Ответы на ваши вопросы о георадаре

На этой странице размещены некоторые основные принципы работы георадара.

Георадар

Георадар состоит из трех основных компонентов:

1) блока управления 2) антенны и 3) блока питания, как показано на рис. 1.

Рис. 1: Полная комплектация георадара

Георадары компании GSSI работают от различных источников питания: начиная от пальчиковых и автомобильных аккумуляторов до обычной электросети с напряжением 110/220В. Каждому типу источника питания соответствуют свои разъемы и адаптеры. Устройство на рисунке выше может работать от небольшого внутреннего аккумулятора или от внешнего источника питания.

Блок управления содержит электронное оборудование, вызывающее импульсы радиолокационной энергии, которую антенна посылает в землю. В нем также содержится встроенный компьютер и жесткий диск / твердотельная память для сохранения исследуемых данных и после полевых работ. Некоторые устройства, например GSSI SIR-20, контролируются прилагающимся портативным компьютером с установленным программным обеспечением на базе системы Windows. Эти программы позволяют обрабатывать и интерпретировать данные без пересылки файлов георадара на другой компьютер.

Электрический импульс, генерируемый в блоке управления, получает антенна, усиливает его и передает в землю или другую среду на определенной частоте. Частота, на которой работает антенна, является одним из важнейших факторов, который влияет на глубину проникновения. Чем выше частота работы антенны, тем меньше глубина проникновения сигнала радара. В то же время антенна, работающая на более высоких частотах, обнаруживает меньше целей, поэтому от выбора антенны зависит успешность исследования. В следующей таблице приведено частоту работы антенны, приблизительную глубину проникновения и соответствующие сферы применения.

Сферы применения
Первичная антенна
Вторичная антенна
Приблизительная глубина проникновения
Исследование строительного бетона, автомобильных дорог, мостового настила 2600 MHz 1600 MHz 0-0.3 m (0-1.0 ft)
Исследование строительного бетона, автомобильных дорог, мостового настила 1600 MHz 1000 MHz 0-0.45 m (0-1.5 ft)
Исследование строительного бетона, автомобильных дорог, мостового настила 1000 MHz 900 MHz 0-0.6 m (0-2.0 ft)
Исследование бетона, неглубоких почв, археологические исследования 900 MHz 400 MHz 0-1 m (0-3 ft)
Геологические исследования на небольшой глубине, поиск подземных коммуникации и резервуаров, археологические исследования 400 MHz 270 MHz 0-4 m (0-12 ft)
Геологические и экологические исследования, поиск подземных коммуникаций, археологические исследования 270 MHz 200 MHz 0-5.5 m (0-18 ft)
Геологические и экологические исследования, поиск подземных коммуникаций, археологические исследования 200 MHz 100 MHz 0-9 m (0-30 ft)
Геологическое профилирование 100 MHz MLF (16-80 MHz) 0-30 m (0-90 ft)
Геологическое профилирование MLF (16-80 MHz) None Greater than 30 m (90 ft)

Принцип работы георадара

Работая, георадар посылает крошечные импульсы энергии в исследуемую среду и фиксирует силу и время, необходимые для возвращения отраженных сигналов. Серия импульсов направленных на один и тот же участок являет собой, так называемую, сканограмму. Отражение сигнала происходит всякий раз, когда импульс проникает в среду со свойствами электропроводности или диэлектрической проницаемости, отличающимися от среды, из которой он поступил. Сила, или амплитуда, отражения определяется контрастом диэлектрических постоянных и проводимостей двух сред. Это означает, что импульс, который движется из сухого песка (значение диэлектрической проницаемости – 5) во влажный песок (значение диэлектрической проницаемости – 30) создает очень сильное отражение, в то время как при движении из сухого песка (5) в известняк (7), импульс создает относительно слабое отражение.

Хотя некоторые отраженные импульсы возвращаются к антенне, все же часть энергии задерживается в исследуемой среде до тех пор, пока не рассеется (затухнет) или блок управления георадаром не закроет временное окно на мониторе (рис. 2). Скорость затухания сигнала значительно колеблется и зависит от свойств среды, в которую поступает импульс.


Рис. 2: Георадар посылает импульс

Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью замедляют распространение радиолокационной волны, поэтому она не проникает далеко вглубь. Материалы с высокой электропроводностью быстро ослабляют сигнал. Насыщение водой значительно повышает значение диэлектрической проницаемости материалов, поэтому исследуемую территорию следует тщательно изучить на признаки перенасыщенности водой.

Металлы полностью отражают сигналы, не пропуская их дальше сквозь себя, поэтому объекты под листовым металлом, под мелкой металлической сеткой или под металлическим настилом видны не будут.

Антенна излучает радиолокационную энергию не по прямой линии, а конусообразно (рис. 3). Время прохождения импульса энергии в прямом и обратном направлении на переднем крае конуса больше, чем непосредственно под антенной, так как передний край конуса представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника.


Рис. 3: Конусообразное излучение радиолокационной энергии

Так как для получения этой энергии необходимо больше времени, она фиксируется ниже в профиле. Пока антенна приближается к цели, расстояние между ними уменьшается до тех пор, пока антенна не будет прямо над целью; когда же антенна отдаляется – расстояние увеличивается, поэтому единичная цель отображается в данных, как гипербола, или перевернутая буква "U". А значит, фактически цель является пиком амплитуды небольшой положительной волны (Рис. 3 снизу).

Данные собираются в виде параллельных поперечных разрезов, затем объединяются в надлежащих местах для дальнейшей компьютерной обработки с помощью специализированного программного обеспечения, как, например, RADAN компании GSSI. Затем компьютер создает горизонтальную поверхность на определенной глубине в записи, что называется глубиной среза, которая позволяет пользователю интерпретировать горизонтальную проекцию обследуемой территории.

Обработка данных

Иногда пользователю георадара необходимо только "запомнить" местоположение объекта, но его не распознавать. В таких целях можно использовать формат простой линейной сканограммы для того, чтобы только отметить приблизительные масштабы объекта на исследуемой поверхности. В других ситуациях могут потребоваться подробные карты подземных структур и данные о глубинах. Тогда пользователю георадара понадобится программное обеспечение для обработки данных, которое применяет к ним математические функции с целью устранения фоновых помех, рассчитывает точную глубину и, кроме этого, обладает массой других возможностей.