RU2482518C1

RU2482518C1 - Method of obtaining radio holograms of subsurface objects

Info

Publication number: RU2482518C1
Application number: RU2011144154/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Всеволодович Разевиг; Игорь Александрович Васильев; Александр Иванович Ивашов; Сергей Иванович Ивашов; Владимир Иванович Макаренков
Original assignee: Владимир Всеволодович Разевиг
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011144154A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method involves step-by-step measurement of a signal in a given frequency range with uniform spacing

to

where: k_min=0.72; k_max=0.81; D is the antenna diameter; c is the speed of light; the number of separate frequencies in the range from f_min to f_max is not less than five; the method being characterised by that it involves further automatic equalisation of the amplitude-frequency characteristic by changing the transmitter power; equalisation of the amplitude-frequency characteristic can also be carried out by changing receiver gain.

EFFECT: higher depth of detection of objects in condensed media.

2 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к способам определения расположения и формы неоднородностей и включений в конденсированных средах.The invention relates to the field of subsurface radar, and in particular to methods for determining the location and shape of inhomogeneities and inclusions in condensed matter.

Уровень техникиState of the art

Известен способ подповерхностного зондирования (Финкельштейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. М., Недра, 1986, с.46). Он основан на использовании непрерывного сигнала с изменением частоты по симметричному или несимметричному пилообразному закону. Частота биений между опорным / прямым / и отраженным сигналами является функцией расстояния до объекта. Недостатком устройства, препятствующим получению требуемого технического результата, является низкая разрешающая способность, т.е. невозможность определения расположения и формы неоднородностей и включений в плане исследуемого объекта.A known method of subsurface sounding (Finkelstein MI, Kutev VA, Zolotarev VP The use of radar subsurface sounding in engineering geology. M., Nedra, 1986, p. 46). It is based on the use of a continuous signal with a change in frequency according to a symmetric or asymmetric sawtooth law. The beat frequency between the reference / direct / and the reflected signals is a function of the distance to the object. The disadvantage of the device that impedes obtaining the desired technical result is the low resolution, i.e. the impossibility of determining the location and shape of heterogeneities and inclusions in terms of the studied object.

Известен также способ зондирования конденсированных сред (Journal of Applied Physics, v.56, №9, 1984, p.2575) со ступенчатым изменением частоты в заданном диапазоне. Недостатком способа, препятствующим получению требуемого технического результата, является то, что изменение частоты более чем на 25% приводит к резкому уменьшению амплитуды зондирующего сигнала на краях частотного диапазона, а также сложности с получением равномерной амплитудно-частотной характеристики.There is also a method of sensing condensed matter (Journal of Applied Physics, v.56, No. 9, 1984, p.2575) with a step change in frequency in a given range. The disadvantage of this method, which prevents obtaining the required technical result, is that a frequency change of more than 25% leads to a sharp decrease in the amplitude of the probe signal at the edges of the frequency range, as well as the difficulty in obtaining a uniform amplitude-frequency characteristic.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ зондирования конденсированных сред (заявка на изобретение RU 2000103678 G01V 3/12, G01N 22/00 от 17.02.2000 г.) со ступенчатым изменением сигнала в заданном диапазоне частот, при этом частоты зондирующего сигнала выбираются с равномерным шагом в диапазонеThe closest analogue (prototype) is a method of sensing condensed matter (patent application RU 2000103678 G01V 3/12, G01N 22/00 of 02/17/2000) with a stepwise change in the signal in a given frequency range, while the frequencies of the probing signal are selected with a uniform in a range of

от

from

до

,before

,

где k_min=0,72;where k _min = 0.72;

k_max=0,81;k _max = 0.81;

D - диаметр антенны;D is the diameter of the antenna;

с - скорость света,c is the speed of light

при этом количество отдельных частот в диапазоне от f_min до f_max должно быть не менее пяти.the number of individual frequencies in the range from f _min to f _max should be at least five.

Недостатком данного способа является то, что при его реализации возникает проблема неравномерности амплитудно-частотной характеристики, которая приводит к уменьшению динамического диапазона, и, как следствие, уменьшению глубины обнаружения объектов в конденсированных средах.The disadvantage of this method is that when it is implemented, the problem of uneven amplitude-frequency characteristics arises, which leads to a decrease in the dynamic range, and, as a consequence, a decrease in the detection depth of objects in condensed media.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

ЗадачаA task

Техническая задача состоит в устранении указанного недостатка за счет автоматического выравнивания амплитудно-частотной характеристики.The technical problem is to eliminate this drawback due to the automatic alignment of the amplitude-frequency characteristics.

Сущность способаThe essence of the method

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа дополнительно осуществляется автоматическое выравнивание амплитудно-частотной характеристики путем изменения мощности передатчика, выравнивание амплитудно-частотной характеристики также может осуществляться за счет изменения коэффициента усиления приемника.The technical result is achieved in that, in contrast to the known method, automatic equalization of the amplitude-frequency characteristic is additionally carried out by changing the transmitter power, equalization of the amplitude-frequency characteristic can also be carried out by changing the gain of the receiver.

Перечень фигурList of figures

На фиг.1 представлена блок-схема подповерхностного голографического локатора (1 - передатчик; 2 - приемник; 3 - система выравнивания АЧХ; 4 - средство управления и отображения визуальной информацией об объекте (ЭВМ); 5 - исследуемый объект в конденсированной среде).Figure 1 shows a block diagram of a subsurface holographic locator (1 - transmitter; 2 - receiver; 3 - frequency response alignment system; 4 - means of controlling and displaying visual information about an object (computer); 5 - object under study in a condensed medium).

На фиг.2 представлены радиоголограммы, полученные при различных частотах (f=3,6…4,0 ГГц), без выравнивания и с выравниванием АЧХ.Figure 2 presents the radio holograms obtained at different frequencies (f = 3.6 ... 4.0 GHz), without alignment and with equalization of the frequency response.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Техническая реализация способа показана на блок-схеме подповерхностного голографического локатора фиг.1. При сканировании поверхности конденсированной среды подповерхностным голографическим локатором амплитуда отраженного от поверхности сигнала посылаемого передатчиком 1 значительно превосходит амплитуду сигнала отраженного от исследуемого объекта 5. Из-за неравномерности амплитудно-частотной характеристики отраженного от поверхности сигнала изменение амплитуды принимаемого сигнала на входе приемника 2 может в несколько раз превышать амплитуду сигнала отраженного от исследуемого объекта 5. Это приводит к ограничению значения усиления приемника 2 и уменьшению контрастности изображения исследуемого объекта 5, получаемого на средстве управлении и отображения визуальной информацией об объекте (ЭВМ) 4.The technical implementation of the method is shown in the block diagram of the subsurface holographic locator of Fig. 1. When scanning the surface of a condensed medium with a subsurface holographic locator, the amplitude of the signal reflected from the surface of the signal sent by the transmitter 1 significantly exceeds the amplitude of the signal reflected from the studied object 5. Due to the uneven amplitude-frequency characteristics of the signal reflected from the surface, the amplitude of the received signal at the input of receiver 2 can be several times exceed the amplitude of the signal reflected from the studied object 5. This leads to a limitation of the value of the force receiver 2 and reducing the contrast of the image of the investigated object 5, obtained on the means of management and display of visual information about the object (computer) 4.

При выравнивании амплитудно-частотной характеристики системой выравнивания 3 сигнал с постоянной амплитудой, отраженный от поверхности конденсированной среды, может быть компенсирован (вычтен) из принимаемого сигнала и усиление сигнала отраженного от исследуемого объекта 5 будет увеличено в несколько (до десяти) раз. Это приводит к увеличению контрастности исследуемого объекта на получаемом радиоголографическом изображении.When the amplitude-frequency characteristics are equalized by equalization system 3, a signal with a constant amplitude reflected from the surface of the condensed medium can be compensated (subtracted) from the received signal and the signal amplification reflected from the studied object 5 will be increased by several (up to ten) times. This leads to an increase in the contrast of the investigated object in the resulting radio holographic image.

Аналогично амплитудно-частотная характеристика может быть выравнена путем изменения коэффициента усиления входного усилителя приемника 2.Similarly, the frequency response can be equalized by changing the gain of the input amplifier of the receiver 2.

Способ получения радиоголограмм подповерхностных объектов был реализован при разработке экспериментального образца подповерхностного голографического локатора «Раскан-2». На фиг.4 представлены радиоголограммы, полученные при различных частотах (f=3,6…4,0 ГГц), без выравнивания и с выравниванием АЧХ. В ходе экспериментов проводилось зондирование одного и того же участка макета стены. Частота в каждом из экспериментов выбиралась индивидуально и представляла последовательный ряд радиоизображений, снятых в диапазоне от 3,6 до 4,0 ГГц с шагом в 100 МГц. Эксперименты проводились на участке макета стены, на котором размещались следующие объекты: два провода, пять монет и отверстие во втором слое штукатурки (оно расположено в правой части изображения). Просматривая последовательно радиоголограммы без выравнивания амплитудно-частотной характеристики (левый ряд), видно, что с увеличением частоты контрастность объектов меняется по отношению к фону. При осуществлении выравнивания частоты качество радиоголографического изображения существенно возрастает, что дает возможность исследовать объекты на большей глубине залегания.The method of obtaining radio holograms of subsurface objects was implemented in the development of an experimental model of the subsurface holographic locator "Raskan-2". Figure 4 presents the radio holograms obtained at various frequencies (f = 3.6 ... 4.0 GHz), without alignment and with equalization of the frequency response. During the experiments, probing of the same section of the wall model was carried out. The frequency in each of the experiments was selected individually and represented a sequential series of radio images taken in the range from 3.6 to 4.0 GHz with a step of 100 MHz. The experiments were carried out on the plot of the wall layout, which housed the following objects: two wires, five coins and a hole in the second layer of plaster (it is located on the right side of the image). Looking through the radio holograms sequentially without equalizing the amplitude-frequency characteristics (left row), it can be seen that with increasing frequency the contrast of objects changes with respect to the background. When performing frequency equalization, the quality of the radio holographic image increases significantly, which makes it possible to study objects at a greater depth.

Проведенные эксперименты показали высокую эффективность предлагаемого способа получения радиоголограмм подповерхностных объектов и разработанного на его основе экспериментального прибора для технической диагностики строительных конструкций.The experiments showed the high efficiency of the proposed method for obtaining radio holograms of subsurface objects and an experimental device developed on its basis for the technical diagnosis of building structures.

Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия «изобретательский уровень», из уровня техники не известен также механизм достижения технического результата, раскрытого в материалах заявки.The analysis carried out by the applicant according to the prior art, showed that the proposed invention, having novelty and industrial applicability, meets the requirements of the criterion of "inventive step" with respect to the combination of its essential features, the mechanism of achieving the technical result disclosed in the materials is also not known from the prior art applications.

Claims

1. Способ получения радиоголограмм подповерхностных объектов, включающий в себя ступенчатое изменение сигнала в заданном диапазоне частот с равномерным шагом в диапазоне от

до

, где k_min=0,72; k_max=0,81; D - диаметр антенны; с - скорость света, количество отдельных частот в диапазоне от f_min до f_max не менее пяти, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется автоматическое выравнивание амплитудно-частотной характеристики путем изменения мощности передатчика.1. A method of obtaining radio holograms of subsurface objects, which includes a stepwise change in the signal in a given frequency range with a uniform pitch in the range from

before

where k _min = 0.72; k _max = 0.81; D is the diameter of the antenna; c is the speed of light, the number of individual frequencies in the range from f _min to f _{max is} not less than five, characterized in that the automatic equalization of the amplitude-frequency characteristics is additionally carried out by changing the transmitter power.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание амплитудно-частотной характеристики осуществляется за счет изменения коэффициента усиления приемника. 2. The method according to claim 1, characterized in that the equalization of the amplitude-frequency characteristics is carried out by changing the gain of the receiver.