Диссертация (1103043), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Следовательно, при эволюции такогосигнала амплитуда его фронта тоже будет всегда больше.Этот вывод справедлив для всех рассмотренных моделей поляризации, какдля идеального диэлектрика, так и для диэлектрика с учетом проводимости, вкоторых происходит эволюция формы сигнала при распространении.Такимобразом,резкийпереднийфронтимпульсаобеспечиваетповышение информативности георадиолокационных данных и улучшает ихкачество для исследования малоконтрастных объектов.Проведенный анализ позволяет дать рекомендации по конструкциигеорадара.
В том числе показано влияние таких параметров, как мощностьпередатчика, крутизна фронта и длина импульса передатчика, скоростьследования импульсов передатчика, частота и разрядность АЦП приемника илинейность его характеристик во всей полосе исследуемых частот накачественную и количественную интерпретацию данных георадиолокационныхизмерений.Так, неизбежное изменение формы сигнала в тракте приёма, котороежелательно минимизировать, приводит при конструировании к необходимости83формирования максимально приближённой к линейной характеристики узловприемника, использующихся при оцифровке. Это предполагает, как можноменьшееколичествоэлементов,влияющихнаамплитудно-частотнуюхарактеристику приёмного тракта.
Частотное и временное стробирование,используемое в георадарах некоторых конструкций, может приводить кдополнительным искажениям сигнала в тракте приёма и, следовательно, кизлишним ошибкам в и без того непростой интерпретации экспериментальныхданных.Количество отсчетов отраженного сигнала по шкале временных задержекприемникаопределяет,также,как и длина импульса,разрешающуюспособность метода георадиолокации.
Глубина георадарного зондирования,кроме свойств исследуемой среды, определяется мощностью передатчика,динамическим диапазоном приемника и параметрами антенных систем,определяющих совместно с передатчиком и подстилающей поверхностьюдлину и форму импульса.84Глава 3 Сравнение результатов, полученных различными способамизондирования одних и тех же сред, с георадиолокационными данными3.1.
Конструктивные особенности георадаров «ГРОТ»В этом разделе рассмотрены моноимпульсные сверхширокополосныегеорадары модельного ряда «ГРОТ», при создании которых учтены выводы,полученные в предыдущих параграфах. Георадары «ГРОТ» производятся исовершенствуются как единый аппаратно-программный комплекс более 20 лет[34]. За это время глубинное (десятки-сотни метров) георадиолокационноезондирование из стадии научно-исследовательского направления выросло вобщепризнаннуюдиагностическуютехнологию.Георадиолокация,применяется для решения научных и инженерных задач в различных областях,в том числе в геофизике, геологии, строительстве, археологии и т.п.
Это нашлосвоёотражениеивсовершенствующейсянормативнойбазе,регламентирующей применение тех или иных методов, используемых вчастности, в инженерно-геологических изысканий.Если для ранних модификаций георадаров «Грот» большим достижениемна подмосковных глинах считалась гарантированная глубина зондирования 5метров, то сегодня в тех же самых условиях гарантированная глубиназондирования с ГРОТ 12 не менее 80 метров [28].Уникальные модификации георадара «Грот-12», ориентированных нарешение задач глубинного зондирования позволяют проводить исследованияподповерхностного пространства до глубин 450 и более метров [34]. Длярегистрации сигнала используются быстродействующие АЦП, позволяющиепроводить оцифровку сигнала в собственном спектре частот без стробирования,как это имеет место во многих георадарах других конструкций.
Такая схемаоцифровки не связана с наращиванием скорости повторения импульсовпередатчика. Это означает, что снимаются многие проблемы, связанные сувеличениемэнергопотребленияисущественнымснижениемскорости85движения по профилю зондирования из-за потерь времени на накоплениеотраженных импульсов, а также проблемы электромагнитной совместимости ибезопасности оператора.Кроме того, в схеме прямой оцифровки можно существенно увеличитьчувствительность приемного устройства за счет снижения уровня внешнихнесинхронных помех от наземных радиоустройств осуществляя режимнакопления сигнала в управляющей программе.ВмодификацияхГРОТ-12,ГРОТ-12Е[35]существенносниженоэнергопотребление, обеспечена и реализована круглосуточная непрерывнаясъемка, уменьшен совокупный вес блоков электроники до 3.0 кг и в 1.5 разауменьшены их габариты.Применение ПК позволяет оператору в реальном времени производитьобработку полученной информации.
Программное обеспечение реализовано сучётом возможного применения GPS-привязки к местности и с отображениемгеорадиолокационныхпрофилейвпроцессеизмерениянаэкранеперсонального компьютера. Для ударного возбуждения антенн используетсябыстродействующий прецизионный газовый разрядник на 5кВ или 15кВ, илитвердотельный генератор мощных наносекундных импульсов.3.2. Технические характеристики георадаров ГРОТ 12 и ГРОТ 12ЕВ таблице 1 представлены технические характеристики некоторыхгеорадаров серии ГРОТ.Таблица 1Диапазон рабочих частот, МГцДинамический диапазон, дБДиапазон регистрируемых временныхзадержек, нсВходное сопротивление, ОмИмпульсная мощность передатчика,МВт, не менееДлина импульса передатчика, нсЧувствительность приемника, мкВ неменееГРОТ 121 - 200140ГРОТ 12Е50-500/100-1500140 -160до 1024010240-32000100100115-201-51005086Диапазон рабочих температур, гр.СПотребляемая мощность, Вт, не болееВес георадара с аккумуляторами, кг, неболееСкорость передачи данных МБОД, неменееОбработка в реальном времени, сУправление программное через ПК-20 +503-20 +6063,53,511<1RS232, USB, EthernetБеспроводное(Bluetooth)<1RS232, Ethernet, USB,Беспроводное(Bluetooth)Высокое качество оцифровки принимаемого сигнала за счет получениялинейной оцифровки волновой формы сигнала до временных задержек 32000нс позволило существенно повысить динамический диапазон и, следовательно,реальный потенциал прибора до 140-160дБ эффективно реализуемый напрактике.Используемые в георадарах антенны не в меньшей степени, чем мощностьпередатчикаичувствительностьприемникаопределяютпредельныевозможности зондирования.
Они должны обладать двумя важными свойствами:широкой полосой пропускания и малой дисперсностью. Отсутствие первогокачества приводит к длительному «звону» - затухающим колебаниямзондирующего сигнала. Звон маскирует слабые принимаемые отраженныесигналы с большими задержками на фоне сильного незатухающего «звона» и,какследствие,уменьшаетглубинузондирования.Вслучаесильнойдисперсности антенны, выражающейся в сильной зависимости групповойскорости от частоты, сравнимой с дисперсией в исследуемой среде,происходит, «размазывание» и излучаемого и принимаемого импульса вовремени.
Этот эффект аналогичен рассмотренному в первом и второмпараграфе эффекту появления низкочастотного «хвоста», что приводит куменьшению амплитуды импульса и ухудшению временного разрешения.Среди возможных вариантов антенн, применяемых в настоящее время длягеорадарногонаибольшейзондированиястепенисверхширокополоснымиудовлетворяюттребуемымимпульсами,свойствамврезистивнонагруженные диполи [36, 37]. Именно эти антенны используются в георадарах87ГРОТ 12, ГРОТ 12Е и ГРОТ 12Н.
Большая импульсная мощность генератора иамплитуда зондирующего сигнала для решения некоторых задач, близкая кизбыточной, позволяет частично отдать ее для теплового рассеивания нарезистивной нагрузке без неприемлемого ущерба для глубины зондирования.3.3.Сравнениерезультатовгеорадарногозондированиясрезультатами зондирования другими способами и области эффективногоприменения георадарного зондирования3.3.1.
Экспериментальное сопоставление методов георадиолокации исейсмоакустического зондированияДанные георадиолокационного зондирования с земной поверхности редкосравнивают на одних и тех же профилях с данными сейсмическогозондирования, по той причине, что зоны, в которых обоими методамиполучаются достоверные результаты, редко перекрываются по глубине. Насредних и низкопроводящих, слабо обводнённых почвах, георадары позволяютзондировать на глубину единицы-десятки метров, а сейсмические волны прималом контрасте соседних слоёв не позволяют получать данные сопоставимогокачества.Сувеличениемглубинызондирования,сиспользованиемсверхширокополосных импульсов, до сотен метров на низко проводящих ислабо обводнённых почвах появилась возможность визуально сравниватьрезультаты сейсмического и георадиолокационного зондирования.
К такимпочвам относятся самые большие по площади перекрывающие породыугольных бассейнов в Австралии в штатах Новый Южный Уэльс и Квинслэнд.Одной из задач подповерхностного зондирования при разведке будущихугольных карьеров, где предполагается добыча угля самым экономическивыгодным открытым способом, является обнаружение и оценка мощностиперекрывающих базальтовых пород, существенно затрудняющих вскрытиепродуктивного пласта. На рис. 3.3.1 видно, даже без предварительнойобработки, что эта задача эффективно решается до глубины 100 метров с88использованием георадиолокации и не может быть решена с использованиемстандартной аппаратуры сейсморазведки.Рис 3.3.1.
Сопоставление результатов сейсмического и георадиолокационногозондирования на одном и том же разрезе в штате Квинслэнд (Австралия).Данный пример демонстрирует необходимость применения способовэлектромагнитного зондирования и, в частности, георадиолокации, длянекоторых, нередко встречающихся стандартных задач геофизической разведки[38]. Вместе с тем, рис.3.3.1 демонстрирует, что полную картину исследованиякосвенными методами геологического разреза можно получить только присовместном использовании данных сейсмического и электромагнитногозондирования.При обеспечении геофизических, проходческих работ и добычи твёрдыхполезных ископаемых были исследованы неоднородные структуры грунтовсложного состава на месторождениях хромитовых руд и калийных солей.Дальность (глубина) информативного зондирования составляла до 90 метров89при профилировании с поверхности земли и через стенки подземных штреков ивыработок.
Были картированы – с точностью до 0.1 – 1 м - подземные зонытрещиноватости грунтовой толщи, разрывных тектонических и техногенныхнарушений сплошности рудных слоев, повышенного рассолонасыщения.В работах были использованы георадары ГРОТ-12, которые показали своюэффективность в исследовательских и прикладных работах с грунтами с четковыраженной(различиядиэлектрическихпроницаемостейΔε/εи/илипроводимостей Δσ/σ ≥ 10%) объемной неоднородностью (слоистостью)[39,40,41].Задача обнаружения и идентификации неоднородностей становитсятрудней (ужесточаются требования к чувствительности и разрешающейспособности аппаратуры зондирования), если мы имеем дело с трещиноватымигорными породами [42].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
