Глубинность, разрешающая способность и детальность георадарных исследований.

Глубинностью исследований называется максимальная глубина отражающего объекта, который проявляется на радарограмме. Глубинность исследований тем больше, чем ниже центральная частота возбуждаемых электромагнитных колебаний и выше удельное сопротивление разреза, так как поглощение электромагнитного поля пропорционально корню из произведения частоты и проводимости.

Разрешающей способностью по глубине называют минимальное расстояние по глубине, на котором могут быть различимы два отражающих объекта или их детали. Она определяется длиной волны, которая прямо пропорциональна скорости и обратно пропорциональна частоте электромагнитных волн в среде.

Разрешающая способность по горизонтали определяется размером первой зоны Френеля. Размеры первой зоны Френеля зависят от глубины объекта и центральной частоты зондирующего импульса. Чем меньше глубина и выше частота, тем меньше размер 1ой зоны Френеля и, следовательно, выше разрешающая способность по горизонтали.

При понижении частоты падает разрешающая способность, но увеличивается глубинность исследований. Например, при сопротивлениях 150 -300 Ом·м и частоте 50 - 100 МГц глубинность составляет в среднем 10 – 15 метров, а разрешающая способность при этом составит 0.5 - 1 м.

Детальность или интервал наблюдений (расстояние между трассами) по профилю зависит от свойств аппаратуры и способа наблюдений. Она определяется двумя характеристиками - количеством сигналов, возбуждаемых и принимаемых в единицу времени и скоростью перемещения по профилю при работе в движении. Рекомендуемое расстояние между трассами 4 - 5 см.

На рис.3 показаны результаты физического моделирования полей дифракции над различными неоднородностями, закопанными в грунт.

 

Рис.3 -Радарограммы, полученные на тестовом полигоне (Италия). Георадар RAMAC/GPR, частота 200МГц. А – радарограмма, Б – физическая модель разреза

Тестовые объекты: A) полистироловый диск, диаметр 60 см, толщина 30 см, глубина до верхней кромки около 100 см; B) полистироловый диск, диаметр 60 см, толщина 15 см, глубина до верхней кромки около 60 см; C) бетонная труба, диаметр 60 см, глубина до центра около 100 см; D) полихлорвиниловая (PVC) труба, диаметр 20 см, глубина до центра около 60 см; E) железная труба, диаметр 6.35 см, глубина до центра около 60 см; F) железная труба, диаметр 6.35 см, глубина до центра около 30 см; G) деревянный диск, диаметр 60 см, толщина 4 см, глубина до верхней кромки около 60 см; H) железный диск, диаметр 60 см, толщина 4 см, глубина до верхней кромки около 60 см.

Глава 2. Методика и аппаратура

Методика

 

Георадарные работы - это аналог метода t₀ в сейсморазведке. Работы ведутся на постоянном малом расстоянии между источником и приемником. Регистрируются времена прихода отраженных волн, и по этому времени, зная скорость электромагнитной волны, мы можем определить глубину залегания объекта.

 

Рис.4 - Форма зондирующего импульса

 

Длительность записи одной трассы (развертка) должна превышать двойное время пробега до самого глубокого объекта исследований. Основанием для выбора развертки служат сведения о глубинах и предполагаемые или заранее известные значения скоростей распространения электромагнитных волн в среде. При этом шаг дискретизации по времени должен быть достаточным для детального описания сигнала (10-20 точек на период центральной частоты).

Выбор усиления регистрируемого сигнала - постоянного коэффициента и автоматической регулировки усиления осуществляется непосредственно в начале полевых наблюдений. Оптимально подобранные параметры усиления должны обеспечить запись без зашкалов по амплитуде и сравнимые интенсивности сигналов в начале и в конце интервала регистрации.

Аппаратура

 

В последнее время в России широкое распространение получили георадары компании «ЛОГИС» ОКО-2.

Комплектующие ОКО-2:

Блок управления

Блок управления (БУ) обеспечивает управление всеми режимами работы георадара, производит первичную обработку полученных данных и преобразует сигналы, полученные от антенного блока, в стандартные сигналы для ноутбука (Ethernet, USB). В БУ встроен преобразователь напряжения, предназначенный для питания ноутбука, который обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 15..22 В. Мощность преобразователя 60 Вт. К БУ предусмотрено подключение внешней управляющей клавиатуры в качестве дополнительной опции. БУ размещается на подвеске вместе с ноутбуком.

Блок управления и обработки

Микропроцессорный блок управления и обработки (БУО) предназначен для управления всеми режимами работы георадара, вывода георадиолокационных профилей на экран, записи их на Flash-диск, первичной обработки полученного материала и обмена данными с компьютером по интерфейсу Ethernet. БУО работаетс антенными блоками напрямую, ноутбук и блок управления при этом не требуются.

БУО создан специально для работы в неблагоприятных условиях (дождь, мороз) и выпускаются во всеклиматическом исполнении (работоспособность гарантируется в диапазоне температур -20...+50°С).

Вывод данных производится на цветной ЖК-индикатор повышенной контрастности размером 6,5" с разрешением 640х480 точек. Полученные данные записываются на встроенный на Flash-диск емкостью 256 Мб.

Управление БУО максимально упрощено и осуществляется с помощью влагозащищенных кнопок, расположенных на лицевой панели.

Питание БУО производится от внешнего никель металлогидридного аккумулятора. Во время полевых работ прибор размещаются в защитном кофре. Потребляемая мощность - менее 8 Вт. 2.2.3. Блоки питания

Блок питания БП 9/12 с никель-металлогидридной аккумуляторной батареей, напряжением 12 В и емкостью 9 Ач служит для питания БУ и ноутбука (или блока обработки) георадара.

Блоки питания БП 2/12 и БП 3,8/12 предназначены для питания антенных блоков.

Блок питания БП 4,5/12 напряжением 12 В и емкостью 4,5 Ач служит для питания БУО.

Батареи рассчитаны не менее чем на 500 циклов разрядки/зарядки. Степень разряженности аккумуляторных батарей георадара контролируется с помощью световой и звуковой индикации.

Конструкция блоков питания в пыле-влагозащищенном исполнении обеспечивает безопасную эффективную работу георадара в любом положении

Антенные блоки.

Неэкранированные.

Антенные блоки (АБ) георадара "ОКО-2" сменные, состоят из приемного и передающего блоков. Антенные блоки делятся на два класса - с оптической развязкой по сигнальным и информационным цепям, и без оптической развязки. В антенных блоках с оптической развязкой приемный и передающий блоки питаются от отдельных блоков питания, а для передачи сигнала ИЗП от приемного блока к передающему используется оптический кабель. В антенных блоках без оптической развязки питание подается по интерфейсному кабелю от блока управления. Все антенные блоки выпускаются в пылевлагозащищённом исполнении. Потребляемая мощность - около 7-8 Вт.

Экранированные.

В экранированных антенных блоках широкополосные антенны сверху закрыты проводящим экраном. Цель такой конструкции - подавление излучения в верхнее полупространство и подавление отражений от объектов, находящихся в верхнем полупространстве.

Рупорные.

Рупорные антенны имеют обуженную диаграмму направленности и могут работать с отрывом от поверхности до 20 см и более. Применение рупорных антенн улучшает обнаружение объектов и границ, причем как контрастных по диэлектрической проницаемости, так и малоконтрастных. Особенно актуально это в приповерхностной части разреза. Работа с отрывом от поверхности позволяет исключить маскирование объектов, находящихся в приповерхностной части разреза, поскольку "мешающий" сигнал от передатчика (так называемая прямая волна) смещается в воздушную область.

РМ-2. Радиомодем РМ-2.

Для дистанционного управления георадаром предусмотрен комплект с радиомодемом РМ-2. При работе с радиомодемом оператор с ноутбуком может находиться в защищенном от внешних климатических условий месте, а другой оператор при этом перемещает антенный блок по профилю.В комплект входит: радиомодем, блок питания БП-3,8/12, преобразователь напряжения для ноутбука и комплект кабелей. Максимальная удаленность на открытой площадке до 100 м.

Датчик перемещения ДП-32.

Служит для точной привязки результатов георадиолокации к местности.Датчик перемещения с колесом (ДП-32) используется при перемещении антенного блока по твердой поверхности.Конструкция ДП-32 позволяет эксплуатировать прибор в неблагоприятных погодных условиях. Питание осуществляется с помощью двух элементов АА по 1,5 В. Передача информации осуществляется через оптический кабель.

Измеритель пути с катушкой (ИП).

Используется при работе на пересеченной местности или при работе на небольших водоемах.Конец нити крепится к неподвижному объекту в начале профиля. При движении антенного блока производится измерение пути за счет разматывающейся нити.Подключение осуществляется с помощью оптического кабеля. Питание осуществляется от одного элемента АА 1,5В.

Датчик перемещения автомобильный (ДПА).

Используется при работах на автомобиле. Датчик подключается непосредственно к одометру транспортного средства.