Открыть список
Как стать автором
Обновить

Комментарии 22

Отличная статья! Причем отличается высоким техническим уровнем, а это на Хабре, увы, не так часто, как хотелось бы…
Посмотрите в личных сообщениях, я вам там написал…
не совсем понял из описания:
— радар меняет частоту излучения. он делает это ступеньками или чистый аналоговый треугольник? если есть ступеньки при смене частоты, то в таком случае он разве не импульсный получается? просто много импульсов практически без зазоров между излучениями.

тема георадаров очень интересна, но меня всегда интересовало как всё это интерпретируется. обычно показывают какие то разводы на экране, иногда цветные, и с умным видом говорят — «вот это труба» или «здесь золото»… Напоминает гадание на кофейной гуще, ну или матрицу «ты видишь символы, а я вижу девушку в красном платье»… в общем вопрос в том, что эти разводы несут информацию? не профиль, а что либо больше? ну например что произошла смена слоя глины на слой гранита. или это надо именно угадывать состав слоёв?
По отражающей способности слоя анализируется его плотность.
плотность это не состав. плотность свинца и золота близка и не думаю что радар отличит одно от другого по плотности. то есть я правильно понимаю что всё таки гадание на кофейной гуще? «золота здесь не может быть, поэтому это свинец» — верно?
я понимаю что вся геология это угадывание по косвенным признакам, но разве нет точной науки в этом вопросе? чтобы на скане наводишь мышку и он говорил «золото», «глинозём сибирский», «какули динозавра»… без угадывания и предположений что «это», потому что «того» здесь не бывает обычно…

С пакетом gprMax можно побаловаться с виртуальным GPR, задавая форму импульса, выбирая антенну, задавая параметры среды и объектов, и получая трассы и профили, оценить возможность распознавания мишеней.

Говоря о непрерывности сигнала, имеют ввиду его непрерывность во временной области. В частотной же области спектр может изменяться как непрерывно, так и скачками. В моем случае частота меняется около 30 000 раз за период свипирования, что можно принять за непрерывное изменение.
интерпретация результатов измерений заключаются в поиске гипербол на радарограмме и измерении параметров этих самых гипербол. гиперболы возникают при перемещении антенны георадара над любыми неоднородностями среды. По параметрам гипербол можно определить скорость распространения сигнала в среде, затем вычисляется диэлектрическая проницаемость среды, по которой, собственно, и идентифицируется среда. по интенсивности сигнала и поведению фазы сигнала в вершине гиперболы можно судить о типе цели — металл, пустота, включения другого диэлектрика. Золото от железа отличить таким образом невозможно. получилось сумбурно, но все же…
Погодите, погодите! То есть, нам нагло врали о том, что только короткие импульсные сигналы, сверхширокополосные импульсы, могут проходить через почву? См. «Вопросы подповерхностной радиолокации», Гринев. То есть, и вполне узкополосный сигнал проходит?

Вид модуляции не столь критичен. Проблема использования непрерывного сигнала в том, что на фоне излучаемого сигнала необходимо выделить слабый отраженный. Кроме того, немодулированная несущая не даёт решить другую задачу- определить расстояние до отражающего слоя. Использование ЛЧМ или коротких зондирующих импульсов позволяет решить эту проблему.

Через почву проходят и узкополосные, и широкополосные сигналы с достаточной энергией. полоса сигнала лишь определяет разрешение радара по глубине, а распределение энергии по частотам спектра определяет ослабление сигнала в почве.
В импульсных радарах короткие (сверхширокополосные) импульсы имеют малую энергетику, поэтому амплитуду импульса приходится увеличивать до десятков киловольт, но в этом случае возникает ряд технических проблем — пробой воздуха, насыщение приемника. В случае FMCW радара энергия киловольтного наносекундного импульса «размазана» по миллисекундному свипу (при этом энергия и спектр сигнала аналогичны сигналу импульсного радара), в связи с чем указанные проблемы (пробой и насыщение) отсутствуют, повышая тем самым чувствительность приемника и динамический диапазон радара.
С георадарами непрерывного действия не сталкивался, а
импульсные имеют малую проникающую способность в проводящей среде.
Например в увлажненных глинах не более метра и полностью проигрывают ЗСБ.
С практической точки зрения имеет смысл для задач зондирования гравийной
подушки (автомобильные дороги) или поиск неоднородностей в различных ЖБ плитах. Поэтому выбрали другой способ: становления поля.
От меня требовали диапазон глубин от 1 метра и километров (максимум глубины равен четырехкратному размеру излучающей антенны).
Сделал оборудование и для размещения размещения на вертолетной платформе (бублик площадью 150м2 на подвесе). sibgeotech.ru/kags
Оборудование имеет сертификат как средство измерения и результат подтверждается последующим бурением (в качестве теста вертолетом искали источники воды пригодной для животноводства).
По поводу зарабатывания финансов — очень сомнительно для типичных грунтов. Даже для курумников не подходит.
Хорошая статья. Однако, ожидал увидеть конкретную реализацию или хотя бы список основных компонентов.
Тогда первые георадары на этом принципе вы увидите уже у китайцев. В принципе, и той информации, что есть, достаточно для реализации.

На деле не все так радужно. Тема работы весьма интересная, но в работе она не раскрыта. Так что китайцев можно не бояться. Как известно дьявол кроется в деталях. А тут о деталях ни слова. К примеру обратите внимание, что приведенный на рисунке 7 спектр сигнала биений далёк от идеальной палки, хорошо видно, что спектр размыт по частоте. К чему это приведет? Если я правильно оценил масштаб то 1 кГц по частоте, равен 1 метру по дальности. С учётом наблюдаемого размытия спектра биений по частоте, мощный отраженный сигнал от цели находящейся на расстоянии 1 метр будет маскировать слабые отражения в интервале дальностей 1м...~7м. Т.е. в этом диапазоне дальностей динамический диапазон не достигает заявленных 100дБ. А таких ярких мешающих отражений может быть много. Самый простой пример- граница раздела двух сред воздух-грунт. Отдельный вопрос, а какой динамический диапазон требуется для практических задач геолокации?
На мой взгляд в работе не раскрыты и вопрос практически полученных характеристик передатчика: экспериментально измеренное значение нелинейности, неравномерность АЧХ, фазовые шумы передатчика. На сколько моделирование совпало с результатами эксперимента? Без всего этого даже сложно понять значимость полученного результата. Отдельного внимания заслуживают рассуждения на тему антенн. Со спиральными антеннами несмотря на их хорошие частотные характеристики есть одна маленькая проблема связанная с приемом отраженных сигналов. Их надо две- левой и правой поляризации. На данном этапе работа представляет общий обзор принципов и никаких ноу-хау не содержит. Несколько смущает и лёгкость с какой автор берётся за диапазон как за диапазон (1-1001)МГц, так и за (2000-3000)МГц. Как решено перекрытие такого диапазона в одном устройстве? Несколько каналов? Формирование ЛЧМ в квадратуре и перенос по частоте? Об этом ни слова. Ещё раз тема интересная, но совершенно не раскрыта.

1 динамический диапазон (ДД) импульсных георадаров обычно составляет (с учетом накопления и усреднений) около 70 дБ (см. ссылку на работу 2 из списка литературы), что является ответом на вопрос о требуемом ДД для практических задач.
Масштаб вы оценили верно, 1 кГц по частоте, равен 1 метру по дальности. Предлагаю рассмотреть требуемый ДД на Вашем же примере: пусть требуется одновременное обнаружение двух целей, находящихся на дальностях 1 м и 7 м. предположим, что ЭПР целей отличаются в 1000 раз (ближняя цель дает более мощный сигнал). различия в уровне (по мощности) принятого сигнала оценим по основному уравнению радиолокации: 10*log((7/1)**4) + 10*log(1000)=64 дБ. Таким образом, для обнаружения целей в диапазоне (1-7)м не требуется ДД, больший 70 дБ. Увеличение ДД необходимо для обнаружения целей с большей дальностью (из-за закона обратной 4-й степени расстояния).
Граница раздела двух сред воздух-грунт действительно дает сильные помехи, как и пролаз сигнала с передающей антенны на приемную, с которыми борются следующим образом. после смесителя перед АЦП устанавливается ВЧ фильтр с АЧХ, снижающей уровни низкочастотных паразитных составляющих до приемлемых величин. Как пример, АЧХ может иметь наклон 12дБ/октава.
2 «На мой взгляд в работе не раскрыты и вопрос практически полученных характеристик передатчика: экспериментально измеренное значение нелинейности, неравномерность АЧХ, фазовые шумы передатчика. На сколько моделирование совпало с результатами эксперимента?»
Значения нелинейности, неравномерность АЧХ и фазовые шумы — составляющие, полностью определяющие динамический диапазон (рис. 7). Полагаю, что данные, приведенные на рис. 7, исключают необходимость непростой дополнительной экспериментальной проверки.
3 «Со спиральными антеннами несмотря на их хорошие частотные характеристики есть одна маленькая проблема связанная с приемом отраженных сигналов. Их надо две- левой и правой поляризации.»
Их надо две — левой (на передачу) и правой (на прием) поляризации. в этом и заключается преимущество антенн с круговой поляризацией — только эти антенны позволяют снизить пролаз с передающей антенны в приемную (увеличить развязку) из-за кроссполяризации. При наличии интереса можете посмотреть: J. Martínez, S. Alvarez and M. A. Yarlequé, «Assessing the performance of three type of UWB antennas for FMCW GPR imaging,» 2018 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Cartagena, Colombia, 2018, pp. 620-622
4 «Несколько смущает и лёгкость с какой автор берётся за диапазон как за диапазон (1-1001)МГц, так и за (2000-3000)МГц».
Диапазон определяется частотой гетеродина и фильтрацией после преобразования. Смена диапазона не является программной опцией, а требует вмешательства в плату — замену LTCC фильтров. ну и имеются некоторые проблемы (решаемые) в диапазоне (1-1001)МГц, связанные с неравномерностью АЧХ.
5 про китайцев.
можно потратить много денег и годы исследований и прийти к результату, который окажется не нужным. поэтому любая разработка несет в себе риск оказаться невостребованной. вариантов реализации передатчиков для FMCW радаров множество — DDS, DDS + PLL, Look up table + VCO и др., но далеко не все они работоспособны.
в статье приводится вариант реализации передатчика, который гарантированно приведет к конкурентному преимуществу на рынке георадаров, в этом и состоит ценность приведенных технических решений. дальнейшую проработку можно выполнить и самостоятельно, тем более, что риск неудачи сводится к нулю.

Большое спасибо за комментарии они во многом ответили на мои вопросы. Небольшое замечание к моему комментарию о динамическом диапазоне. Речь о том что бы обнаружить и разрешить на дальностях 1 и 2 метра(условно) яркую и слабую цель. И вопрос по рисунку 7, децибеллы считались по мощности или по напряжению? Вопрос по ltcc фильтрами вы их заказываете или используете чью-то стандартную линейку.

Всегда пожалуйста. График в децибеллах на рисунке 7 не изменится, независимо от того, считать его по мощности или по напряжению. может, я не понял вопрос, но 10*log(p2/p1)=20*log(u2/u1).
по фильтрам — использую стандартную линейку lfcn и hfcn от MS.

Да, нехорошо вопрос задал. Мне было интересно оценить уровень шумов в абсолютной величине.

А можно ли на этом принципе сделать нелинейный локатор? Если принимать сигнал не на основной частоте, а на 2-й, 3-й гармониках, то это может дать какую-то интересную информацию о подземных объектах??
Новой информации для именно георадара не будет, так как интересующие объекты не проявляют нелинейных свойств. Если только на свалке искать закопанные глубоко электронные элементы :) как, например, собирались искать выброшенные в период кризиса видеоигр картриджи с невышедшей игрой Атари ( habr.com/ru/post/221283 ). Но для поиска всяких там жучков и радиомикрофонов, возможно будет полезно — вы получаете сразу расстояние до этого жучка, его глубину залегания в стене, и не косвенным методом, а прямым. Идея вполне патентоспособная :)
Не обязательно электроника, полупроводниковые свойства проявляют также оксидные плёнки на поверхности металлов, причём разные материалы можно дифференцировать по соотношению уровня разных гармоник.

1 в нелинейной радиолокации играют роль не только элементы с нелинейной ВАХ, но и выводы элементов и дорожки печатных плат — паразитные приемопередающие антенны, которые излучают регистрируемый приёмником радара сигнал. При этом, размеры паразитных антенн должны быть кратны половине длины волны излучаемых волн.
2 Сами по себе полупроводники не проявляют нелинейных свойств, нужны p-n-переходы в достаточной концентрации, либо барьеры Шоттки
Учитывая эти обстоятельства, полагаю маловероятным обнаружение методами георадиолокации нелинейных свойств окисленных металлов. Если и хватит чувствительности метода, полезной информации извлечь не удастся.

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.