|
|
 |
|
 |
 |
| |
Физические основы георадиолокационного метода
 Георадиолокация является методом геофизики, то есть одним из способов изучения среды (грунтов или строительных конструкций в зависимости от задачи). Различных методы геофизики изучают среду с помощью различных физических полей. Например, метод магнитометрии позволяет обнаруживать рудные породы по их магнитным свойствам, метод сейсмометрии разделяет грунты с различными упругими свойствами и т.д.
Метод георадиолокации относится к группе электромагнитных методов, то есть изучает отклик среды на излучаемое электромагнитное поле. Метод работает в диапазоне частот от 50 до 2000 МГц.
Георадарный метод основан на явлении отражения электромагнитных волн от границ раздела поверхностей, на которых меняются электрические свойства. Основным параметром среды является ее диэлектрическая проницаемость (ε).
Излученный передающей антенной в исследуемую среду электромагнитный импульс отражается от находящихся в ней предметов или любых неоднородностей, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость.
Такими неоднородностями могут быть локальные объекты (как металлические, так и неметаллические), пустоты, границы раздела слоев различных пород, участки с различной влажностью и т.д.
В итоге на вход приемной антенны поступает сигнал, представляющий собой комбинацию сигнала, излученного передающей антенной и попавшего непосредственно в приемную антенну (сигнал прямого прохождения или прямая волна), и сигналов, отраженных от различных неоднородностей исследуемой среды. Этот результирующий сигнал называется трассой и представляет из себя зависимость амплитуды сигнала от времени прихода отражения.
При перемещении (сканировании) георадара по поверхности исследуемой среды (Рис.1) на экран монитора выводится набор трасс – радарограмма (Рис.3), по которой можно определить местонахождение, глубину залегания и протяженность объектов.
Первое отражение на радарограмме является прямой волной. Прямая волна в большинстве случаев одинаковая для всех трасс профиля. Она определяется конструкцией антенны и поверхностью профиля. Остальные волны на радарограмме являются волнами, отраженными от каких-либо слоев или локальных объектов в грунте (или другой среде исследования).
Из-за широкой диаграммой направленности георадара отраженные сигналы от локальных объектов на радарограмме отображаются не только в точке непосредственно под георадаром, но также на некотором удалении в обе стороны. При этом расстояние до объекта на радарограмме описывается характерной гиперболой, образую так называемую дифрагированную волну. Объект, от которого возникла отраженная волна, находится в точке, соответствующей вершине гиперболы.
С практической точки зрения самыми важными параметрами георадара являются глубина зондирования (глубинность) и разрешающая способность по глубине.
Под разрешающей способностью понимают минимальное расстояние по глубине, при котором различаются два различных объекта. Разрешающая способность зависит от длительности зондирующего импульса – чем меньше длительность импульса (соответственно, выше центральная частота), тем выше разрешающая способность.
Глубина зондирования зависит как от технических характеристик георадара (излучаемой мощности, чувствительности и т.д.), так и от электрических свойств исследуемой среды. Основной характеристикой, влияющей на глубину зондирования, является удельное затухание в среде. С увеличением удельного затухания уменьшается глубина зондирования.
Зондируемые среды имеют значительный разброс по удельному затуханию, которое зависит от центральной частоты электромагнитной волны, типа исследуемой среды, ее минерализации и влагонасыщенности. Особенностью практически всех природных и искусственных сред является значительное увеличение удельного затухания с ростом центральной частоты зондирующего сигнала. Поэтому выбор центральной частоты георадара, является компромиссом между необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора.
Скорость распространения электромагнитной волны в среде зависит от ее диэлектрической и магнитной проницаемостей, однако, для большинства сред значение магнитной проницаемости близко к единице. Поэтому, скорость распространения электромагнитной волны в среде равна:
где, с – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме (скорость света). В георадиолокации принято измерять скорость в см/нс (сантиметры в наносекунду, 1 нс=10-9 с). Таким образом, формула для расчета скорости выглядит следующим образом:
В качестве примера на Рис.3 приведена радарограмма, полученная при зондировании антенным блоком АБ-250М участка находящегося в пойме реки Москвы.
На этой радарограмме хорошо выделяются следующие сигналы:
- (1) — сигналы, отраженные от локальных объектов;
- (2) — сигналы, отраженные от границы грунт-водонесущий слой (так называемая верховодка);
- (3) — сигналы, отраженные от закопанного раскопа (траншея заполненная камнями и перемешенным грунтом).
|
|
|
 |
|
|
 |
|
