Анализ характеристик подповерхностного радиолокатора в частотной области

• Автор: Крампульс, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с.

Содержание
1. Введение
1.1. История подповерхностной радиолокации
1.2. Современное состояние подповерхностной радиолокации
1.3. Выбор частотного диапазона подповерхностного радиолокатора
1.4. Формула радиолокации для зондирования в средах
с частотно-зависимым поглощением
2. Сквозная частотная характеристика
подповерхностного радиолокатора и ее составляющие
2.1. Представление сквозной частотной
характеристики подповерхностного радиолокатора
2.2. Характеристики сверхширокополосных антенн подповерхностного радиолокатора и их моделирование
2.2.1. Экспериментальное исследование характеристик сверхширокополосной антенны подповерхностного
радиолокатора
2.2.2. Моделирование частотной характеристики антенны
при помощи эквивалентной схемы
2.2.3. Диаграмма направленности сверхширокополосной антенны подповерхностного радиолокатора, расположенной
на поверхности поглощающего фунта
2.3. Частотные характеристики грунтов и их
моделирование
2.4. Частотные характеристики основных объектов подповерхностной радиолокации и их моделирование
2.4.1. Основные объекты подповерхностной радиолокации
2.4.2. Проводящая сфера
2.4.3. Проводящий цилиндр
2.4.4. Резкая фаница раздела сред
2.4.5. Плавная фаница раздела сред
2.4.6. Диэлекфическая сфера и другие диэлекфические
объекты
2.5. Выводы

3. Построение модели подповерхностного
радиозондирования
3.1. Описание модели подповерхностного
радиозондирования
3.2. Анализ результатов моделирования
3.3. Исследование модификации частотного тракта подповерхностного радиолокатора
3.4. Выводы
4. Основные источники помех при подповерхностной радиолокации и методы их подавления
4.1. Основные помехи при подповерхностной
радиолокации
4.2. Сигнал прямого прохождения
4.3. Отражения от объектов в верхнем полупространстве, диаграмма направленности антенны
в верхнем полупространстве
4.4. Оптимизация числа накоплений сигналов
4.5. Выводы
5. Заключение
Литература

1. Введение 1.1. История подповерхностной радиолокации
Подповерхностное радиозондирование земных покровов имеет большую историю. Еще в 1912 г. Г. Леви и Г. Леймбах предложили использовать интерференционный метод для поиска руд и воды, известны также работы А. А. Петровского по изучению верхних слоев земли путем измерения полей радиоволн, распространяющихся вдоль поверхности земли или через слои определенной толщины [26] (1925 г.). С тех пор появилось множество вариантов
интерференционного метода. Применительно к ледникам этот метод экспериментально опробован В. Штерном в 1929 г., а для определения уровня грунтовых вод в пустыне — Эль-Саидом в 1956 г. [26].
Следующим шагом в развитии подповерхностного зондирования стали индукционные и радиоволновые методы. В индукционном методе для поиска металлических объектов много меньше длины волны использовались квазикогерентные низкочастотные сигналы. В радиоволновом методе для поиска диэлектрических и металлических объектов, соизмеримых с длиной волны, использовались КВ, УКВ, СВЧ сигналы. Оба типа устройств используют квазикогерентные сигналы и поэтому способны определять только локализацию неоднородности (проекцию на поверхность земли), но не способны определять ее глубину. Индукционные методы широко используются и сейчас для обнаружения металлических объектов.
Для полной локализации подповерхностных объектов (квазиточечных, удлиненных или границ слоев), то есть определения их глубины, требуется использование методов классической радиолокации. Еще в 1946 г. пилоты США при полетах над Антарктидой наблюдали ошибки в показаниях бортовых радиовысотомеров (классических узкополосных радиолокаторов), обусловленные проникновением радиоволн в толщу льда и появлением сигнала, отраженного от его нижней границы [26, 27]. Затухание радиоволн УКВ диапазона в пресных льдах очень мало (около 0,1 дБ/м), поэтому условия радиолокационного определения высоты с борта самолета мало отличалось от зондирования толщи льда. С 1963 г.

2.4.4. Резкая граница раздела сред
Граница раздела представляет собой объект с нерезонансной частотной характеристикой. Коэффициент отражения на границе раздела определяется градиентом диэлектрической проницаемости (который обычно гораздо меньше единицы по модулю даже в случае резкой границы) и размером эффективной отражающей области, соответствующей первой зоне Френеля [26] или меньше в сильно поглощающей среде. Именно размер эффективной отражающей области, в частности, ее зависимость от диаграммы направленности антенны, в основном определяет частотную зависимость коэффициента отражения данного объекта, так как частотная зависимость коэффициента отражения Френеля от плоской границы раздела сред с различной диэлектрической проницаемостью (песок-глина, глина-известняк, граница резкого изменения влагосодержания) слабо меняется с частотой. Абсолютная величина коэффициента отражения Френеля на частотах 100-200 МГц невелика и составляет порядка 0,2 (песок-глина, глина-известняк).
2.4.5. Плавная граница раздела сред
Плавная граница раздела поглощающих сред является слабо резонансным отражающим объектом с ярко выраженными свойствами ФНЧ. Явные резонансы слоя имели бы место в случае слабого поглощения. Плавное изменение диэлектрической проницаемости играет согласующую роль. При моделировании использовались зависимости распределения влажности от глубины в песчаном грунте [35, 41], обусловленные капиллярными явлениями. Высота переходной области из-за капиллярного подъема в песчаном фунте составляет примерно 70 см. Модельная зависимость влажности от глубины непрерывна и имеет непрерывную производную. Эффективное офажение происходит на глубине, где производная этой зависимости максимальная (область перегиба зависимости). Рассмафивалось плавное изменение весовой влажности песчаного фунта от 10% до 30% и модель водоносного слоя — пласт глины с влажностью 20%, на котором расположен водосодержащий слой в песчаном фунте. Толщина водосодержащего слоя равна 25 см, высота перехода (капиллярное поднятие, экспоненциальное уменьшение влажности) составляет 60 см. На рис. 2.20, 2.21 приведены соответствующие зависимости влажности и комплексной диэлеетрической проницаемости от глубины для фаницы на глубине 1 м.