онструктивные особенности современных георадаров.

Собранные по традиционной схеме георадары могут обеспечить глубину зондирования в несколько метров только на слабопоглощающих радиоволны грунтах, по своим параметрам близких к сухому песку, что делает их малоперспективными для средней полосы России и других мест, где преобладают глинистые почвы.

Основная задача, которую мы ставили перед собой при проектировании георадаров нового поколения - это достижение максимально возможного реального потенциала прибора.

Эта цель достигается двумя основными способами - использованием мощного передатчика и регистрацией сигнала в его собственном спектре частот, без стробоскопического преобразования сигнала в область низких частот. Другими словами, мы исключили большинство операций над сигналом, которые могут приводить к возникновению "звона".

Для того, чтобы обеспечить необходимые параметры обнаружения объекта, нам пришлось разработать малогабаритный передатчик с импульсной мощностью 1 мегаватт. Он представляет собой современную версию искровых передатчиков времен А С Попова и Г. Маркони, применявшихся в первых опытах по радиосвязи.

Примененный нами способ регистрации основан на использовании быстродействующих компараторов, которые сравнивают приходящий сигнал с некоторым заданным порогом. Изменяя величину порога и коэффициент усиления приемника, можно регистрировать сигнал в большом диапазоне его значений. Если при стробоскопическом способе за один излученный импульс передатчика регистрируется значение амплитуды сигнала в один момент времени, то в использованном нами способе за один импульс фиксируются моменты превышения сигналом порога по всей временной координате.

Наиболее подходящей антенной, как приемной так и передающей, оказался резистивно-нагруженный диполь, в котором часть энергии импульса поглощается на распределенных вдоль его плечей резисторах. Подбирая величину резисторов, можно обеспечить практически полное демпфирование паразитных колебаний импульса.

Оптимальной конструкцией антенны, используемой в условиях активных и пассивных внешних помех, представляется резистивно-нагруженый диполь, накрытый диэлектрическим ящиком, заполненным углеродным радиопоглотителем, который ослабляет воздушную волну.

Важной характеристикой георадаров является реальный потенциал прибора. Радикальному увеличению глубины зондирования для георадаров, построенных по традиционной схеме, препятствовал и препятствует невысокий реальный динамический диапазон, составляющий 40-60 дБ и практически не увеличивающийся в последние годы. При этом под реальным потенциалом мы понимаем то ослабление сигнала в среде, при котором радар способен обнаруживать подземные объекты. Это критически важный для оценки возможностей прибора параметр. К сожалению, довольно часто в описаниях георадаров приводят значение его потенциала, вычисленное как отношение мощности передатчика к чувствительности приемника. Для основной массы разработанных и выпускаемых к настоящему времени радаров за основу технического решения принят метод стробоскопического преобразования спектра сигнала в область низких частот, в которой и происходит его регистрация. Ударное возбуждение передающей системы осуществляется транзисторами в лавинном режиме с перепадом напряжения около 50-150 в. Основные технические проблемы, связанные с таким схемным решением, - это сложность обеспечения постоянства амплитудно-частотной и линейности фазочастотной характеристик стробоскопического преобразования в приемном тракте, что приводит к значительным паразитным колебаниям ("звону") сигнала и маскировке слабых сигналов более сильными. Это основная причина малого реального потенциала радаров такого типа.

Измерение сравнительного реального потенциала георадара различных конструкций практически осуществлялось следующим образом. Исследуемый георадар ставился на поплавки и перемещался от берега к центру глубокого водоема. В процессе движения фиксировалась глубина, на которой отражение от дна исчезало из-за поглощения радиоволн водой. По записям амплитудной функции определялось погонное затухание как отношение изменения амплитуды к разности глубин. Реальный потенциал определялся как произведение погонного затухания на глубину, на которой сигнал пропал. Для георадаров описанной конструкции измеренный реальный потенциал составляет величину не менее 120-140 дБ.

етоды обработки данных.

На получаемых радарограммах практически отсутствуют паразитные колебания -"звон" аппаратуры, характерный для остальных георадаров. По этой причине мы не пользуемся стандартными программами обработки георадарных сигналов, основная задача которых уменьшить величину "звона" и выделить на его фоне сигнал с помощью разного рода фильтраций.

Принятый нами в настоящее время способ восстановления геологического профиля по радарограмме основывается на использовании методики, которая известна в сейсмологии под названием "общий пункт возбуждения" (ОПВ).

Сначала снимается радиолокационный профиль, перемещаясь по трассе с прибором, в котором расстояние между приемной и передающей антенной фиксировано. По радарограмме определяются точки, в которых необходимо произвести зондирование, т. е. в соответствии с методом ОПВ получить годографы от слоев и объектов. Годограф - это функция задержки сигнала от слоя (объекта) в зависимости от расстояния между приемной и передающей антеннами при симметричном разносе их в разные стороны.

Годограф позволяет определить как истинную глубину слоя, так и скорость распространения волны в нем. Для того, чтобы преобразовать радарограмму в геологическое сечение, необходимо исключить кратные отражения от слоев и трансформировать временную ось в пространственную, задавая скорость волны в слое. Вся необходимая для этого информация может быть получена из годографа.

Использование квазисейсмического подхода для получения геологического сечения не может считаться удовлетворительным, поскольку не используется часть информации, заключенная в амплитуде сигнала, его временной форме и поляризации. Поэтому измерение волновой формы сигнала во многих случаях является единственной возможностью определить правильно местонахождение исследуемого объекта. Созданы алгоритмы и программы, позволяющие проводить обработку волновых форм сигнала. Метод основан на использовании широко известного алгоритма вейвлет-преобразования.