Математическое моделирование георадиолокатора для обнаружения трубопроводов в грунтах

• Автор: Посевин, Данила Павлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Глава 1. Применение и развитие метода векторного потенциала для решения электродинамических задач с характерными размерами сравнимыми с длиной волны в песчаноглинистых грунтах средней влажности
1.1. Постановка задачи
1.2. Расчет электродинамических параметров антенны георадиолокатора
Глава 2. Параметры песчано-глинистых грунтов с использованием
формулы смеси Беренцвейга
Глава 3. Расчет геометрических размеров антенны
георадиолокатора
Глава 4. Аппроксимация объекта обнаружения
Глава 5. Вычисление сигнала на приемной антенне
георадиолокатора
Глава 6. Сравнение двух вариантов расчета методом векторных потенциалов с двойным разбиением применительно к
резонаторно-щелевой антенне
Заключение
Графики и
иллюстрации
Литература

Актуальность проблемы
Одним из направлений современной радиолокации является зондирование сред с потерями. Именно большое частотно-зависимое затухание радиоволн в грунтах, породах и других средах определяет существенные отличия георадиолокатора подповерхностного зондирования от классических радиолокационных устройств. Широкая
востребованность метода георадиолокации обусловила бурное развитие этого направления в последние несколько
десятилетий, а область их использования постоянно
расширяется. Здесь и возможность решения радиофизических задач, связанных с дисперсионными свойствами сред и материалов и многочисленные прикладные задачи: это
геофизическая разведка, определение уровня грунтовых вод, поиск подземных сооружений и коммуникаций, разминирование.
Основной проблемой в проектировании таких локаторов является то, что затухание в грунтах велико и быстро нарастает при увеличении частоты. Таким образом, чем больше требуемая глубина зондирования, тем ниже должна быть рабочая частота георадиолокатора, что соответствует большей длине волны и приводит к увеличению размеров приемной и передающей антенны георадиолокатора. Соответственно в дециметровом диапазоне частот характерные

глубины зондирования составляют несколько десятков сантиметров. При проектировании георадиолокатора важно удовлетворить условиям задачи обнаружения и локализации объектов зондирования и сохранить при этом размеры антенн, приемлемыми для практического применения. При расчетах электродинамических параметров антенн локатора подповерхностного зондирования и их геометрических размеров применяются численные методы. В МФТИ на кафедре Физико-математических проблем волновых процессов разработан метод векторного потенциала с двойным разбиением, который заключается в учащении сетки разбиения поверхности интегрирования, для увеличения точности вычисления вторых производных при переходе к численным расчетам. Данная работа посвящена развитию указанного метода и применению его к задаче численного проектирования георадиолокатора.
Целью диссертационной работы является:
1. Развитие метода векторного потенциала с двойным разбиением для расчета излучающей и приемной щелевых антенн с нерезонансным экранирующим коробом локатора подповерхностного зондирования, расположенных на границе раздела сред. Нижнее полупространство представляет собой среду со средним затуханием.
2. Расчет электродинамических параметров щелевой антенны георадиолокатора подповерхностного зондирования в широком диапазоне длин волн и параметров среды, на которой размещены антенны.

самостоятельный интерес. Так 11е(£) песка и глины в пределах приведенных диапазонов объемной влажности и температур очень мало отличаются друг от друга. При 30% объемной влажности на волнах длиннее 1 метра действительная часть диэлектрической проницаемости песка отличается от
действительной части диэлектрической проницаемости глины всего на 1.5%. И это различие связано главным образом с различием пористости песка и глины, в то время как
проводимости почвенных растворов песка и глины сг"р и сггПР при одинаковой влажности и температуре различаются весьма значительно. Различие начинается на Л. = 10 см и практически исчезает в районе Л = 100 км (рис. 2.9).
Заметим, что для песчаного и глинистого почвенных растворов значения действительной части диэлектрической проницаемости £ равны друг другу и совпадают с
действительной частью диэлектрической проницаемости для дистиллированной воды по Дебаю, показанной на рис. 2.10, так как все они вычислены по одной и той же формуле Дебая
(2.2). На рис. 2.10 так же показана зависимость от длины

волны и температуры проводимости воды и , имеющей свободную или открытую поверхность, включающую также проводимость, связанную с релаксационными колебаниями молекул воды по Дебаю.
Приведенные параметры грунтов опубликованы в работах [46 - 48, 53-56]. В данной главе не рассматривались
электрические параметры грунтов при отрицательных температурах, так как данный материал выходит за рамки работы. Однако следует иметь ввиду, что существует