Радиолокатор-интроскоп

Радиолокатор-интроскоп

Реферат

 

Изобретение относится к интроскопии недр земли, неразрушающим методам исследования материалов и изделий и может быть использовано при контроле качества строительных конструкций из прозрачных для радиоволн материалов. Радиолокатор-интроскоп содержит блок 1 формирования зондирующих СШП-импульсов, состоящий из первого излучающего антенно-фидерного блока 2 и генератора 3 импульсов ударного возбуждения (ГИУВ); блок 4 синхронизации, состоящий из последовательно соединенных синхронизатора 5 и линии задержки 6; приемно-регистрирующий блок 7, состоящий из приемного антенно-фидерного блока 8, стробоскопического преобразователя с осциллографом 9 и первого аналого-цифрового преобразователя 10-1; ЭВМ 11; второй излучающий антенно-фидерный блок 12, смещенный по оси симметрии диаграммы направленности первого излучающего антенно-фидерного блока 2 на заданную величину относительно поверхности облучения; переключатель каналов излучения 13-1, механически связанный с переключателем отраженных сигналов; ключ 14, первый 15-1 и второй 15-2 формирователями отраженных сигналов, блок 16 автозахвата и автосопровождения, состоящий из временного различителя 17, первого 18-1, второго 18-2 и третьего 18-3 фильтров нижних частот, сумматора 19, вычитателя 20, блока регулируемой задержки 21, первого генератора 22 импульсов, первого 23-1 и второго 23-2 элементов И, первого 24-1 и второго 24-2 асинхронных RS-триггеров, элемента задержки 25, инвертора 26, первого элемента ИЛИ 27, при этом временной различитель 17 состоит из третьего 23-3 и четвертого 23-4 элементов И и дифференциального детектора 28; блок 29 анализа временных параметров проходной характеристики, состоящий из блока 30 дифференцирования, первого порогового элемента 31-1, третьего асинхронного RS-триггера 32-1, второго порогового элемента 31-2, четвертого 32-2 и пятого 32-3 асинхронных RS-триггеров, первого 33-1, второго 33-2, третьего 33-3 и четвертого 33-4 элементов задержки, первого 34-1, второго 34-2, третьего 34-3, четвертого 34-4 и пятого 34-5 ключей, первого 35-1 и второго 35-2 компараторов нулевого напряжения, первого 36-1, второго 36-2 и третьего 36-3 формирователей импульсов, первого 37-1 и второго 37-2 счетчиков импульсов, второго генератора 38 импульсов, первого 39-1 и второго 39-2 блоков сравнения двоичных чисел, блока 40 установки двоичного числа, асинхронного Т-триггера 41 и пятого элемента И 42; блок 43 управления каналами излучения и индикации, состоящий из шестого 44-1 и седьмого 44-2 асинхронных RS-триггеров, четвертого формирователя 45 импульсов, второго элемента ИЛИ 46, четвертого фильтра нижних частот 47, первого 48-1 и второго 48-2 индикаторов, усилителя мощности 49 и реле 50; блок 51 выборки и запоминания и второй аналого-цифровой преобразователь 10-2. 11 ил.

Изобретение относится к интроскопии недр земли, неразрушающим методам исследования материалов и изделий и может быть использовано при контроле качеств строительных конструкций из прозрачных для радиоволн материалов.

Известны радиолокаторы для интроскопии недр земли, которые описаны, например, в работе Х. Ф. Хармут, Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи, М. Радио и связь, 1985, с. 34.49, рис. 1. 6. 15, а также устройства для обнаружения дефектов в неметаллических конструкциях, которые описаны, например, в авт. св. СССР N 1519355, кл. G 01N 22/02. Известные радиолокаторы содержат блоки генерации и излучения СВЧ-колебаний, а также приемно-анализирующие блоки.

Однако в них не производится автоматизация обнаружения и идентификация малоразмерных объектов в грунте или дефектов в конструкциях.

Наиболее близким к изобретению аналогом является радиолокационный измеритель, описанный в работе Л.Ю. Астанин, А.А. Костылев, Основы сверхширокополостных радиолокационных измерений, М. Радио и связь, 1989, с.112.114, рис. 5.1.

Радиолокатор содержит блок формирования зондирующих сверхширокополостных (СШП) импульсов, состоящий из излучающего антенно-фидерного блока и генератора импульсов ударного возбуждения (ГИУВ), блок синхронизации, состоящий из последовательно соединенных синхронизатора и линии задержки, приемно-регистрирующий блок, состоящий из последовательно соединенных приемного антенно-фидерного блока, стробоскопического преобразователя с осциллографом, аналого-цифрового преобразователя, соединенного с ЭВМ.

Недостатком прототипа является отсутствие автоматизированного обнаружения и идентификации малоразмерных объектов при ограниченном времени наблюдения.

Задачей, на решение которой направлено создание предложенного изобретения, является автоматизация процесса обнаружения и идентификации (классификации) малоразмерных объектов при ограниченном времени наблюдения.

Решение этой задачей достигается тем, что в радиолокатор, содержащий блок формирования зондирующих СШП-импульсов, состоящий из первого излучающего антенно-фидерного блока и генератора импульсов ударного возбуждения, блок синхронизации, состоящий из последовательно соединенных синхронизатора и линии задержки, приемно-регистрирующий блок, состоящий из последовательно соединенных приемного антенно-фидерного блока, стробоскопического преобразователя с осциллографом и первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом, первая ЭВМ, выход которой соединен с входами синхронизации первого аналого-цифрового преобразователя, стробоскопического преобразователя с осциллографом и синхронизатора, при этом выход линии задержки соединен с входом ГИУВ, дополнительно вводятся второй излучающий антенно-фидерный блок, смещенный по оси симметрии диаграммы направленности первого излучающего антенно-фидерного блока на заданную величину относительно поверхности, переключатель каналов излучения, механически связанный с переключателем отраженного сигнала, а также ключ, первый и второй формирователи отраженных сигналов, блок автозахвата и автосопровождения, состоящий из временного различителя, первого, второго и третьего фильтров нижних частот, сумматора, блока вычитания, блока регулируемой задержки, первого генератора импульсов, первого и второго элементов И, первого и второго асинхронных RS-триггеров, элемента задержки, инвертора, первого элемента ИЛИ. При этом временной различитель состоит из третьего и четвертого элементов И и дифференциального детектора.

В радиолокатор введены также блок анализа временных параметров проходной характеристики, состоящий из блока дифференцирования, первого порогового элемента и третьего асинхронного RS-триггера, второго порогового элемента, четвертого и пятого асинхронных RS-триггеров, первого, второго, третьего, четвертого элементов задержки, первого, второго, третьего, четвертого, пятого ключей, первого и второго компараторов нулевого напряжения, первого, второго, третьего формирователей импульсов, первого и второго счетчиков импульсов, второго генератора импульсов, первого и второго блоков сравнения двоичных чисел, блока установки двоичного числа, асинхронного Т-триггера и пятого элемента И, блок управления каналами излучения и индикации, состоящий из шестого и седьмого асинхронных RS-триггеров, четвертого формирователя, второго элемента ИЛИ, четвертого фильтра нижних частот, первого и второго индикаторов, усилителя мощности и реле, первая контактная группа которого является переключателем каналов излучения, вторая контактная группа реле является переключателем отраженных сигналов, блок выборки и запоминания и второй аналого-цифровой преобразователь.

При этом выход ГИУВ соединен с подвижным контактом переключателя каналов излучения, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первого излучающего антенно-фидерного блока, второй неподвижный контакт переключателя каналов излучения соединен с входом второго излучающего антенно-фидерного блока.

Выход стробоскопического преобразователя с осциллографом соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с вторым выходом ЭВМ.

Выход ключа соединен с входами первого и второго формирователей отраженных сигналов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым неподвижным контактами переключателя отраженных сигналов, подвижный контакт которого соединен с входом временного различителя блока автозахвата и автосопровождения.

Выход временного различителя соединен через первый фильтр нижних частот с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вычитания, выход которого соединен с блоком регулируемой задержки, выход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, входом первого элемента И и входом инвертора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И.

Выход первого элемента И соединен с установочным входом первого асинхронного RS-триггера, выход которого соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания.

Выход второго элемента И соединен с установочным входом второго асинхронного RS-триггера, выход которого соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Вход временного различителя, объединяющий первые входы третьего и четвертого элементов И, соединен с вторыми входами первого и второго элементов И.

Первый выход первого генератора импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом дифференциального детектора, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого объединен с входом сброса первого асинхронного RS-триггера и соединен с вторым выходом первого генератора импульсов.

Выход дифференциального детектора является выходом временного различителя.

Вход сброса второго асинхронного RS-триггера соединен через элемент задержки с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И.

Второй вход первого элемента ИЛИ соединен с третьим выходом ЭВМ, к второму и третьему выходам которой подсоединены выходы первого и второго элементов И.

Входы регулировки коэффициентов передачи второго и третьего фильтров нижних частот являются входами установки заданных коэффициентов.

Выход сумматора соединен с входом дифференцирования блока анализа временных параметров проходной характеристики.

Выход блока дифференцирования соединен с информационными входами первого и четвертого ключей, выход первого ключа соединен с входом первого компаратора нулевого напряжения, входом сброса четвертого асинхронного RS-триггера и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса третьего асинхронного RS-триггера, четвертым входом ЭВМ и управляющим входом первого блока сравнения двоичных чисел.

Выход четвертого ключа соединен с входом второго порогового элемента, выход которого соединен с установочным входом пятого асинхронного RS-триггера, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа.

Выход первого формирователя отраженных сигналов соединен с установочным входом четвертого асинхронного RS-триггера, выход которого соединен с входом первого формирователя и входом третьего элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого объединен с информационным входом третьего ключа и соединен с выходом второго генератора импульсов.

Выход первого формирователя импульсов соединен с входами сброса первого и второго счетчиков импульсов.

Выход второго ключа соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы информационных входов первого и второго блоков сравнения двоичных чисел.

Вторая группа информационных входов первого блока сравнения двоичных чисел соединена с соответствующими выходами блока установки числа, входы управления которого являются входами установки числа.

Выход третьего ключа соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы информационных входов второго блока сравнения двоичных чисел.

Выход блока дифференцирования соединен с входом второго компаратора нулевого напряжения, выход которого соединен с входом асинхронного Т-триггера, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И и входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом четвертого ключа.

Выход третьего асинхронного RS-триггера соединен с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа.

Вход сброса пятого асинхронного RS-триггера соединен с четвертым выходом ЭВМ, выход первого блока сравнения двоичных чисел соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с установочным входом шестого асинхронного RS-триггера блока управления каналами излучения и индикации.

Выход шестого триггера соединен с управляющим входом третьего ключа, выход второго блока сравнения двоичных чисел соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с информационным входом пятого ключа, выход которого соединен с установочным входом седьмого асинхронного RS-триггера, выход которого соединен с входом второго индикатора.

Вход сброса седьмого асинхронного RS-триггера соединен с четвертым выходом ЭВМ.

Вход сброса шестого асинхронного RS-триггера соединен с управляющим входом второго блока сравнения двоичных чисел и подсоединен к выходу четвертого формирователя, вход которого соединен с выходом блока вычитания блока автозахвата и автосопровождения.

Выход шестого асинхронного RS-триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и входом усилителя мощности, выход которого подключен к реле.

Второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом третьего асинхронного RS-триггера.

Выход второго элемента ИЛИ соединен с входом четвертого фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом первого индикатора.

Выход первого компаратора нулевого напряжения соединен с управляющим входом блока выборки и запоминания и управляющим входом второго аналого-цифрового преобразователя.

Выход блока вычитания соединен с информационным входом блока выборки и запоминания, выход которого соединен и информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с пятым входом ЭВМ.

Функциональная схема предлагаемого радиолокатора-интроскопа представлена на фиг.1 и 2. На фиг.3 показано взаимное расположение первого и второго излучающих антенно-фидерных блоков и приемного антенно-фидерного блока. На фиг. 4а схематично показаны участки отражения от малоразмерного объекта, на фиг. 4б показан ход лучей при отражении от малоразмерного объекта с учетом преломления при вхождении лучей в грунт. На фиг.5 приведена запись реального отраженного сигнала, зондирующего грунт. На фиг.6.10 приведены временные диаграммы с выходом различных блоков радиолокатора-интроскопа. На фиг.11 схематично показаны виды помех, маскирующих полезный сигнал, отраженный от малоразмерного объекта, и схематичное изображение процессов автозахвата и автосопровождения в радиолокаторе-интроскопе.

Радиолокатор-интроскоп содержит блок 1 формирования зондирующих СШП-импульсов (ФЗИ), состоящий из первого излучающего антенно-фидерного блока 2 и генератора импульсов 3 ударного возбуждения, блок 4 синхронизации (БС), состоящий из последовательно соединенных синхронизатора 5 и линии задержки 6, приемно-регистрирующий блок 7 (ПРУ), состоящий из последовательно соединенных приемного антенно-фидерного блока 8, стробоскопического преобразователя 9 с осциллографом и первого аналого-цифрового преобразователя 10-1, выход которого соединен с первым входом ЭВМ 11, выход которой соединен с входами синхронизации первого аналого-цифрового преобразователя 10-1, стробоскопического преобразователя 9 с осциллографом и синхронизатора.

При этом выход линии задержки 6 соединен с входом ГИУВ 3.

Радиолокатор снабжен также вторым излучающим антенно-фидерным блоком 12, смещенным по пространственной координате относительно первого антенно-фидерного блока 2, переключателем каналов излучения 13-1, механически связанным с переключателем 13-2 отраженных сигналов, ключом 14, объединенными входами первым 15-1 и вторым 15-2 формирователями отраженных сигналов, блоком автозахвата и автосопровождения 16 (АЗ и АС).

Блок 16 состоит из временного различителя 17 (ВР), первого 18-1, второго 18-2 и третьего 18-3 фильтров нижних частот, сумматора 19, вычитателя 20, блока регулируемой задержки 21 (УРЗ), первого генератора 22 импульсов (ГИ), первого 23-1 и второго 23-2 элементов И, первого 24-1 и второго 24-2 асинхронных RS-триггеров, элемента задержки 25, инвертора 26, первого элемента ИЛИ 27.

При этом временной различитель 17 состоит из третьего 23-3 и четвертого 23-4 элементов И и дифференциального детектора 28.

Радиолокатор содержит также блок 29 анализа временных параметров проходной характеристики, состоящий из последовательно соединенных блока 30 дифференцирования, первого порогового элемента 31-1 и третьего асинхронного RS-триггера 32-1. Блок 29 содержит также второй пороговый элемент 31-2, четвертый 32-2 и пятый 32-3 асинхронные RS-триггеры, первый 33-1, второй 33-2, третий 33-3, четвертый 33-4 элементы задержки, первый 34-1, второй 34-2, третий 34-3, четвертый 34-4 и пятый 34-5 ключи, первый 35-1, второй 35-2 компараторы нулевого напряжения, первый 36-1, второй 36-2, третий 36-3 формирователи импульсов, первый 37-1, второй 37-2 счетчики импульсов, второй генератор 38 импульсов, первый 39-1, второй 39-2 блоки сравнения двоичных чисел, блок установки двоичного числа 40, асинхронный Т-триггер 41 и пятый элемент И 42.

Радиолокатор содержит также блок 43 управления каналами излучения и индикации, состоящий из шестого 44-1, седьмого 44-2 асинхронных RS-триггеров, четвертого формирователя импульсов 45, второго элемента ИЛИ 46, четвертого фильтра 47 нижних частот, первого 48-1, второго 48-2 индикаторов, усилителя 49 мощности и реле 50, первая контактная группа которого является переключателем 13-1 каналов излучения, вторая контактная группа реле 50 является переключателем 13-2 отраженных сигналов.

Радиолокатор содержит также блок 51 выборки и запоминания и второй аналого-цифровой преобразователь 10-2, при этом выход ГИУВ 3 соединен с подвижным контактом переключателя 13-1 каналов излучения, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первого излучающего антенно-фидерного блока 2.

Второй неподвижный контакт переключателя 13-1 соединен с входом второго излучающего антенно-фидерного блока 12.

Выход стробоскопического преобразователя 9 с осциллографом соединен с информационным входом ключа 14, управляющий вход которого соединен с вторым выходом ЭВМ 11.

Выход ключа 14 соединен с входами первого 15-1 и второго 15-2 формирователей отраженных сигналов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым неподвижными контактами переключателя 13-2 отраженных сигналов, подвижный контакт которого соединен с входом временного различителя 17 блока 16 автозахвата и автосопровождения.

Выход временного различителя 17 соединен через первый фильтр 18-1 нижних частот с первым входом сумматора 19, выход которого соединен с входом вычитания блока вычитания 20, выход которого соединен с блоком 21 регулируемой задержки, выход которого соединен с входом первого генератора 22 импульсов, первым входом первого элемента И 23-1 и входом инвертора 26.

Выход инвертора 26 соединен с первым входом второго элемента И 23-2, выход первого элемента И 23-1 соединен с установочным входом первого асинхронного RS-триггера 24-1, выход которого соединен с входом второго фильтра 18-2 нижних частот, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания 20.

Выход второго элемента И 23-2 соединен с установочным входом второго асинхронного RS-триггера 24-2, выход которого соединен с входом третьего фильтра 18-3 нижних частот, выход которого соединен с вторым входом сумматора 19.

Вход временного различителя 17, объединяющий входы третьего 23-3 и четвертого 23-4 элементов И, соединен с вторыми входами первого 23-1 и второго 23-2 элементов И.

Первый выход первого генератора 22 импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И 23-3, выход которого соединен с первым входом дифференциального детектора 28, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И 23-4, второй вход которого объединен с входом сброса первого асинхронного RS-триггера 24-1 и соединен с вторым выходом первого генератора 22 импульсов.

Выход дифференциального детектора 28 является выходом временного различителя 17.

Вход сброса второго асинхронного RS-триггера 24-2 соединен через элемент задержки 25 с выходом первого элемента ИЛИ 27, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И 23-4.

Второй вход первого элемента ИЛИ 27 соединен с третьим выходом ЭВМ 11, к второму и третьему входам которой подсоединены соответственно выходы первого 23-1 и второго 23-2 элементов И.

Выходы регулировки коэффициентов передачи второго 18-2 и третьего 18-3 фильтров нижних частот являются входами установки заданных коэффициентов.

Выход сумматора 19 соединен с входом блока дифференцирования 30 блока 29 анализа временных параметров проходной характеристики.

Выход блока дифференцирования 30 соединен с информационными входами первого 34-1 и четвертого 34-4 ключей.

Выход первого ключа 34-1 соединен с выходом первого компаратора 35-1 нулевого напряжения, выход которого соединен с входом сброса четвертого асинхронного RS-триггера 32-2 и входом второго элемента задержки 33-2, выход которого соединен с входом сброса третьего асинхронного RS-триггера 32-1, четвертым входом ЭВМ 11 и управляющим входом первого блока сравнения двоичных чисел 39-1.

Выход четвертого ключа 34-4 соединен с входом второго порогового элемента 31-2, выход которого соединен с установочным входом пятого асинхронного RS-триггера 32-3, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа 34-5.

Выход первого формирователя 15-1 отраженных сигналов соединен с установочным входом четвертого асинхронного RS-триггера 32-2, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов 36-1 и входом третьего элемента задержки 33-3, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 34-2, информационный вход которого объединен с информационным входом третьего ключа 34-3 и соединен с выходом второго генератора 38 импульсов.

Выход первого формирователя импульсов 36-1 соединен с входами сброса первого 37-1 и второго 37-2 счетчиков импульсов.

Выход второго ключа 34-2 соединен со счетным входом первого счетчика 37-1 импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы информационных входов первого 39-1 и второго 39-2 блоков сравнения двоичных чисел.

Вторая группа информационных входов первого блока 39-1 сравнения двоичных чисел соединена с соответствующими выходами блока 40 установки числа, входы управления которого являются входами установки числа.

Выход третьего ключа 34-3 соединен со счетным входом второго счетчика 37-2 импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами группы информационных входов второго блока 39-2 сравнения двоичных чисел.

Выход блока дифференцирования 30 соединен с входом второго компаратора 35-2 нулевого напряжения, выход которого соединен с входом асинхронного Т-триггера 41, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И 42 и входом четвертого элемента задержки 33-4, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И 42, выход которого соединен с управляющим входом четвертого ключа 34-4.

Выход третьего асинхронного RS-триггера 32-1 соединен с входом первого элемента задержки 33-1, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 34-1.

Вход сброса пятого асинхронного RS-триггера 32-3 соединен с четвертым выходом ЭВМ 11, выход первого блока 39-1 сравнения двоичных чисел соединен с входом второго формирователя импульсов 36-2, выход которого соединен с установочным входом шестого асинхронного RS-триггера 44-1 блока 43.

Выход шестого триггера 44-1 соединен с управляющим входом третьего ключа 34-3 блока 29.

Выход второго блока 39-2 сравнения двоичных чисел соединен с входом третьего формирователя импульсов 36-3, выход которого соединен с информационным входом пятого ключа 34-5, выход которого соединен с установочным входом седьмого асинхронного RS-триггера 44-2 блока 43.

Выход триггера 44-2 соединен с входом второго индикатора 48-2.

Вход сброса триггера 44-2 соединен с четвертым выходом ЭВМ 11.

Вход сброса триггера 44-1 соединен с управляющим входом второго блока 39-2 сравнения двоичных чисел и подсоединен к выходу четвертого формирования импульсов 45 блока 43.

Вход формирователя импульсов 45 соединен с выходом вычитателя 20 блока 16 автозахвата и автосопровождения.

Выход шестого асинхронного RS-триггера 44-1 соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 46 и входом усилителя мощности 49.

Выход усилителя мощности 49 подключен к реле 50.

Второй вход второго элемента ИЛИ 46 блока 43 соединен с выходом третьего асинхронного RS-триггера 32-1 блока 29.

Выход второго элемента ИЛИ 46 соединен с входом четвертого фильтра 47 нижних частот, выход которого соединен с входом первого индикатора 48-1 блока 43.

Выход первого компаратора 35-1 нулевого напряжения соединен с управляющим входом блока выборки и запоминания 51 и управляющим входом второго аналого-цифрового преобразователя 10-2.

Выход блока вычитания 20 блока 16 автозахвата и автосопровождения соединен с информационным входом блока 51 выборки и запоминания, выход которого соединен с информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя 10-2, выход которого соединен с пятым входом ЭВМ 11.

Радиолокатор-интроскоп работает следующим образом.

Рассмотрим для определенности интроскопию недр земли, в частности, обнаружение и классификацию трубы 1, лежащей на глубине H, как показано на фиг.3, перпендикулярно к плоскости чертежа.

Радиолокатор установлен на тележке, передвигающейся по поверхности земли. Видеоимпульсы, создаваемые генератором импульсов 3 ударного возбуждения в блоке 1 формирования зондирующих сверхширокополосных импульсов, имеют длительность около 1 нс и излучаются в грунт с частотой порядка 30 кГц. Излучение происходит через антенно-фидерное устройство 2, подключенное переключателем 13-1 каналов излучения к выходу генератора 3 импульсов ударного возбуждения.

На фиг. 3 показан случай, когда антенны излучающего 2 и приемного 8 антенно-фидерных устройств радиолокатора расположены рядом в пространстве. Излученный сигнал отражается малоразмерным объектом, имеющим отличающуюся от грунта диэлектрическую постоянную, магнитную проницаемость или проводимость. Если угловой размер луча радиолокатора 2, отраженный сигнал поступит как с максимальной дальности где h горизонтальная составляющая дальности, так и с минимальной дальности d H.

Поскольку угловой размер луча равен 2, то труба может быть обнаружена только при тех значениях горизонтальной составляющей дальности, которые не превышают h_макс= Htg для глубины H или h_макс= (H+H)tg для глубины H+H. Заметим, что под глубиной здесь понимается расстояние не по поверхности земли, а между точкой излучения и проекцией точки Т на вертикальную ось, т. е. в первом случае это расстояние OA₁, во втором случае O₁A₁.

На фиг. 4а сплошной линией выделены участки отражений от трубы для различных расстояний OA₁ и O₁A₁ в системе координат глубина горизонтальная составляющая дальности.

Заметим, что вышеприведенные соотношения приближенно справедливы при значениях угла 5+7^o, при которых можно считать приближенно равными углы падения и преломления луча. В иных случаях из рассмотрения хода лучей радиолокатора на фиг.4б следует, что участки отражений от трубы по горизонтальной составляющей дальности при излучении из точки О 2h_макс= 2(Htg+(H-H)tg₁); при излучении из точки O₁-2h_макс= 2((H+H)tg+(H-H)tg₁), где ₁ угол преломления при вхождении луча в слой грунта.

Отметим, что в любом из рассмотренных случаев угловой размер диаграммы направленности приемника антенно-фидерного устройства 8 должен быть больше соответствующего углового размера излучателя 2 и 12, т.е. 2_пр> 2. Запись реального отраженного сигнала радиолокатора, зондирующего грунт, показана на фиг. 5. Вверху, т.е. на поверхности земли, зафиксирован мощный сигнал, вызванный непосредственным проникновением сигнала передатчика в приемник. На фигуре видны четыре полосы, соответствующие поверхностям неоднородностей. Самая глубокая из них, расположенная на глубине 2,5 м, была идентифицирована как уровень грунтовых вод. Отражения от канализационной трубы и защитного покрытия на ней, как это отчетливо видно, имеют параболическую форму.

Помехи, зафиксированные выше и справа от сигнала, отраженного от покрытия канализационной трубы, вызваны строительным мусором, использованным для засыпки траншеи канализационной трубы.

Рассмотрим подробнее выражение для дальности трубы: Горизонтальная составляющая h зависит от времени, т.е. h=Vt, где V - скорость перемещения радиолокатора по поверхности земли. Поэтому выражение (1) может быть записано в виде Разлагая функцию (2) в ряд Маклорена и ограничиваясь первыми двумя членами ряда, получаем Отметим, что приближение (3) справедливо, поскольку все члены ряда, начиная с третьего, более чем на порядок меньше второго члена уже при значениях углов 45. Как видно, выражением (3) для дальности трубы, описывается парабола с минимумом на оси ординат, смещенным по этой оси на величину глубины И. При этом парабола определена во времени на интервале от -t_макс=h_макс/V до +t_макс=h_макс/V.

Выражение (3) описывает закон перемещения отраженного сигнала от трубы относительно излученного сигнала антенно-фидерным устройством 2. Отраженный сигнал принимается антенно-фидерным устройством 8 блока 7 -приемно-регистрирующего блока и подается на стробоскопический преобразователь с осциллографом 9.

На выходе преобразователя 9 получаем отраженный сигнал, подобный исходному наносекундному сигналу за один период его повторения, но растянутый во времени с заданным коэффициентом трансформации временного масштаба. Этот сигнал поступает на вход первого аналого-цифрового преобразователя 10-1 и на информационный вход ключа 14. Сигнал с выхода первого аналого-цифрового преобразователя 10-1 в виде двоичного кода поступает на первый вход ЭВМ 11, которая синхронизирует работу всего радиолокатора, подавая синхроимпульсы с выхода 1 на вход синхронизатора 5 блока 4 синхронизации, на вход стробоскопического преобразователя с осциллографом 9 и на синхронизирующий вход аналого-цифрового преобразователя 10-1.

По команде оператора на втором выходе ЭВМ 11 формируется также сигнал, который поступает на управляющий вход ключа 14.

На фиг.6а приведена временная диаграмма зондирующего и отраженного сигналов после масштабного преобразования времени. Показано расширение отраженного импульса относительно зондирующего, что обусловлено угловым размером луча радиолокатора 2 Кроме того, показаны флуктуации амплитуды, а также фронта и среза видеоимпульса.

Эти флуктуации вызваны некогерентным суммированием отраженного сигнала от шероховатой диффузно отражающей поверхности слоя неоднородности, случайным распределением неоднородности в слое и другими причинами.

Сигнал, подаваемый на управляющий вход ключа 14 с второго выхода ЭВМ 11, показан на временной диаграмме фиг.6б. Это прямоугольный импульс, который начинается в момент T_мин и заканчивается в момент T_макс. Момент T_мин соответствует на записи реального отраженного сигнала радиолокатора глубине H_мин, а момент T_макс пропорционален максимальной дальности трубы: Этот сигнал представляет собой временной строб для возможного интервала появления отраженного сигнала от искомого объекта, для которого априори известны некоторые параметры. Для трубы это, например, предположительная глубина залегания в грунте.

Отраженный сигнал с выхода ключа 14 поступает на вход первого формирователя 15-1, на выходе которого появляется стандартный по амплитуде и длительности сигнал (см. фиг.6в), поступающий через переключатель 13-2 отраженного сигнала на вход временного различителя 17, второй вход первого элемента И 23-1 и второй вход второго элемента И 23-2 блока автозахвата и автосопровождения 16.

Рассмотрим подробнее процесс автозахвата отраженного импульса в блоке 16. Зондирующие импульсы (фиг.6а), поступающие с третьего выхода ЭВМ 11 с периодом T₃, пересчитанным с ЭВМ 11 с заданным коэффициентом трансформации временного масштаба, поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 27 и вход запуска блока 21 временной задержки.

Длительность импульсов на выходе блока 21 временной задержки пропорциональна напряжению, поступающему на его управляющий вход с выхода блока вычитания 20. Рассмотрим вначале случай, когда отраженный сигнал появляется в момент T_c, превышающий длительность импульса на выходе устройства 21 временной задержки плюс удвоенная длительность стандартного сигнала на выходе первого формирователя 15-1 отраженных сигналов (фиг.6г). Заметим, что селекторные импульсы на двух выходах первого генератора 22 импульсов также имеют каждый длительность t.

Это показано на фиг.6д, е.

В этом случае на выходе элемента И 23-2 будет сформирован импульс совпадения (фиг. 6ж), поскольку на первый вход элемента И 23-2 поступает разрешающее напряжение с выхода инвертора 26, на вход которого поступает напряжение, показанное на фиг.6г, а на второй вход элемента И 23-2 поступает импульс с выхода первого формирователя 15-1 через переключатель 13-2 отраженных сигналов.

Выходной импульс второго элемента И 23-2 переключает второй асинхронный RS-триггер 24-2, сброс в исходное состояние производится импульсом с выхода первого элемента ИЛИ 27, поступающим через элемент задержки 25.

Длительность выходного импульса триггера 24-2 оказывается зависящей от временного интервала между фронтом выходного импульса первого формирователя 15-1 отраженных сигналов и фронтом зондирующего сигнала, поступающего с третьего выхода ЭВМ 11, и растянутой во времени с заданным коэффициентом трансформации временного масштаба. Заметим, что при переходе системы в режим автосопровождения импульс сбора триггера 24-2 поступает на первый вход первого элемента ИЛИ 27 с выхода четвертого элемента И 23-4 при совпадении отраженного сигнала с выхода первого формирователя 15-1 и импульса с второго выхода первого генератора 22 импульсов.

Импульсы с выхода триггера 24-2 поступают на вход третьего фильтра 18-3 нижних частот, на выходе которого выделяется приращение напряжения DU₂, поступающее на второй вход сумматора 19, где оно суммируется с напряжением, поступающим на первый вход сумматора 19 с выхода первого фильтра 18-1 нижних частот