Földradar
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. március 24-én felülvizsgált
verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .
Georadar - radar , amelynek vizsgált közege lehet a föld, a talaj (innen a leggyakoribb elnevezés), édesvíz, hegyek. A Georadar egy nagyfrekvenciás (10 MHz-től 1000 MHz-ig terjedő) módszer a nagy felbontású elektromágneses hullámok felvételére a talajról és a talajszerkezetekről. Az antenna az impulzusgenerátor által generált radarimpulzusok továbbítására és visszanyerésére szolgál. A visszaadott impulzust ezután feldolgozzák a talajszelvényképek elkészítéséhez. A fő geotechnikai alkalmazások a talajprofil képalkotás és az eltemetett tárgyak helymeghatározása. A GPR folyamatos felbontású képet ad a talajszelvényről, nagyon csekély talajbolygatás mellett. A GPR nem alkalmas nedves agyagokhoz és nagy vezetőképességű iszapokhoz (0,15 milliohm/m). A GPR felbontás a mélységgel csökken [1] .
Georadar design
A modern georadar egy összetett elektronikus eszköz, amelynek alkatrészei a következő funkciókat látják el:
- az adóantenna által kibocsátott impulzusok kialakulása;
- a vevőantennáról érkező jelek feldolgozása;
- a teljes rendszer szinkronizálása.
Így a georadar három fő részből áll: az antenna részből, a regisztrációs egységből és a vezérlőegységből.
Az antenna rész adó- és vevőantennákat tartalmaz. A regisztrációs egység alatt laptopot vagy más rögzítőeszközt értünk, a vezérlőegység szerepét pedig kábelrendszer és optikai-elektromos konverterek látják el.
A GPR fejlődésének története
A Georadar fejlesztését Európa, Amerika, Oroszország és a Szovjetunió különböző országaiban végezték. Természetes körülmények között végzett kísérletek alapján tanulmányozták a viszonylag vékony, erősen elnyelő közegek szondázására alkalmas speciális radarok készítésének módszereit. Az antennás sokk-gerjesztés alkalmazása lehetővé tette a tengeri jég elektromos jellemzőinek becslését különböző frekvenciákon. A tengeri jég vastagságának első radarmérését 1971 -ben végezték el M. I. Finkelstein által 1969 -ben javasolt szintetizált videoimpulzusjel módszerével . Ezt a módszert alkalmazták az első ipari radaros tengeri jégvastagság-mérőben, az "Aquamarine"-ban.
1973 - ban bebizonyosodott, hogy Közép-Ázsia sivatagi régióiban a víztartó rétegek mélysége észlelhető és mérhető egy repülőgépről. A RIIGA-nál kifejlesztett radart használtuk, amely az antennát 50 ns időtartamú impulzusokkal, a spektrum középső frekvenciájával körülbelül 65 MHz-es impulzusokkal gerjesztette. A szondázási mélység 200...400 m-es repülőgép repülési magasságon több mint 20 m. Hasonló munkát végeztek mészkőnél 1974 -ben , fagyott kőzeteknél 1975 -ben .
Ki kell emelni az apertúraszintézis módszer alkalmazását az Apollo 17 űrszonda fedélzetére telepített radarrendszerben a Hold felszínének tanulmányozására . A rendszert 1972 -ben egy repülőgépen tesztelték Grönland gleccserei felett 50 MHz-es frekvencián, impulzusidőtartam mellett 80 µs lineáris modulációs frekvenciával (sűrítési arány 128).
A georadar sorozatmintái a 70-es évek elején kezdtek megjelenni. Az 1980-as évek közepén az elektronika és a számítástechnika fejlődésében bekövetkezett újabb ugrás miatt megnőtt az érdeklődés a GPR iránt. De a tapasztalatok szerint ez a fejlesztés nem volt elegendő. Az anyagok feldolgozásának munkaerőköltsége nem tudott teljes mértékben megtérülni, a GPR iránti érdeklődés ismét visszaesett. A 90-es években, amikor újabb tudományos és technológiai forradalom zajlott le, és a személyi számítógépek elérhetőbbé váltak, a GPR iránti érdeklődés ismét megnőtt, és ez idáig nem gyengült.
Az 1990-es évek vége óta rendszeresen tartanak ennek a módszernek szentelt kutatási konferenciákat. A folyóiratok különszámai megjelennek.
Hogyan működik
A felszín alatti szondázó radarokat a dielektromos közegek vizsgálatára tervezték a dielektromos állandó és/vagy az elektromos vezetőképesség megváltoztatásával. A talajradarokat leggyakrabban talajok mérnöki és geotechnikai felmérésére, valamint (nem fémből készült) épületszerkezetek roncsolásmentes vizsgálatára használják.
A legtöbb modern georadar [2] működési elve megegyezik a hagyományos impulzusos radarokéval . A vizsgált közegbe elektromágneses hullám sugárzik, amely a közeg metszeteiről és a különböző zárványokról visszaverődik. A visszavert jelet a GPR veszi és rögzíti.
Jelenleg a legtöbb sorozatgyártású radar több altípusba sorolható, amelyek működési elveikben különböznek egymástól:
- stroboszkópos talajradarok: az ilyen radarok főként alacsony energiájú, kb. 0,1-1 μJ impulzusokat bocsátanak ki, de elég sok ilyen impulzus 40-200 ezer impulzus másodpercenként. A stroboszkóp effektus segítségével nagyon pontos sweep - radargramot kaphat időben. Valójában nagyszámú impulzusból származó adatok átlagolása jelentősen javíthatja a jel-zaj arányt. Ugyanakkor a 0,1–1 μJ teljesítmény komoly korlátozásokat támaszt az ilyen impulzusok behatolási mélységében. Az ilyen radarokat általában 10 méteres mélységig használják. Bizonyos esetekben azonban az „áthatoló” képesség meghaladja a 20 métert.
- gyenge impulzusú radarok: az ilyen radarok másodpercenként lényegesen kevesebb, mint 500-1000 impulzust bocsátanak ki, az egyes ilyen impulzusok teljesítménye már lényegesen nagyobb és eléri a 100 μJ-t. Minden ilyen impulzus egy pontjának digitalizálásával kezdettől eltérő eltolással, kapuzás nélkül is kaphatunk radargramot az időtartományban. Ugyanakkor egy ilyen eszköz lehetővé teszi körülbelül egy radargramm másodpercenkénti felvételét, és gyakorlatilag nem teszi lehetővé az átlagolás használatát a jel-zaj arány javítására. Ezzel több tíz méter mélyről is lehet radargramokat fogadni, de csak speciálisan képzett szakember tudja értelmezni az ilyen radargramokat.
- nagy teljesítményű radarok antenna diverzitással: az ilyen radarok csak néhány impulzust bocsátanak ki másodpercenként, de az impulzusenergia eléri az 1-12 J-t. Ez lehetővé teszi a georadar jel-zaj arányának és dinamikus tartományának jelentős javítását és vételét. sok mély rétegből vagy nehéz és nedves talajon történő munkavégzésről . A radargramok feldolgozásához speciális szoftverre van szükség, amelyet az ilyen GPR-ek gyártói a GPR-rel együtt szállítanak. Az erős radarok hátrányai közé tartozik a biológiai objektumok rádiósugárzásának veszélye és egy jelentős (a felszíntől akár 2-3 méterre) „halott” zóna. Van egy alternatív vélemény a biológiai objektumok nagy teljesítményű talajradarok általi rádiósugárzásának kérdésében. Egy hagyományos georadar egy rekordot vesz fel több indításhoz (ez a jelek digitalizálásának problémáiból adódik). Nagy teljesítményű - másodpercenként csak néhány indítást hajt végre (ez oda vezetett, hogy ezekhez a GPR-ekhez egy olyan jeldigitalizáló rendszert kellett kifejleszteni, amely nem kapcsolódik a stroboszkópos konverzióhoz). Ha kiszámítjuk a georadar által másodpercenként kibocsátott energiát, akkor kiderül, hogy egy közönséges georadar nagyon gyakran, de kis impulzusokban lő. A nagy teherbírású pedig nagy amplitúdójú impulzust ad ki, de ritkán. A paraméterek különbsége akkora, hogy a második esetben kevesebb kisugárzott energia esik a biológiai objektumra.
A fenti radartípusok mindegyikéhez lehetőség van egy vagy több csatorna használatára. Ebben az esetben feltételesen fel lehet osztani ezeket a GPR-eket további osztályokra:
- egycsatornás GPR-ek: az ilyen GPR-ek egy adóval és egy vevővel rendelkeznek, a legtöbb GPR-gyártó rendelkezik egycsatornás GPR-vel.
- többcsatornás párosított GPR-ek: az ilyen GPR-ekben több vevő-adó pár van, így az egyes csatornákból a geoprofil felmérése egyszerre történik. Az ilyen rendszerek gyakoriak számos külföldi gyártónál, akik az útfelületek geoprofilozására szakosodtak. Egy ilyen rendszer valójában több egycsatornás GPR-t tartalmaz, és jelentősen csökkentheti a profilalkotási időt. Az ilyen rendszerek hátránya a terjedelmességük (sokkal nagyobbak, mint az egycsatornásak) és a magas költségek.
- többcsatornás georadar szintetikus vevőnyílással: ez a georadar legösszetettebb típusa, amelyben adóantennánként több vevőantenna található, amelyek egymással szinkronban vannak. Valójában az ilyen GPR-ek egy fázisú antennatömb analógjai. Az ilyen rendszerek fő előnye a tárgyak sokkal pontosabb elhelyezése a föld alatt – valójában a sztereó látás elvén működnek, mintha a radarnak több antennaszeme lenne. Az ilyen rendszerek fő hátránya a nagyon összetett számítási algoritmusok, amelyeket valós időben kell megoldani, ami költséges, általában FPGA -n és GPGPU -n alapuló elektronikus alkatrészek alkalmazását eredményezi . Általában az ilyen rendszereket csak nagy teljesítményű georadarokban használják, antenna diverzitással. Ugyanakkor az ilyen rendszerek zajállóbbak, és lehetővé teszik a legpontosabb kép megszerzését a dielektromos állandó föld alatti eloszlásáról.
Georadar alkalmazás
A Georadar felmérés egy műszeres diagnosztikai módszer, amelyet építkezési talajok, valamint különféle objektumok alapjainak és teherhordó szerkezeteinek vizsgálatára használnak. A Georadar kutatás roncsolásmentes módszerekre vonatkozik, és lehetővé teszi a talaj vagy a szerkezetek szerkezetének meghatározását gödrök és lyukak fúrása nélkül. Ezenkívül a GPR lehetővé teszi az üregek és a mérnöki kommunikáció észlelését a talaj felszíne alatt.
Lásd még
Irodalom
- A felszín alatti radar kérdései. Kollektív monográfia / Szerk. Grineva A. Yu. - M .: Rádiótechnika, 2005.-416 p.: ill. ISBN 5-88070-070-4
- Felszín alatti radar / Szerk. Finkelstein M.I. - M .: Rádió és kommunikáció, 1994
Jegyzetek
- ↑ Budhu, M. (2011) Talajmechanika és alapozás. 3. kiadás, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. lásd a 3.5.1 Talajkutatási módszerek fejezetet
- ↑ [1] Archiválva : 2015. december 21. a Wayback Machine -nél - elvi videó
Linkek
Georadar felmérés