой разрешающей способностью в горизонтальной плоскости, которая определяется угловой широкой диаграммы направленности антенны.
Задачами предлагаемой модели являются повышение разрешающей способности в горизонтальной плоскости для обнаружения малоразмерных погруженных объектов; труб, кабелей, мин.
Поставленная задача решена за счет того, что в радарах подповерхностного зондирования, содержащем антенну, соединенную с антенным переключателем, который соединен с выходом передатчика и входом высокочастотного блока приемника, соединенными через усилитель промежуточной частоты с преобразователем координат, на выходе которого включен дисплей,дополнительно введен блок селекции дальности с п- входами, каждый из п - входов которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и с одним из входов п перемножителей, другой вход каждого из которых соединен с выходом генератора строб-импульсов , при этом каждый из п выходов блока селекции дальности через вход блока доплеровской фильтрации соединен с одним из m доплеровских фильтров, выходов каждого из которых соединен со своим детектором- интегратором, выходы которых соединены с преобразователем координат.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого радара подповерхностного зондирования.
Радар содержит антенну 1, соединенную с антенным
переключателем 2, который соединен с выходом передатчикау11 входом
которого включен дисплей 7. В радар дополнительно введен блок селекции дальности 8 с п -входами. Каждый из п-входов соединен с выходом усилителя 5 промежуточной частоты, и с одним из входов п перемножителей 9, другой вход каждого из которых соединен с выходом генератора строб импульсов 10. При этом каждый из п -выходов блока селекции дальности 8 через вход блока доплеровской фильтрации 11
соединен с одним из m доплеровских фильтров 12, выход каждого из которых соединен со своим детектором - интеграторомУвыходы которых
соединены с преобразователем координат.
Все блоки собраны на основе известных узлов и сборник.
На фиг.1 приведены следующие обозначения, поясняющие работу радара.
АП- антенный переключатель
А-антенна
V - вектор скорости носителя
ПРД - передатчик
ОС-опорный сигнал
ВВЦ- высокочастотный блок приемника
УПЧ - усилитель промежуточной частоты ГСП-генератор строб-импульсов Тц - временная задержка строб импульса цели Tj - временная задержка строб - импульса i-oro элемента, ,2,...п; дц - доплеровская частота сигнала от цели fpj - доплеровская частота i-oro элемента размещения, ,2,...m; БДФ - блок доплеровской фильтрации Д-И-детектор-интегратор. Qu-угол места цели
-УЗ
fu - азимут цели
Н- высота полета носителя
БСД - блок селекции по дальности (стробирования)
. „г.
т ,где Кц- дальность цели, С - скорость света
2V foi, -8шбч-со8уг/, X - длина волны передатчика.
Радар подповерхностного зондирования работает следующим образом.
Передатчик 3 излучает когерентный импульсный сигнал Координаты цели вычисляются по формулам
.
sing,
лК+У
cos ац  ,  ц
В качестве зондирующего сигнала радара, устанавливаемого на движущемся носителе, используется когерентное излучение с высокой пространственной разрешающей способностью по дальности (до 0,5 м). Зоны равной дальности образзтот на поверхности Земли концентрические кольца, ширина, которых определяется разрешением радара по дальности.
в приемнике 4 радара после строборовыния или выделения этих колец, а также свертки модуляции на выходе будет иметь место соответствующий набор квазигармонических сигналов, ширина доплеровского спектра которых определяется расположением каждого конкретного кольца на поверхности. Линиями равных доплеровских частот на поверхности Земли при горизонтальном полете носителя служат гиперболы, которые пересекают кольца изо дальностей практически под прямыми углами.
Таким образом, оба типа этих кривых делят зондируемую поверхность на неправильной формы квадраты, размеры которых задаются шириной колец (разрешением по дальности) и шириной гиперболических полос, определяемых шириной соответствующего доплеровского фильтра. Выделяя каждый такой «квадрат посредством фильтрации колец и гипербол, можно повысить разрешение радара по пространству во столько раз, сколько «квадратов укладывается в пятне диаграммы направленности антенны на поверхности. Отличие данного метода от метода синтезе апертуры состоит в том, что здесь не производится синхронного слежения за изменением доплеровской частоты каждого «квадрата, которое происходит в процессе полета и изменения геометрии зондирования.
Для исключения неоднозначности отсчета по дальности и по скорости диаграмма направленности антенны отклоняется на некоторый угол (1-2°) от вертикали (Qa) к поверхности, а также поворачивается на азимутальный угол (аа), чтобы облучаемое ею пятно на поверхности земли находилось, например, в квадранте 1.
Платой за повышение разрешения служит соответствующее снижение отношения сигнал/шум в приемнике радара, что требует нахождения некоторого баланса между этими двумя важными характеристиками.
6L :V/559 /