Георадары

В отличие от навигационных радиолокаторов так называемые "георадары" направляют свои радиоимпульсы не в свободное пространство, а в исследуемую среду (в землю, воду, стены и т.п.). Зондирующий радиоимпульс, проходя сквозь среду, отражается от имеющихся в ней неоднородностей. Отраженные радиосигналы несут информацию о структуре среды. При перемещении георадара вдоль поверхности среды формируется картина, которая позволяет определить наличие, местонахождение, глубину залегания и размеры скрытых объектов.

На рис. слева показана фотография блока обработки сигналов и индикации одного из современных компактных георадаров "ОКА".

Рис. Индикатор с блоком селекции и обработки сигналов георадара "ОКА" (слева); самодвижущийся сканер с антенной АБ-1700 (справа)э

Его назначение – радиолокационное выявление в грунтах, в насыпях, оползнях, под автомобильным или железнодорожным полотном, под водой, во льду и под ним разных структурных неоднородностей, карстовых пустот, промоин, трещин, разломов, инородных тел и т.д.

Радар имеет 8 сменных антенных блоков, рассчитанных на разную глубину зондирования и соответственно на разную частоту и продолжительность радиоимпульсов. Среди них имеются и герметичные антенные блоки, рассчитанные на погружение в воду на десятки метров.

Низкочастотные антенны используют для исследований на глубину до 10-30 м с точностью определения глубины залегания 0,5 м, а более высокочастотные – для исследований на меньшие глубины (метры). Например, высокочастотная антенна АБ-1700 излучает импульсы с частотой 1,7 ГГц. Это обеспечивает разрешающую способность 3 см на глубинах до 1 м.

Антенные блоки устанавливают на самодвижущуюся тележку, способную перемещаться со скоростью 5-10 м/с, поддерживая радиосвязь с блоком обработки в радиусе до 100 м. На ней установлены автоматические датчики перемещения. Для сканирования антенны на большие расстояния тележку цепляют к автомобилю, трактору и т.п. С целью привязки к абсолютным геофизическим координатам предусмотрены связь со спутниковыми навигационными системами GPS и GLONACC

Некоторые примеры применения георадаров приведены на рис. На рис. показано изображение, сформированное на жидкокристаллическом экране георадара "ОКА" при исследовании слоя мела, который выделен белым цветом. Черными линиями выделены профили повышенного отражения радиоволн на границах раздела между разными слоями. Полученные профили позволяют рассчитать запасы мела и определить границы продуктивных залежей.

Рис. Радиолокационное изображение профилей продуктивного слоя мела на экране георадара "ОКА" с антенной АБ-150.

Другой пример можно увидеть на рис. …, где сверху показано первичное радиолокационное изображение, а снизу – уточненное и обработанное изображение после выборочного геологического исследования слоёв и их интерпретации специалистами. Верхний уровень (0,0 м) соответствует положению поверхности воды в болоте. На отредактированном изображении хорошо видны контуры и размеры продуктивного слоя торфа.

Рис. . Радиолокационное изображение, полученное на экране георадара "ОКА" с антенной АБ-150 при исследовании торфяного болота (сверху) и его инженерно-геологическая интерпретация на том же экране (внизу).

В георадарах сейчас все шире применяют "широкополосную" (UltraWideBand – UWB) радиолокацию, когда ширина спектра радиосигнала превышает 25 % его центральной частоты. Проще говоря, излучаются лишь несколько периодов колебаний на центральной частоте или короткие одиночные импульсы.

С целью радиолокационного выявления местонахождения людей, которые оказались под завалами после землетрясения или после другой стихийной или техногенной катастрофы, разработан специальный режим зондирования и обработки сигналов. В этом режиме из общего отраженного сигнала вычитается сигнал отражения от неподвижных объектов, находящихся на той же глубине. Благодаря этому достигают высокой чувствительности при выявлении подвижных объектов, например, дыхательных колебаний грудной клетки человека и других его движений. Сигналы от подвижных объектов выделяют по изменению частоты принятых радиосигналов вследствие эффекта Доплера. Этот режим работы показан на рис. 13.14: сверху – уровень сигналов отражения от неподвижных объектов, снизу – профиль разностного сигнала при наличии человека за стенами. Прямоугольником выделен весьма существенный разностный сигнал, обусловленный движениями человека и его грудной клетки.

Рис. . Профилограммы радиолокационных сигналов при выявлении человека за стенами

Широкая полоса частот предопределяет небольшой пространственный размер "волнового пакета" и обусловленную этим высокую пространственную разрешающую способность. Например, радиоимпульсу продолжительностью 0,1 нс соответствует волновой пакет длиной лишь 3 см. Такой "пакет" различает уже сантиметровые детали структуры объекта, от которого он отражается. Короткие импульсы предопределяют также низкую среднюю (во времени) мощность излучения. При средней мощности лишь в несколько милливатт можно обеспечить дальность выявления целей от нескольких метров до километров.