Jordgennemtrængende radar

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 24. marts 2021; checks kræver 6 redigeringer .

GPR eksempler

Georadar - radar , for hvilket det undersøgte medium kan være jorden, jorden (deraf det mest almindelige navn), ferskvand, bjerge. Georadar er en højfrekvent (fra 10 MHz til 1000 MHz) metode til højopløselige elektromagnetiske bølger til at opnå billeder af jord og jordstrukturer. Antennen bruges til at transmittere og genvinde radarimpulser genereret af impulsgeneratoren. Den returnerede puls behandles derefter for at opnå jordprofilbilleder. De vigtigste geotekniske anvendelser er billeddannelse af jordprofiler og lokalisering af nedgravede genstande. GPR giver et kontinuerligt opløsningsbillede af jordprofilen med meget lidt jordforstyrrelse. GPR er ikke egnet til vådt ler og stærkt ledende silt (0,15 milliohm/m). GPR-opløsningen falder med dybden [1] .

Georadar design

En moderne georadar er en kompleks elektronisk enhed, hvis komponenter udfører følgende funktioner:

dannelsen af impulser udsendt af sendeantennen;
behandling af signaler, der kommer fra den modtagende antenne;
synkronisering af hele systemet.

Georadaren består således af tre hoveddele: antennedelen, registreringsenheden og styreenheden.

Antennedelen omfatter sende- og modtageantenner. Registreringsenheden forstås som en bærbar computer eller anden optageenhed, og kontrolenhedens rolle udføres af et system af kabler og optisk-elektriske omformere.

Historien om GPR-udvikling

Georadar-udvikling blev udført i forskellige lande i Europa, Amerika, Rusland, USSR. På baggrund af eksperimenter under naturlige forhold blev metoder til at konstruere specialiserede radarer til at lyde relativt tynde højabsorberende medier undersøgt. Brugen af antennechok-excitering gjorde det muligt at estimere havisens elektriske egenskaber ved forskellige frekvenser. Den første radarmåling af havisens tykkelse blev udført i 1971 ved hjælp af metoden med syntetiseret videopulssignal foreslået af M. I. Finkelstein i 1969 . Denne metode blev brugt i den første industrielle radar havis tykkelsesmåler "Aquamarine".

I 1973 blev muligheden for at opdage og måle dybden af grundvandsmagasiner i ørkenregionerne i Centralasien bevist fra et fly. Vi brugte en radar udviklet på RIIGA med stødexcitation af antennen ved impulser med en varighed på 50 ns og en centerfrekvens af spektret på omkring 65 MHz. Pejledybden viste sig at være mere end 20 m ved en flyvehøjde på 200 ... 400 m. Lignende arbejde blev udført for kalksten i 1974 , for frosne sten - i 1975 .

Brugen af blændesyntesemetoden i radarsystemet installeret om bord på Apollo 17 - rumfartøjet til at studere månens overflade bør påpeges . Systemet blev testet i 1972 fra et fly over gletsjerne i Grønland ved en frekvens på 50 MHz med en pulsvarighed med en lineær modulationsfrekvens på 80 µs (kompressionsforhold 128).

Serieprøver af georadar begyndte at dukke op i begyndelsen af 70'erne. I midten af 1980'erne steg interessen for GPR på grund af endnu et spring i udviklingen af elektronik og computerteknologi. Men som erfaringen har vist, var denne udvikling utilstrækkelig. Arbejdsomkostninger til forarbejdning af materialer kunne ikke betale sig fuldt ud, og interessen for GPR faldt igen. I 90'erne, da endnu en videnskabelig og teknologisk revolution fandt sted, og personlige computere blev mere tilgængelige, steg interessen for GPR igen og er ikke svækket indtil videre.

Siden slutningen af 1990'erne har der regelmæssigt været afholdt forskningskonferencer om denne metode. Særlige numre af magasiner udgives.

Sådan virker det

Underjordiske sonderingsradarer er designet til at studere dielektriske medier ved at ændre den dielektriske konstant og/eller elektrisk ledningsevne. Oftest anvendes jordgennemtrængende radarer til ingeniørmæssig og geoteknisk undersøgelse af jordbund og ikke-destruktiv testning af (ikke-metalliske) bygningskonstruktioner.

Funktionsprincippet for de fleste moderne georadarer [2] er det samme som for konventionelle pulserende radarer . En elektromagnetisk bølge udstråles ind i mediet under undersøgelse, som reflekteres fra sektionerne af mediet og forskellige indeslutninger. Det reflekterede signal modtages og optages af GPR.

I øjeblikket kan de fleste masseproducerede radarer grupperes i flere undertyper, der adskiller sig i de grundlæggende principper for drift:

stroboskopiske jordgennemtrængende radarer: Sådanne radarer udsender hovedsageligt impulser med lav energi, omkring 0,1-1 μJ, men en hel del af sådanne impulser udsendes 40-200 tusinde impulser i sekundet. Ved hjælp af den stroboskopiske effekt kan du få et meget præcist sweep - et radargram i tid. Faktisk kan gennemsnitsdata fra et stort antal impulser forbedre signal-til-støj-forholdet betydeligt. Samtidig pålægger en effekt på 0,1-1 μJ alvorlige begrænsninger på indtrængningsdybden af sådanne impulser. Typisk bruges sådanne radarer til at pejle dybder op til 10 meter. Men i nogle tilfælde når den "gennemtrængende" evne mere end 20 meter.

svagpulsradarer: sådanne radarer udsender betydeligt mindre end 500-1000 impulser i sekundet, styrken af hver sådan impuls er allerede betydeligt højere og når 100 μJ. Ved at digitalisere et punkt i hver sådan puls med et andet skift fra begyndelsen, er det muligt at opnå et radargram i tidsdomænet uden gating. Samtidig gør en sådan enhed det muligt at tage omkring et radargram i sekundet og tillader praktisk talt ikke brugen af gennemsnit for at forbedre signal-til-støj-forholdet. Dette giver dig mulighed for at modtage radargrammer fra dybder på snesevis af meter, men kun en specialuddannet specialist kan fortolke sådanne radargrammer.

kraftige radarer med antennediversitet: sådanne radarer udsender kun få impulser i sekundet, men pulsenergien når 1-12 J. Dette giver dig mulighed for betydeligt at forbedre signal-til-støj-forholdet og det dynamiske område af georadaren og modtage refleksioner fra mange dybe lag eller arbejde på tung og våd jord. For at behandle radargrammer kræves speciel software, som leveres af producenterne af sådanne GPR'er med GPR. Ulemperne ved kraftige radarer omfatter faren for radioeksponering af biologiske objekter og en betydelig (op til 2-3 meter fra overfladen) "død" zone. Der er en alternativ holdning til spørgsmålet om radioeksponering af biologiske objekter med kraftige jordgennemtrængende radarer. En konventionel georadar tager én rekord for mange opsendelser (dette skyldes problemerne med signaldigitalisering). Heavy-duty - laver kun få opsendelser i sekundet (dette førte til, at det for disse GPR'er var nødvendigt at udvikle et signaldigitaliseringssystem, der ikke var relateret til stroboskopisk konvertering). Hvis vi beregner den energi, georadaren udsender i sekundet, viser det sig, at en almindelig georadar skyder meget ofte, men med små pulser. Og den kraftige afgiver en impuls med stor amplitude, men gør det sjældent. Forskellen i parametre er sådan, at der i det andet tilfælde falder mindre udstrålet energi på det biologiske objekt.

For alle ovennævnte typer radarer er det muligt at bruge en eller flere kanaler. I dette tilfælde er det betinget muligt at opdele alle disse GPR'er i flere flere klasser:

enkeltkanals GPR'er: sådanne GPR'er har en sender og en modtager, de fleste GPR-producenter har enkeltkanals GPR'er.

multi-kanal parrede GPR'er: i sådanne GPR'er er der flere par modtager-sender, så undersøgelsen af geoprofilen fra hver kanal sker samtidigt. Sådanne systemer er almindelige blandt mange udenlandske producenter, som har specialiseret sig i geoprofilering af vejbelægninger. Et sådant system indeholder faktisk flere enkeltkanals GPR'er og kan reducere profileringstiden betydeligt. Ulempen ved sådanne systemer er deres omfang (de er meget større end enkeltkanals) og høje omkostninger.

flerkanals georadar med en syntetisk modtageåbning: dette er den mest komplekse type georadar, hvor der er flere modtageantenner pr. sendeantenne, som er synkroniseret med hinanden. Faktisk er sådanne GPR'er en analog af et fasedelt antennearray. Den største fordel ved sådanne systemer er meget mere præcis placering af objekter under jorden - faktisk arbejder de efter princippet om stereosyn, som om radaren havde flere antenneøjne. Den største ulempe ved sådanne systemer er meget komplekse beregningsalgoritmer, der skal løses i realtid, hvilket resulterer i brugen af dyre elektroniske komponenter, normalt baseret på FPGA'er og GPGPU'er . Typisk bruges sådanne systemer kun i heavy-duty georadar med antennediversitet. Samtidig er sådanne systemer mere støjbestandige og gør det muligt at opnå det mest nøjagtige billede af fordelingen af dielektrisk konstant under jorden.

Georadar-applikation

Georadar survey er en instrumentel metode til diagnostik, som bruges til at studere jord på en byggeplads, såvel som fundamenter og bærende strukturer af forskellige objekter. Georadar-forskning refererer til ikke-destruktive metoder og giver dig mulighed for at bestemme strukturen af jorden eller strukturerne uden at bore gruber og bore huller. Derudover giver GPR dig mulighed for at detektere hulrum og teknisk kommunikation under jordoverfladen.

Se også

Litteratur

Problemer med underjordisk radar. Samlet monografi / Ed. Grineva A. Yu. - M .: Radioteknik, 2005.-416 s.: ill. ISBN 5-88070-070-4
Undergrundsradar / Ed. Finkelstein M.I. - M .: Radio og kommunikation, 1994

Noter

↑ Budhu, M. (2011) Jordmekanik og fundament. 3. udgave, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. se kapitel 3.5.1 Jordundersøgelsesmetoder
↑ [1] Arkiveret 21. december 2015 på Wayback Machine - principvideo