Модельные задачи и практические методики импульсного подповерхностного зондирования

• Автор: Едемский, Федор Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Введение
Актуальность исследования
Цель работы
Научная новизна работы
Научная и практическая ценность
Автор выносит на защиту следующие положения
Личный вклад автора
Апробация работы и публикации
Структура и объем диссертации
Глава 1. Теоретические основы георадиолокации и методы проведения георадарных обследований
Специфика георадиолокации
Разрешение георадиолокационных данных и глубина зондирования
Методики проведения георадарных обследований
Анализ скорости распространения волн по данным ОСТ
Практическая оценка параметров подповерхностных слоев при использовании георадаров с синхронизацией по воздушной волне
Глава 2. Пространственно-временная картина импульсного излучения линейной антенны
Введение
Пространственно-временная диаграмма направленности
Численное моделирование
Вычисление потока энергии
Влияние диаграммы направленности на выбор расстояния между антеннами
Глава 3. Определение импульса тока в антенне
Свойства специальной функции М(т) и ее использование в численных
расчетах
Численное моделирование
Деконволюция
Глава 4. Обратная задача восстановления подповерхностных источников
Введение
Прямая задача. Излучение
Обратная задача. Томографический подход
Решение задачи томографии
Численное моделирование
Глава 5. Новые методики георадарных обследований
Введение
Экспериментальное обследование озерного дна
Обратная задача геометрической оптики
Результаты эксперимента
Особенности использования метода ОСТ
Варианты технической реализации объединенного метода «непрерывный
годограф»
Миграция данных в схеме двойного профилирования
Экспериментальное обследование дорожного покрытия
Анализ погрешностей измерений
Локализация подповерхностных объектов
Заключение
Библиография

Введение
Актуальность исследования
Возможность обнаруживать скрытые под землей объекты издавна интересовала человечество. Идея создания технологии, позволяющей исследовать и визуализировать структуру подповерхностной среды и ее параметры, столь привлекательна, что на разработки соответствующих методов и оборудования тратится значительное количество научных и инженерных усилий.
Хотя, универсального метода, в полной мере решающего эту задачу, пока не создано, но множество разнообразных техник (электроразведка, сейсмоакустика и т.д.) доказали свою пользу и целесообразность. Георадар, среди них, выделяется простотой проведения обследований, отсутствием необходимости нарушать структуру грунта и разнообразием регистрируемых неоднородностей. Особенностью подповерхностной радиолокации по сравнению со многими другими методами является возможность сравнительно хорошо разделять и детализировать неоднородности и объекты, находящиеся относительно близко друг к другу, используя свойство разрешения радиолокационных сигналов. Это позволяет обнаруживать отдельные малоразмерные цели (порядка или меньше характерной длины волны), а также повысить информативность геофизической разведки, измерять толщину подповерхностных слоев, их структурные и электрические параметры.
С теоретической точки зрения георадиолокация привлекает внимание широкого круга специалистов, поскольку затрагивает различные сферы радиофизики, такие как распространение электромагнитных волн в средах с потерями, генерация и прием сверхширокополосных сигналов, нерезонансные антенны, обработка сигналов, распознавание образов.
Большинство георадаров сконструированы на основе технологии импульсного сверхширокополосного зондирования. Излучаемый сигнал
дальней зонах при различных высотах подъема антенн над землей [82]. Метод моментов также был использован для расчета характеристик рассеяния подповерхностных объектов [83], [84]. Очень распространен конечно-
разностный во временной области метод (FDTD) для моделирования диаграммы направленности и других характеристик георадара [85], [86].
Был опубликован и ряд работ, посвященных численным и аналитическим расчетам полей, излучаемых антеннами, расположенными на границе раздела воздуха и диэлектрической среды [87], [88], а также работы, посвященные измерению диаграммы направленности антенн георадара для различных сред [89], [90], [91].
Основным допущением в большинстве работ по теоретическому исследованию и моделированию диаграммы направленности для задач георадиолокации является предположение о монохроматичности сигнала. Большая часть усилий направлена на расчет характеристик пиковой диаграммы направленности - диаграммы направленности не в обычном для радиолокации понимании потока мощности, а в смысле величины амплитуды импульса, поскольку оператор георадара работает именно с этой величиной.
Вычисление диаграммы излучения в дальней зоне, боковой волны или поля в переходных областях требует применения довольно сложных численных и асимптотических методов [80], [92].
Антенны, используемые в георадиолокации, можно разделить на несколько групп. Наиболее распространены антенны типа бабочка (Bow-tie), ввиду своей широкополосности, небольших размеров и удобства экранировки. Для многих моделей коммерческих георадаров этот вид антенн является основным. Следующими по распространенности являются резистивно-нагруженные диполи (антенны Ву-Кинга), поскольку дают хороший сигнал с очень небольшим количеством осцилляций [93]. Существуют также многочисленные и разнообразные конструкции антенн как на основе вышеописанных двух [94], [95], так и на основе ТЕМ-рупоров, спиральных антенн, и т.д. [1]