автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Комплексирование георадара с радиометром для повышения информативности и точности при подповерхностном зондировании

304614397

ОДСУРЭН Бухцоож

иилииь А лДл! л 1 АдиилАЬ А 1 иш ДЛУ!

ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАТИВНОСТИ И ТОЧНОСТИ ПРИ ПОДПОВЕРХНОСТНОМ ЗОНДИРОВАНИИ

Специальность 05.12.14 -Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 НОЯ 2010

Москва-2010

004614397

Работа выполнена на кафедре Радиотехнических приборов Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук

БАСКАКОВ Александр Ильич Официальные оппоненты: доктор технических наук

ГУСЕВСКИЙ Владлен Ильич

кандидат технических наук ЕГОРОВ Виктор Валентинович

темы» (г. Москва)

Защита состоится 02 декабря 2010г., в 15 час. ЗОмин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д 17, аудитория А - 402.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан 28 октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.05 кандидат технических наук, доцент (

Т.И. КУРОЧКИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Радиофизические методы исследования широко используются при контроле состояния земных покровов, слоистых покрытий, при обследовании дорог, при обнаружении грунтовых вод, при разминировании и т.д.

В последние годы оформилась в качестве самостоятельного научного направления новая отрасль радиотехники - подповерхностная радиолокация (ПРЛ), которая становится важным инструментом при дистанционном зондировании земных покровов. Интерес к радиолокационному подповерхностному зондированию (ПЗ) и область его применения расширяются. Значительное число публикаций, посвященных дистанционному ПЗ и созданию серийных георадаров, как в России, так и в зарубежных странах показывают, что теория и техника радиолокационного ПЗ достигли серьезного уровня развития.

Первые работы по зондированию подповерхностных сред импульсными георадарами проводились в РИИГА (Рижский институт инженеров гражданской авиации) под руководством М. И. Финкелыптейна. Развитие ПРЛ в зарубежных странах изложено в работе Д. Дж. Дениелса. Tarace в коллективной монографии под редакцией А. Ю. Гринева рассмотрены последние достижения в этой области и в настоящее время выпускаемые георадары. Созданы и продолжают создаваться и совершенствоваться алгоритмы обработки георадиолокационных измерений, их сбора и отображения. Ведущими фирмами, занимающимися производством георадаров в настоящее время, являются GSSI (Geophysical Survey Systems Inc., Нью Гемпшир, США), Sensor and Software Inc. (Канада), Era Technology (Великобритания) и MALA (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO Corporation (Япония), Geozondas (Литва). В России георадары выпускают ОАО НЙИП имени В.В. Тихомирова, ООО «Логис», СКБ ИРЭ РАН и др.

Известно, что априорная неопределенность об электрофизических (ЗФ) характеристиках грунта может привести к погрешностям в определении

глубины при зондировании. Вертикальная и пространственная неоднородность комплексной диэлектрической проницаемости грунта ё, также ее частотная, сезонная и географическая зависимость приводит к большим трудностям при решении задачи георадиолокации, Для радиоволновой диагностики состояния и свойств таких сред необходимо учитывать пространственное распределение ё. Данные о профильном распределении ё можно получить либо из априорных данных, либо используя приближенные теоретические модели, либо экспериментально.

Экспериментальные методы могут дать более качественные данные о ё, но имеют существенное ограничение из-за того, что в реальной среде на значение £ влияет не только состав вещества, но и климатические условия, неоднородность грунта и т.п.

Чтобы обойти трудности, возникающие при активном ПЗ в диссертации предложено использовать совместно с активным пассивные методы радиолокации. В пассивной радиолокации температура радиотеплового излучения (РТИ) зависит от состояния и состава почвы, а также от ее ЭФ параметров. Обратной задачей при этом является определение ЭФ характеристик среды по известным (измеренным) параметрам ее РТИ. Пассивные радиофизические методы исследования земных покровов исследованы достаточно подробно и изложены в работах А. Е. Башаринова, Н. А. Арманда, В. В. Богородского, А. М. Шутко и др.

В настоящей работе поставлена задача исследования возможности использования активно-пассивного зондирования для ПРЛ. Использование активно-пассивных радиолокационных систем в метеорологии, в картографировании и т.п. известно и оправдано улучшением информации о зондируемом объекте, а также повышением достоверности и точности. Сведения о применении активного метода зондирования совместно с пассивной радиолокацией в ПЗ не встречаются в Российских и зарубежных публикациях. Таким образом, актуальность данной работы проявляется в исследовании принципов комплексной работы активного и пассивного

радиофизических методов в ПЗ с целью обеспечения дополнительной информации для повышения точности измерений толщины слоя и глубины залегания объекта, также в комплексировании каналов приема для формирования точного подповерхностного профиля грунта путем совместной обработки отраженных сигналов от границ слоев фунта и сигналов собственного РТИ слоистых земных покровов. Повышение информативности заключается, например, в определении влажности грунта и уточнении его диэлектрической проницаемости (ДП).

Исходя из этого, можно определить цель данной диссертационной работы.

Цель работы: исследование совместного использования активного к пассивного метода радиолокационного зондирования для повышения информативности и точности результатов измерений в георадиолокации путем комплексирования JI4M георадара с радиометром.

Исходя из поставленной в диссертации цели, вытекает необходимость решения следующих основных задач:

1. Исследование работы георадара с ЛЧМ сигналом, формирование JI4M сигнала и его обработка. Оценка требуемого потенциала георадара для обнаружения объектов в различных грунтах.

2. Моделирование широкополосной антенны «bow-tie» георадара и оценка влияния характеристик среды на структуру ее электрического поля.

3. Оценка погрешности в определении глубины залегания объекта или толщины слоя из-за априорной неизвестности значений ДП в многослойных средах.

4. Определение ДП грунта методом пассивной радиолокации на основе различных электродинамических (ЭД) моделей.

5. Исследование принципов комплексной обработки рассеянных полей и полей собственного излучения.

6. Моделирование работы георадара с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) и исследование активно-пассивной радиолокационной системы для ПРЛ. Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: статистическая теория радиолокации и радиотехники, радиофизика, теория СВЧ и антенн, системы автоматизированного проектирования (САПР) Labview (фирма National Instruments), HFSS (фирма Ansoft).

Научная новизна результатов:

1. Рассчитан и проверен на компьютерной мидели требуемый энергетический потенциал георадара на основе различных моделей грунта, в том числе и с учетом мешающего действия структурного шума.

2. Впервые рассчитана количественная оценка погрешностей определения глубины залегания объекта в грунте из-за априорной неопределенности ЭФ характеристик грунта или ошибочного выбора их значения. А исходя из разрешающей способности ДRc сигнала в грунте, предложена методика оценки необходимой точности определения ДП грунта.

3. Предложена методика определения структур ЭД модели грунта с помощью взаимодействия активной и пассивной системы георадиолокации для уточнения глубины залегания объектов в грунте.

4. Впервые предложено комплексирование активной радиолокационной системы ПЗ с пассивной радиометрией, позволившее повысить информативность георадара и точность результатов измерений. Достоверность результатов обеспечивается использованием

общепринятых ЭД моделей грунта и проведением математического и компьютерного моделирования, подтвердившего теоретические положения диссертационной работы.

На защиту выносятся теоретические обоснования возможности и целесообразности практического применения метода радиолокации

частотно-модулированными сигналами для ПЗ слоистых земных покровов и разработка вопросов технической реализации JI4M георадара, а также комплексирование приемного тракта георадара с радиометрическим приемником для повышения информативности георадара с возможностью определения ЭФ характеристик грунта и его структуры и состояния для повышения точности определения глубины залегания подповерхностных объектов.

Практическая значимость результатов работы:

1. Рассчитанные зависимости требуемого потенциала георадара позволяют ВЫораТЬ ОПТймаЛЬНЫЙ ДйНйМйЧёСКйЙ ДйоПоЗОН ГсОродора ДЛЯ раЗЛИЧНЫХ

грунтов, также и мощность передатчика с учетом затухания сигнала в грунте, в том числе и при наличии структурного шума.

2. Разработана частотно-независимая антенна «bow-tie» с помощью САПР и рассчитаны частотные и излучательные характеристики антенны, при расчете установлено, что чем ближе антенна к земной поверхности, тем лучше ее характеристики, что подтверждается также данными из литературы.

3. Разработан георадар, комплексированный с радиометром, что позволяет повысить информативность при зондировании, выбрать подходящую ЭД модель грунта и рассчитать его электрофизические характеристики, а кроме того, получить новую полезную информацию, например, влажность грунта.

4. Подготовлена и внедрена в учебный процесс новая учебная лабораторная работа под названием «Исследование характеристик георадара с JI4M сигналом» для студентов по специальностям «Радиофизика и электроника» и «Радиоэлектронные системы».

Апробация результатов Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой международных научно-технических конференциях студентов

и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика», Москва, МЭИ, 2008 - 2010 гг.; на 52-й научной конференции МФТИ, Москва, Долгопрудный, 2009 г; на XX юбилейной научно-технической конференции НИИП им. В. В. Тихомирова, г. Жуковский, Моск. обл. март 2010 г.; на III Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике - СРСА 2010». Проблемы дистанционного зондирования, распространения и дифракции радиоволн. Муромский филиал ВлГУ, июнь 2010.

Лично соискателем получены следующие результаты: предложена функциональная схема георадара и рассчитан требуемый энергетический потенциал с учетом мешающего действия структурного шума, рассчитана количественная оценка погрешности определения глубины залегания объектов из-за априорной неизвестности электрофизических характеристик грунта, предложено совместное использование активного и пассивного радиофизического метода подповерхностного зондирования для повышения эффективности, информативности и точности при активном подповерхностном зондировании с целью решения обратных задач георадиолокации, проведено моделирование широкополосной антенны «bow-tie» для JI4M георадара с помощью программного обеспечения и рассмотрено влияние подстилающей поверхности на характеристики антенны, проведено моделирование работы георадара в LabVIEW, также радиотеплового сигнала для однородного грунта.

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 10 статей и тезисов докладов, 2 статьи из них в рекомендованных ВАК журналах (Вестник МЭИ, электронный журнал «Радиоэлектроника» ИРЭ РАБ).

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 87 наименований. Работа изложена на 149 страницах, иллюстрирована 48 рисунками и содержит 10 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели работы, ее новизна и практическая значимость и дано краткое содержание диссертации.

В первой главе рассмотрены общие физико-механические характеристики грунта, также его электрофизические свойства и ЭД модели. Исследованы принципы активного метода ПЗ.

В радиодиапазоне все виды земных покровов являются диэлектриками, потому и в ПРЛ грунт рассматривается как диэлектрик с комплексной диэлектрической проницаемостью ё. Земной покров - многокомпонентная СрСДа (СМССй), ПОЭТОМУ ДИЗЛсКТрИЧсСКаЯ ПрОНйЦасмОСТЬ ГруНТа ЗаВйСИТ ОТ сё

строения. Нет строгого метода дистанционного определения ДП грунта.

Для решения задачи обнаружения подповерхностных объектов и различных слоев в грунте необходимо учитывать вертикальное распределение ё и ЭД модели грунта. Рассмотрены возможности изучения подповерхностных объектов и земных покровов активными и пассивными методами зондирования.

Во второй главе рассмотрены особенности зондирования земных покровов активными радиофизическими методами. В настоящее врет используются в георадиолокации короткие видеоимпульсы или сигналы с частотной модуляцией. Применение в георадиолокации для относительно неглубокого зондирования до 2 - Зм непрерывного метода радиолокации сигналами с ЛЧМ (линейная частотная модуляция) обеспечивает более простой способ формирования и корреляционно-фильтровой оптимальной обработки широкополосных сигналов (при условии коррекции боковых лепестков автокорреляционной функции) и не требует мощного передатчика.

В работе рассчитан требуемый потенциал георадара от глубины для различных фунтов и объектов в грунте (с целью определения уровня грунтовых вод, поиска подземных сооружений и коммуникаций, исследования железнодорожных и автомобильных дорожных покрытий и т.д.) при следующих исходных данных зондирующего ЛЧМ сигнала

/„ = 300 МГц, /в= 900 МГц, ширина спектра А/с =600 МГц, частота модуляции ^ = 1кГц, георадар находится непосредственно вблизи поверхности Земли. В результате расчета показано, что при малой толщине верхнего слоя потенциал георадара зависит, главным образом, от ДП грунта и ЭФ характеристик зондируемого объекта и его ЭПР, а с ростом глубины требуемый от георадара потенциал определяется затуханием сигнала в грунте.

Для расчета максимальной глубины действия георадара использовано следующее соотношение, учитывающее все потери при распространении сигнала

^тъ-Рт г~7 ~ 'А "А О)

(4^)3.(йЧК/2)2)

где (70 - коэффициент усиления антенны, йа - расстояние между двумя

антеннами, Рм03 - мощность минимального обнаруживаемого сигнала,

Ьа, £(, £в, Ьа - потери в антенно-фидерном тракте, атмосфере, на

границах слоя, в грунте, ЭПР объекта, соответственно.

Тогда уравнение (1) может быть записано в виде

• 0„1 • Л'

2

■L-L-L.-L.-L,

\ 2 а Г в к

(2)

+ 2)2)

где = Рг/Рш5 - системный энергетический параметр,

Реально во многих случаях максимальная глубина зондирования ограничивается не столько шумами приемника, сколько уровнем мешающего сигнала, сформированного за счет отражений от различного рода неоднородностей, всегда имеющихся в грунте, примером которых могут служить, вкрапления мелких камней, имеющих отличные от основной массы грунта электрофизические параметры, мелкие пространственные вариации плотности или ЭФ параметров грунта и т.п.. Этот мешающий сигнал называют структурным шумом.

Количество неоднородностей в единице объема будем характеризовать средней плотностью р5, тогда в объем разрешения зондирующего сигнала, ограниченный интервалом разрешения зондирующего сигнала по дальности АЯ и шириной диаграммы направленности антенны Лда, будет попадать в

среднем Ns(h)яя•{h•tg[&вa|2])2-Ш-р5 таких неоднородностей, определяющих мощность мешающего сигнала.

0,1,

ш.

50

100

ТЗГ

200

Системный энергетический параметр а)

"38 ПИ 151! 200

Системный энергетический параметр 6)

Рис. 1. Зависимость глубины зондирования от системного энергетического параметра при мешающих неоднородностях: rs = Зсм радиус сфер, образующих неоднородность, плотность 100 сфер/м3, комплексная диэлектрическая проницаемость сферы - а), ts = 10-Д5, б), ss =15-/1,5. Параметры грунтов па 600 МГц: 1-песок (влажность, И'=4%) - в = 5-j0,075, 2-глина (Ж=8%) - s = 7,5-J2.398, 3-суглинки (И-5%) -€ = 5,1 — 7*0,3 , 4-песок (Г=12%) - е = 10,7 - /0,39.

Итак, на глубину зондирования оказывают влияние электрофизические параметры, геометрические размеры и плотность неоднородностей в грунте.

В ЛЧМ георадаре глубина залегания объекта или толщина слоя определяется методом спектрального анализа. Частота биений F6, из которой находится глубина залегания объекта или толщина слоя, зависит от вертикального распределения s, т.е. ЭД модели структур грунта. На рис. 2. приведены наиболее встречающиеся и употребляемые модели грунта

0

-> Направление движения георадара по поверхности х

х 0 х 0 лг 0

а)

А*

h

X

\

б)

к

в)

й2

Рис. 2. Электродинамические модели изменения структуры грунта с глубиной: а) однородная, б) полшгоминалъная в) ступенчатая, г) экспоненциальная

Если модель однородная (рис. 2а), то частота биений

р (3)

с

Для полиноминальной модели частота биений

^{аЪ + Р)я, (4)

где а и /? могут быть как действительными, так и комплексными величинами; а определяет скорость изменения е, /3 - начальное значение е при к = 0. При т = 1, модель становится линейной ¿(Н) = аИ + Р = еЩ + /£"(й) (рис. 26).

Если модель ступенчатая (рис. 2в), то будет отражение и от слоя и от объекта

Ра = • Яе= • Яе Д + К ■ (5)

Для многих сред закон изменения ДП по глубине во многих случаях аппроксимируют зависимостью ¿(¡г) = /Зе~2ак, (экспоненциальная модель изменения ДП грунта, рис. 2в).

+ (6)

Трудность заключается в априорной неизвестности ЭФ характеристик грунта. На величину е при данной частоте измерений влияют довольно большое число параметров, таких как влажность, температура, дисперсность, засоленность, минералогический состав и плотность почвы, также сезонная и суточная изменчивость. В литературе показано, что в диапазоне частот от 300 до 900 МГц для разных грунтов почти не наблюдается дисперсность ДП.

Из-за априорной неизвестности значения ДП грунта, при измерении

глубины залегания объекта возникает погрешность. Допустимую

погрешность по глубине А/г можно задавать, исходя из АЯС сигнала в грунте.

В диссертации разработана функциональная схема георадара с ЛЧМ

сигналом, действующего в полосе частот от 300 до 900 МГц и выбрана его

элементная база. В той же главе 2 диссертации предложена реализация

12

широкополосной антенны "bow-tie" для JI4M георадара на основе принципа самодополнительности. При этом ARc в грунтах составляет 8...11 см.

Учитывая почти полное отсутствие отражений при толщине переходного слоя, превышающей половину длины волны и задавая Ah порядка ARC, найдем значение допустимой ошибки по определению е, (см. табл.1, где Ah и Аё рассчитаны для однородной ЭД модели).

Таблица 1

Зависимость погрешности определения глубины залегания объекта от изменения __значений комплексной диэлектрической проницаемости _

Параметр 3 2 3 4 5 6 7 6.5-0,1 i, ReVI = 2,5

s, ±Aet 3:5-0,053i ReVI = l,9 4-0.06i Re VI = 1,9 4:5-0.07i Re VI = 2,1 5-0.075i, W=4%. Дгг, = 0,ReVI = 2,2 5,5-0,0831 ReVI = 2,3 6-0.09i ReVI = 2,4

h±bh 1,196м 1,118м 1,054м 1м, Дй = 0 0,953M 0,913M 0,877м

¿2 ±Дг2 3,6- 0,24iReVI = 1,9 4,1-0,31 Re VI = 2 4,6-0,351 ReVJ = 2,1 5,1-0,3 9i, W=10% Ae2 = 0,ReVI = 2,3 5,6-0,4291 Re VI = 2,3 6,l-0,468i ReVI = 2,5 6,6-0,507i Re VI = 2,6

й±Дй 1,183м 1,104м 1,053м lM, ДА = 0 0,953M 0,904M 0,868м

¿3 ± Atij 5,25-1,681 Re VI = 2,3 6-l,918i ReVJ = 2,5 6,75-2,16i Re VI = 2,6 7,5-2,39i, W=8% Д ¿3 = 0,R eVI = 2,8 8,25-2,63i Re = 2,9 9-2,878i R eVI = 3 9,75-3, Hi Re V^ =3,1

А±ДЛ 1,195м 1,118м 1,054м 1м, ДА = 0 0,954M 0,913M 0,877M

¿4 ±Д£4 7,49-0,2 li Re VI = 2,7 8,56-0,24i Re VI = 2,9 9,63-0,27i ReVI = 3,1 10,7-0,3i,W=12% Де4 = 0, ReVI = 3,3 li,8-0,33i ReVI =3,4 12,8-0,36i ReVJ = 3,5 13,9-0,39i Re VI = 3,7

й+ДА 1,185м 1,108м 1,024м 1m, Дй = 0 0,96 1M 0,9 IM 0,86M

Истинное значение £ для каждого типа грунта соответствует колонке 4, а в колонках 1, 2, 3, 5, 6, 7 - монотонно варьируемое относительно истинного значение ё; £] - песок IV =4%, ё2-суглинок ¿3 - глина 8% ¿4 -песок №=12%

Из табл. 1 видно, что при изменении значения действительной части ё на ±20% (выделено темным цветом) погрешность А/г по определению толщины слоя грунта не превышает допустимого значения, т.е. 8... 11 см, а при этом мнимая часть ё несущественно влияет на скорость распространения электромагнитной волны в грунтах с/к&\[ё. Требуемая точность оценки в определении толщины слоя или глубины залегания объектов может меняться в зависимости от поставленной задачи и типа обнаруживаемых объектов.

Известна связь между радиояркостной температурой и ЭФ характеристиками грунта, откуда следует возможность решения обратных

задач (определения ЭФ свойств грунта и его состояния) с помощью радиометрии.

В третьей главе рассмотрены температурное излучение почвы при разных климатических условиях, решение обратных задач на основе ЭД моделей грунтов, комплексирование георадара с радиометром для повышения информативности при работе георадара.

РТИ формируется в толще слоя, а земные покровы могут состоять из нескольких слоев с различными ¿. Рассмотрены принципы формирования теплового излучения земных покровов на основе ЭД моделей (см. рис. 2).

Для определения ЭД модели грунта целесообразно комплексирование активных и пассивных радиолокационных измерений, целью которых является объединение различных измерителей в единый комплекс, обладающий более высокими характеристиками по точности информативности и надежности в сравнении с отдельными измерителями. То, что в радиометрии для получения высокой температурной чувствительности требуется широкая полоса частот входных малошумящих усилителей (МШУ), а использование сверхширокополосных сигналов в ПРЛ также требует широкополосных усилителей, позволило соединить СВЧ часть радиометра и приемный тракт георадара без существенных его изменений.

Температурный радиояркостный контраст АТ при изменении значения ДП на 20% для различных грунтов (см. табл. 1) составляет от 6...11К, откуда чувствительность радиометра должна порядка 0,8... 1К.

Чувствительность радиометра выражается формулой

дТа^=тта{Та+Тш)№1А/, (7)

где коэффициент тт выбирается в соответствии с требуемыми вероятностями обнаружения; ег коэффициент, значение которого для разных схем изменяется в пределах 1...3; А/"- полоса пропускания входной линейной части приемника, М" - полоса частот интегратора; Та - антенная температура, Гш - шумовая температура.

Для выбранных параметров радиометра тг = 5, а = 2,6, А/" = 600МГц, Та=ШК,Тт =423^ (МШУ - \VL1008, шум-фактор равен 1,5 дБ), 8Татт = \К полоса интегратора определена равной 4.3 Гц. Соответственно,

время интегрирования 0,23 с.

А | П | А | П | А I П | А ^ Цикличность работы системы

0,23с 0,23с 0,23с 0,23с 0,23с 0,23с

Рис. 3. Циклограмма работы комплексированного Показана На РИС. 3. За ОДИН ЦИКЛ

с радиометром георадара: А-активный режим, работЫ георадар Не ДОЛЖен ПрОЙТИ П- пассивный режим работы.

больше половины апертуры антенны, которая имеет размеры 50x50см. Следовательно, скорость движения георадара по поверхности Земли должна быть не более 0,5м/с.

Калибровку радиометра можно осуществлять путем измерения мощности просачивающегося сигнала от передатчика в режиме активной работы георадара при непрерывном контроле мощности зондирующего сигнала. Кроме того, можно провести калибровку, используя металлический лист, и измеряя температуру входных цепей с учетом диэлектрической проницаемости подложки антенны. При выбранной современной элементной базе ожидаемые температурные флуктуации из-за нестабильности коэффициента передачи тракта радиометра не превышают 0,1 ...0,2К.

Предложено использовать параллельный многоканальный прием РТИ (см. рис. 4) для получения температурного градиента по глубине, что

повышает информативность.

зоо 400 500 600 700 800 900 ¡, МГц Измеряя динамик}' измерения Рис. 4. Многоканальный прием

температуры, можно установить радиотеплового излучения г ■'г ■'

характер изменения влажности, которая оказывает сильное влияние на значение ДП грунта. Зависимость температурного радиояркостного контраста от влажности почвьт имеет характер близкий к линейному, и без учета экранирующего влияния растительного покрова (для типов различных почв) характеризуется отношением

АТ/АЖ «(2-3), [К/%) (8)

Эффективно излучающий слой имеет толщину, определяемую следующим соотношением

^=8,65/Г, [м] (9)

где Г - удельное затухание сигнала в среде.

Используя три канала приема, получим РТИ от разных глубин, так как затухание сигнала в грунте зависит от частоты (см. табл. 2) и отражает динамику изменения влажности, оцениваем характер изменения ДП с глубиной.

Т^би.Ци 2

Электрические характеристики различных грунтов

Электрические характеристики Электрические характеристики

песчаных грунтов глинистых грунтов

/, МГц Влажность, % 8' Г,дБ/м Кфф 'М Влажность, % е' Г, дБ/м Кфф >М

4 4,9 1,4 6,2 4 5,1 20 0,43

333 8 12 6,9 10,9 5,7 7,1 1,5 1,2 8 12 8,0 12,6 40 60 0,2 0,14

16 14,9 10,0 0,8 16 18,0 80 0,1

4 5,1 5,7 1,5 4 5,1 40 0,2

103 8 7,1 11,4 0,7 8 7,1 80 0,1

12 10,6 17,2 0,5 12 12,0 120 0,08

16 14.0 22,0 0,39 16 18,0 150 0,06

Далее сопоставляя её с результатами активного зондирования в виде

радиолокационного профиля с указанием границ раздела сред можно выбрать подходящую ЭД модель структуры грунта для расчета ЭФ параметров среды. Методика выбора ЭД модели грунта показана на рис. 5.

Рис. 5. Методика определения структуры ЭД модели грунта для уточнения глубины

залегания объектов в грунте 16

Основным параметром, определяющим величину^, является объемная влажность. ДП связана с влажностью, например, известной рефракционной формулой

Л = + (10)

где Ф - часть полного объема, занятого, например почвой (¿п), а 1-Ф -часть полного объема, занятого соответственно водой (¿в).

Четвертая глава диссертационной работы посвящается проектированию широкополосной антенны «bow-tie» с помощью САПР HFSS и изучению влияния подстилающей поверхности на характеристики антенны. Также проведено моделирование работы активной и пассивной системы ПЗ с помощью САПР Lab VIEW.

Рассчитываемая глубина зондирования до 2м, а антенна находится на расстоянии 5 см к поверхности Земли. При этом, когда антенна находится вблизи поверхности Земли, речи о диаграмме направленности быть не может, так как слишком сильная влияние земной поверхности на антенну. В HFSS построена модель многослойной среды и получена структура электрического поля по модулю на разных расстояниях от антенны, см. рис. 6, рис. 7.

Рис. 6 Структура электрического поля антенны по модулю на разных расстояниях от антенны: а) 20 см, б) 37 см, в) 70см, г) модель многослойной среды

Для различных моделей грунта рассчитаны параметры 5И, и КСВ

антенны, установленной внутри защитного металлического экрана.

Результаты моделирования показывают, что не только подстилающая

поверхность, но и нижележащие слои влияют на структуру электрического

17

поля, но самое большое влияние оказывает характеристики верхнего слоя. Установлено, что не следует поднимать антенну над поверхностью на высоту более 0,1Я.

<р = 90°

зо'~'-..________].........-¥о в)

Антенна i

5 СМ

Воздух 24 си

Суглинок 10 си

( линя 25см

Г)......

Рис. 7. Структура электрического поля антенны по модулю на разных расстояниях от антенны: а) 20 см, 5) 37 см, в) 70см, г) модель многослойной среды

В этой главе содержатся результаты моделирования работы георадара с

помощью САПР ЬаЬУТЕ^У, подтвердившие основные положения

диссертации.

Выбор числа слоя Однослойная модель Двухслойная модель Трехслойная недель

Выбор типа грукт»!

Электрофизические характеристики грунта J Отраженный от слсее грунта сигнал и его спектр j Page 3 j Page 4 j

Зрретой -

выбор типе грунтдг 'гД Воздух

Выбор типа груктвЗ г^Суглютки влажностью 5% Выбор типа грунта4

Дизлектри j Проводим ческая , ость проницаем; ость ! Тангенс угла . диэлектр. потерь j Удельное |затухание ¡сигналов jгрунте Длине гоукте Фазовая скорость волны в грунте jКорень и» 1 дейст, | части jдиэл. про. Корень из мнимой части диэл. прс. Коэффициент i отражения ¡ • 1

4 0,004: 0,1199 -3,273 0,25 1,5Е+8 г -0,02997 -0,33 +0,0067 i"

i т "о 0,5 ЗЕ+8 Г' 0 " 0,33 -0,006Л

5,1 0,01 0,2997 -7,243 0,2213 1,320Е+ 2,259 -0,06632 -0,39+0,012 i

¡Глина влажностью 8%

7,5 0,08 2,398 -47,22 0,1803 1,082Е+ 2,773 -0,4324 -0,11 +0,0621

Рис. 8. Модель многослойной ступенчатой среды в Lab VIEW

ю-1

0,10,01 0,00i

Бетон 50 см

j Песок, W=12% 30 см

Глина, W=12%

и J

50000 100000 Частота, Гц

Рис. 9. Спектры отраженных сигналов от различных слоев грунта

Песок, W=4% 35 см Суглинка, W=5% 20 см Глина, W=8% 40 см

Частота, Гц

168426

В заключении можно сделать следующие выводы:

1.При активном зондировании подповерхностных структур георадаром очень важны априорные сведения о строении грунта, и незнание структур и характеристик грунта может привести к ошибке измерения глубины залегания объекта и толщины слоев грунта

2. Глубина зондирования может быть ограничена структурным шумом, возникающим за счет неоднородностей в грунте.

3. ДП сухого грунта зависит от плотности и для грунтов из песка, суглинков и глины составляет 3...4. Основным параметром, определяющим величину ё, является объемная влажность грунта, а динамика изменен:« ё зависит от изменения влажности. Для установления динамики изменения влажности в грунте с глубиной (так как распределение влажности может быть неравномерным) предложен многоканальный прием РТИ.

4. Разработана функциональная схема георадара, работающего совместно с радиометрическим приемником. Широкополосный вход приемного тракта ЛЧМ георадара позволил без существенных его изменений комплексировать георадар с радиометром.

5. Предложена методика уточнения ДП грунта с помощью полученных данных в активном и пассивном режиме.

6. Проведено моделирование широкополосной антенны «bow-tie» для георадара, имеющей малые габариты, и влияние подстилающей поверхности на характеристики антенны.

7. Проведено моделирование работы георадара с помощью САПР LabVIEW, а также радиотеплового излучения от однородного слоя грунта.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Одсурэн Б. Анализ характеристик антенной системы георадара. Вестник МЭИ, 2009, № 1, с. 63 - 69.

2. Одсурэн Б. Комплексирование радиолокационной системы подповерхностного зондирования для повышения информативности и улучшения результатов путем модификации приемного тракта георадара. Электронный журнал Радиоэлектроники, № 5,2010.

3. Баскаков А. И., Одсурэн Б. Анализ энергетических характеристик георадара// Радиотехнические тетради, № 37,2008.

4. Баскаков А. И., Одсурэн Б. Приемо-передающий тракт георадара с JI4M сигналом// Радиотехнические тетради. № 38.2009. с. 56 - 59.

5. Одсурэн Б. Моделирование антенны «галстук-бабочка» для георадара с помощью САПР HFSS// Радиотехнические тетради, № 39,2009, с. 57 - 60.

6. Одсурэн Б, Баскаков А И. Моделирование энергетических характеристик радиолокатора подповерхностного зондирования в среде Lab VIEW. XIV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» - тез. дога. М.: Изд-во МЭИ, 2008, Т1.

7. Одсурэн Б., Баскаков А. И. Анализ широкополосной антенны типа «bow-tie» для георадара с JI4M сигналом. XV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» - тез. докл. М.: Изд-во МЭИ, 2009, Т1.

8. Одсурэн Б., Баскаков А. И. Пассивно-активная радиолокационная система для подповерхностного зондирования. XVI международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» - тез. докл. М.: Изд-во МЭИ, 2010, Т1.

9. Одсурэн Б. Широкополосная антенна «галстук-бабочка» для георадара и влияние подстилающей поверхности на характеристики антенны. Труды 52-й научной конференции МФТИ, Часть I, Радиотехника и кибернетика, Т2, Москва, Долгопрудный, 2009. с. 126 - 128.

10. Баскаков А. И., Одсурэн Б. Использование активно-пассивных методов георадиолокации для определения электрофизических характеристик грунта. III Всероссийская научная конференция «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике - СРСА 2010». Проблемы дистанционного зондирования, распространения и дифракции радиоволн. Муромский филиал ВлГУ. июнь 2010.

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Данная работа подготовлена на кафедре Радиотехнических приборов Института Радиотехники и электроники Московского Энергетического Института под руководством профессора д.т.н. А. И. Баскакова. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю за внимательное и критическое отношение к данной работе. Автор также благодарен преподавателям кафедры РТП за помощь в написании данной работы. Автор признателен профессору д.ф-м.н. В. А. Пермякову, чьи советы и доброжелательная критика способствовали улучшению содержания работы.

Оглавление

Введение.

Глава 1. Грунт, как среда распространения радиоволн, и изучение его электрофизических характеристик и физических состояний с помощью радиофизических методов.

1.1 .Грунт и его физико-механические характеристики.

1.2.Диэлектрическая проницаемость и электрофизические свойства грунта.

1.3 .Радиоизлучение земного покрова.

1.4.Активный способ радиолокационного зондирования и влияния электрофизических характеристик грунта на параметры зондирующего сигнала.

1.5. Выводы к главе 1.

Глава 2. Активный метод радиолокационного дистанционного зондирования в подповерхностной радиолокации.

2.1.Формирование ЛЧМ сигнала и влияние погрешности формирования на точность измерения.

2.2.Принцип работы георадара с ЛЧМ сигналом.

2.3.Антенна для георадара.

2.4.0бработка сигналов в подповерхностной радиолокации 78 2.5.Выводы к главе 2.

Глава 3. Радиотепловое визирование земных покровов.

3.1 .Температурное излучение почвы.

3.2.Формирование радиояркостной температуры на основе электродинамических моделей грунта и возможности решения обратных задач.

3.3 .Устройства пассивного визирования в СВЧ диапазоне.

3.4.Радиотепловое визирование земных покровов как способ повышения информативности активной георадиолокации.

3.5. Выводы к главе 3.

Глава 4. Моделирование работы георадара.

4.1 .Модель антенны «bow-tie» и влияние земной поверхности на излучательные характеристики антенны.

4.2. Имитационное математическое моделирование приемного тракта георадара с корреляционно-фильтровой обработкой сигнала.

4.3. Выводы к главе 4.

Радиофизические методы исследования широко используются при контроле состояния земных покровов (ЗП), слоистых покрытий, при обследовании дорог, при обнаружении грунтовых вод, при разминировании и т.д.

В последние годы оформилась в качестве самостоятельного научного направления новая отрасль радиотехники — подповерхностная радиолокация (ПРЛ), которая становится важным инструментом при дистанционном зондировании ЗП. Интерес к радиолокационному подповерхностному зондированию (ПЗ) и область его применения расширяются. Значительное число публикаций, посвященных дистанционному ПЗ и созданию серийных георадаров, как в России, так и в зарубежных странах показывают, что теория и техника радиолокационного ПЗ достигли серьезного уровня развития.

Первые работы по зондированию подповерхностных сред импульсными георадарами проводились в РИИГА (Рижский институт инженеров гражданской авиации) под руководством М. И. Финкелылтейна. Развитие ПРЛ в зарубежных странах изложено в работе Д. Дж. Дениелса. Также в коллективной монографии под редакцией А. Ю. Гринева рассмотрены последние достижения в этой области и в настоящее время выпускаемые георадары. Созданы и продолжают создаваться и совершенствоваться алгоритмы обработки георадиолокационных измерений, их сбора и отображения. Ведущими фирмами, занимающимися производством георадаров в настоящее время, являются GSSI (Geophysical Survey Systems Inc., Ныо Гемпшир, США), Sensor and Software Inc. (Канада), Era Technology (Великобритания) и MALA (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO Corporation (Япония), Geozondas (Литва). В России георадары выпускают ОАО НИИП имени В.В. Тихомирова, ООО «Логис», СКБ ИРЭ РАН и др.

Известно, что априорная неопределенность об электрофизических (ЭФ) характеристиках грунта может привести к погрешностям в определении глубины при зондировании. Вертикальная и пространственная неоднородность комплексной диэлектрической проницаемости (ДП) грунта ё, также ее частотная, сезонная и географическая зависимость приводит к большим трудностям при решении задачи георадиолокации. Для радиоволновой диагностики состояния и свойств таких сред необходимо учитывать пространственное распределение ё. Данные о профильном распределении ё можно получить либо из априорных данных, либо используя приближенные теоретические модели, либо экспериментально.

Экспериментальные методы могут дать более качественные данные о ё, но имеют существенное ограничение из-за того, что в реальной среде на значение ё влияет не только состав вещества, но и климатические условия, неоднородность грунта и т.п.

Чтобы обойти трудности, возникающие при активном ПЗ в диссертации предложено использовать совместно с активным пассивные методы радиолокации. В пассивной радиолокации температура радиотеплового излучения (РТИ) зависит от состояния и состава почвы, а также от ее ЭФ параметров. Обратной задачей при этом является определение ЭФ характеристик среды по известным (измеренным) параметрам ее РТИ. Пассивные радиофизические методы исследования ЗП исследованы достаточно подробно и изложены в работах А. Е. Башаринова, Н. А. Арманда, В. В. Богородского, А. М. Шутко и др.

В настоящей работе поставлена задача исследования возможности использования активно-пассивного зондирования для ПРЛ. Использование активно-пассивных радиолокационных систем в метеорологии, в картографировании и т.п. известно и оправдано улучшением информации о зондируемом объекте, а также повышением достоверности и точности. Сведения о применении активного метода зондирования совместно с пассивной радиолокацией в ПЗ не встречаются в Российских и зарубежных публикациях. Таким образом, актуальность данной работы проявляется в исследовании принципов комплексной работы активного и пассивного радиофизических методов в ПЗ с целью обеспечения дополнительной информации для повышения точности измерений толщины слоя и глубины залегания объекта, также в комплексировании каналов приема для формирования точного подповерхностного профиля грунта путем совместной обработки отраженных сигналов от границ слоев грунта и сигналов собственного РТИ слоистых ЗП. Повышение информативности заключается, например, в определении влажности грунта и уточнении его ДП.

Исходя из этого, можно определить цель данной диссертационной работы.

Цель работы: исследование совместного использования активного и пассивного метода радиолокационного ПЗ для повышения информативности и точности результатов измерений в георадиолокации путем комплексирования JI4M (линейная частотная модуляция) георадара с радиометром.

Исходя из поставленной в диссертации цели, вытекает необходимость решения следующих основных задач:

1. Исследование работы георадара с JI4M сигналом, формирование JI4M сигнала и его обработка. Оценка требуемого потенциала георадара для обнаружения объектов в различных грунтах.

2. Моделирование широкополосной антенны «bow-tie» георадара и оценка влияния характеристик среды на структуру ее электрического поля.

3. Оценка погрешности в определении глубины залегания объекта или толщины слоя из-за априорной неизвестности значений ДП в многослойных средах.

4. Определение ДП грунта методом пассивной радиолокации на основе различных электродинамических (ЭД) моделей.

5. Исследование принципов комплексной обработки рассеянных полей и полей собственного излучения.

6. Моделирование работы георадара с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) и исследование активно-пассивной радиолокационной системы для ПРЛ.

Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: статистическая теория радиолокации и радиотехники, радиофизика, теория СВЧ и антенн, системы автоматизированного проектирования (САПР) Labview (фирма National Instruments), HFSS (фирма Ansoft).

Научная новизна результатов:

1. Рассчитан и проверен на компьютерной модели требуемый энергетический потенциал георадара на основе различных моделей грунта, в том числе и с учетом мешающего действия структурного шума.

2. Впервые рассчитана количественная оценка погрешностей определения глубины залегания объекта в грунте из-за априорной неопределенности ЭФ характеристик грунта или ошибочного выбора их значения. А исходя из разрешающей способности ARc сигнала в грунте, предложена методика оценки необходимой точности определения ДП грунта.

3. Предложена методика определения структур ЭД модели грунта с помощью взаимодействия активной и пассивной системы георадиолокации для уточнения глубины залегания объектов в грунте.

4. Впервые предложено комплексирование активной радиолокационной системы ПЗ с пассивной радиометрией, позволившее повысить информативность георадара и точность результатов измерений.

Достоверность результатов обеспечивается использованием общепринятых ЭД моделей грунта и проведением математического и компьютерного моделирования, подтвердившего теоретические положения диссертационной работы.

На защиту выносятся теоретические обоснования возможности и целесообразности практического применения метода радиолокации частотно-модулированными сигналами для ПЗ слоистых ЗП и разработка вопросов технической реализации ЛЧМ георадара, а также комплексирование приемного тракта георадара с радиометрическим приемником для повышения информативности георадара с возможностью определения ЭФ характеристик грунта и его структуры и состояния для повышения точности определения глубины залегания подповерхностных объектов.

Практическая значимость результатов работы:

1. Рассчитанные зависимости требуемого потенциала георадара позволяют выбрать оптимальный динамический диапазон георадара для различных грунтов, также и мощность передатчика с учетом затухания сигнала в грунте, в том числе и при наличии структурного шума.

2. Разработана частотно-независимая антенна «bow-tie» с помощью САПР и рассчитаны частотные и излучательные характеристики антенны, при расчете установлено, что чем ближе антенна к земной поверхности, тем лучше ее характеристики, что подтверждается также данными из литературы.

3. Разработан георадар, комплексированный с радиометром, что позволяет повысить информативность при зондировании, выбрать подходящую ЭД модель грунта и рассчитать его ЭФ характеристики, а кроме того, получить новую полезную информацию, например, влажность грунта.

4. Подготовлена и внедрена в учебный процесс новая учебная лабораторная работа под названием «Исследование характеристик георадара с ЛЧМ сигналом» для студентов по специальностям «Радиофизика и электроника» и «Радиоэлектронные системы».

Апробация результатов Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на четырнадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика», Москва, МЭИ, 2008 - 2010 гг.; на 52-й научной конференции МФТИ, Москва, Долгопрудный, 2009 г; на XX юбилейной научно-технической конференции НИИП им. В. В. Тихомирова, г. Жуковский, Моск. обл. март 2010 г.; на Ш Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике - СРСА 2010». Проблемы дистанционного зондирования, распространения и дифракции радиоволн. Муромский филиал ВлГУ, июнь 2010.

Лично соискателем получены следующие результаты: предложена функциональная схема георадара и рассчитан требуемый энергетический потенциал с учетом мешающего действия структурного шума, рассчитана количественная оценка погрешности определения глубины залегания-объектов из-за априорной неизвестности ЭФ характеристик грунта, предложено совместное использование активного и пассивного радиофизического метода ПЗ для повышения эффективности, информативности и точности при активном ПЗ с целью решения обратных задач георадиолокации, проведено моделирование широкополосной антенны «bow-tie» для JI4M георадара с помощью программного обеспечения и s рассмотрено влияние подстилающей поверхности на характеристики антенны, проведено моделирование работы георадара в LabVffiW, также радиотеплового сигнала для однородного грунта.

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 10 статей и тезисов докладов, 2 статьи из них в рекомендованных ВАК журналах (Вестник МЭИ, электронный журнал «Радиоэлектроника» ИРЭ РАН).

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 87 наименований. Работа изложена на 149 страницах, иллюстрирована 48 рисунками и содержит 10 таблиц.

1. Подповерхностная радиолокация/ М.И. Финкелылтейн, В.И. Карпухин, В.А. Кутев, В.Н. Метелкин; под ред. М.И. Финкелыптейна. - М.: Радио и связь, 1994. - 216 с.

2. Daniels D. J. Ground Penetrating Radar. First edition. 2004. The Institution of Electrical Engineers. Reprint with new cover. 2007. The Institution of Engineering and Technology, London.

3. Вопросы подповерхностной радиолокации/ Коллективная монография/ под ред. А.Ю. Гринева. — М.: Радиотехника, 2005. 416 с.

4. URL: http://www.prometeus.nsc.ru/partner/zarubin/sonde.ssi

5. Миронов В. Л., Комаров С. А., Рычкова Н. В., Клещенко В. Н.Изучение диэлектрических свойств влажных почвогрунтов в СВЧ диапазоне // Исследование земли из космоса. — 1994, №4. С. 18-24.

6. Лещанский Ю. И., Лебедев Г. Н., Шумилин В. Д. Электрические параметры песчаного и глинистого грунта в диапазоне сантиметровых, дециметровых и метровых волн// — Изв. вузов. Радиофизика, 1971, т.14, №4, - С. 56-569.

7. Кондратьев К. Я., Мелентьев В. В., Рабинович Ю. И., Шульгина Е.М. Определение некоторых физических характеристик поверхностного слоя почвы по радиотепловому излучению// ДАН СССР, 1973, т. 208, № 2, с. 342-345.

8. Шульгина Е.М. Радиотепловое зондирование земных покровов// Зарубежная радиоэлектроника. 1993. № 4. С. 59-68.

9. Сугак В. Г. Оценка возможности обнаружения подповерхностных слоистых неоднородностей при зондировании с поверхности земли// — Изв. вузов. Радиофизика. 1997, т. 40, № 8. с. 952 - 962.

10. Башаринов А. Е., Гурвич А. С., Егоров С. Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. - 185с.

11. Шутко А.М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986

12. Арманд Н. А. и Башаринов А. Е. Исследование земли с летательных аппаратов. Результаты, полученные с помощью радиофизических методов. Научное сообщение на заседании Президиума АН СССР, 1977.

13. Арманд Н. А., Башаринов А.Е., Шутко А. М. Исследование природной среды радиофизическими методами// — Изв. вузов. Радиофизика. 1977, т.20, № 6. с. 809-841.

14. Башаринов А. Е., Шутко А. М. Определение влажности земных покровов методами СВЧ радиометрии // Радиотехника и электроника. 1978. т.23. № 9. с. 1781-1791.

15. Богородский В. В., Козлов А. И., Матусович И. М. Формирование теплового радиоизлучения неоднородной средой. — ЖТФ, 1978, т. 48, № 11, с. 2359-2366.

16. Богородский В. В., Козлов А. И. Микроволновая радиометрия земных покровов. Jli: Гидрометеоиздат. 1985. 269с.

17. Кондратьев К. Я., Шульгина Е. М. Возможности дистанционного зондирования грунтов (численный эксперимент)// — Труды ГГО, 1974, вып. 331. с. 50-63.

18. Кондратьев К. Я., Тимофеев Ю. М., Шульгина Е. М. О возможности определения характеристик поверхностного слоя почвы по его тепловому радиоизлучению//-Докл. АН СССР, т. 194, №6, с. 1313 1315.

19. Богородский В. В., Козлов А. И., Тучков Л. Т. Радиотепловое излучение земных покровов. — Л. Гидрометеоиздат. 1977. — 224с.

20. Быстрое Р. П., Соколов А. В. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов. — М.: Радиотехника, 2008. — 320с.

21. Волосюк В. К., Кравченко В. Ф. Статистическая теория радиотехнических систем дистанционного зондирования и радиолокации — М.: Физматлит, 2008.-667с22. url: http://www.buildcalc.ru/Learning/SoilMechanics/Open.aspx?id =Chapter2

22. Аэрокосмический радиолокационный мониторинг Земли /Коллективная монография/ под ред. А. И. Канащенкова. — М.: Радиотехника, 2006. -240с.

23. Андреев Г. А., Заянцев Л. В., Яковлев В. В. Радиоволновые системы подповерхностного зондирования// — Зарубежная радиоэлектроника, 1991. №2, с. 3-22.

24. Андреев Г. А., Агратин С. Г., Хохлов Г. И. Метод подповерхностного зондирования ЛЧМ сигналом// — Радиотехника, 1992. № 12. с. 46 48.

25. Радиолокационные методы исследования Земли/ Ю.А. Мельник, С.Г. Зубкович, В.Д. Степаненко и др.; Под ред. Ю.А. Мельника. М.: Советское радио, 1980 — 264 с.

26. Щеткин И. М. Исследование способов увеличения глубины зондирования почвы при определении ее влажности СВЧрадиометрическими методами: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук: 11.00.11 / Омск, 1995. - 20 с.

27. Романов А. Н. Исследование влияния влажности на радиоизлучение почвенного покрова в микроволновом диапазоне. Методические указания для студентов физического факультета/ Алт. гос. ун-т. Барнаул, 1998.

28. Сверхширокополосные системы в радиолокации и связи: Конспекты лекций/ В.И. Кошелев и др. Муром: Издательско-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2003. - 1 Юс.

29. Фиикельштейи М. И;, Кутев В. А., Золотарев В. П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. М.: Недра, 1986. — 128с.

30. Владов М. JL, Старовойтов А. В. Введение в георадиолокацию. М.: МГУ. 2004.-155с.

31. Башаринов А. Е. Устройств пассивного зондирования в СВЧ и ИК диапазонах.— М.: МЭИ, 1985 44 с.

32. Загоскин. В. В., Катаев С. Г., Тюльков Г. И., Чернышов В. Н.Исследование динамики пространственного распределения влажности, температуры и диэлектрических характеристик в капиллярно-пористых средах//- Изв. вузов. Физика, 1994. №11. С. 10.

33. Резников А. Е., Копейкин В. В., Морозов П. А., Щекотов А. Ю.Разработка аппаратуры, методов обработки данных для электромагнитного подповерхностного зондирования и опыт их применения// УФН. 2000. -т. 170. № 5. С. 565-568.

34. Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ С УР—2008» 5-8 мая 2008 г. В пяти частях Часть 2 В-Спектр 2008, стр. 283 285.

35. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Скольника, Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей редакцией К.Н. Трофимова. Том 4. Радиолокационные станции и системы. Под ред. М.М. Вейсбейна. М.: Сов.радио, 1978. 376 с.

36. Белов Л. А. Формирование стабильных частот и сигналов: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений М.: Издательский центр «Академия», 2005 — 224 с.

37. Ч. Кук, М. Бернфельд. Радиолокационные сигналы. Пер. с англ. под ред. В. С. Кельзона. М.: Сов. радио, 1971, -568с.

38. Баскаков А. И., Лукашенко Ю. И., Щернакова Л. А. Зондирующие радиолокационные сигналы. М.: МЭИ, 1990, -77с.

39. Хармут Ч. Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации. М.: Радио и связь, 1985, -376с.

40. Нарышкин А. К. Информативность радиолокационных объектов, сигналов и систем. М.: МЭИ, 1993 — 98с.

41. Методические рекомендации по применению георадаров при обследовании дорожных конструкций/ Министерство транспорта Российской Федерации Государственная служба дорожного хозяйства Российской Федерации. Москва. 2003.

42. Баскаков А. И., Одсурэн Б. Анализ энергетических характеристик георадара// Радиотехнические тетради, 2008, № 37.

43. Баскаков А. И., Мин-Хо Ка, Дронов Д. В. Методика расчета допустимой нелинейности ЧМ-генератора георадара // Электротехн. и инф. комплексы и системы. 2006. - т.2, № 3. - С.55-58.

44. Белов Л. А. Синтезаторы частот и сигналов Серия: Конспекты лекций по радиотехническим дисциплинам Изд.: Science Press, 2002 г. 80 с.

45. Кочемасов В. Н., Белов JL А., Оконешников В. С. Формирование сигналов с линейной частотной модуляцией. М.: Радио и связь. 1983. -192с.

46. Радиофизические исследование планет. Итоги науки и техники, сер. «Радиотехника». Шутко А. М., Кутуза Б. Г., Яковлев О. И. и др. М.: ВИНИТИ. 1978, т. 16. - 174с.

47. Иммореев И. Я. Сверхширокополосные радиосистемы. Обзор состояния и пути развития. USUIRCA 2005. Первая международная конференция по сверхширокополосным сигналам и сверхкоротким импульсам в радиолокации, Связи и Акустике. 27-29 сентября 2005, г.Суздаль

48. Лещанский Ю. И., Мигинский С. В. Помехи от естественных неоднородностей грунта при подповерхностной радиолокации// ЖТФ. 1987. с. 1136-1198.

49. Бреховских JI. М. Волны в слоистых средах. М.: Наука. 1973. — 502с.

50. Yu De Lin and Syn-Nan Tsai. Coplanar waveguide-fed uniplanar bow-tie antenna, IEEE trans, 1997, vol. 45, № 2.

51. Yasuhiro Nishioka, Osamu Maeshima, Toru Uno, and Saburo Adachi.

52. EE FDTD Analysis of Resistor-Loaded Bow-Tie Antennas Covered with Ferrite-Coated Conducting Cavityfor Subsurface Radar, IEEE transactions on antennas and propogation. vol. 47, № 6, 1999.

53. Марков Г. Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975. - 525с.

54. Рамзей В. Частотно-независимые антенны. М.: Мир, 1968.

55. George Н. Brown, О. М. Woodward. Experimentally determined radiation characteristics of conical and triangular antennas Research Department// RCA REVIEW. RCA laboratories Division. Princeton. N.J., December 1952, page 450-458.

56. Сазонов Д. M. Антенны и устройства СВЧ. 1988. - 436с.

57. J.Thaysen, К.В. Jakobsen J.Appel-Hansen. "A wideband Balun How does it work?" More Practical Filters and Couplers// A collection from Applied Microwave and Wireless, Noble Publishing Corporation, 2002. page 40-50.

58. Одсурэн Б. Анализ характеристик антенной системы георадара// М.: Вестник МЭИ, 2009 № 1, с. 63-70.

59. Банков С. E., Курушин А. А. Расчет антенн СВЧ структур с помощью HFSS Ansoft. М: ЗАО «НПП Родник». 2009. 246с.

60. Банков С. Е., Курушин А. А., Разевиг В. Д. Анализ и оптимизация СВЧ структур с помощью HFSS. М.: Солон пресс. 2004. — 283с.

61. Терешин О. Н., Белов А. С. К вопросу по развязке антенн щелевого типа с помощью импедансной структуры, лежащей в плоскости щелей// Изв. вузов сер. «Радиотехника». — 1960. №3

62. Цалиев Т. А., Черенков В. С. Анализ развязывающих свойств однородной импедансной полосы, расположенной на бесконечном экране// Радиотехника и электроника. — 1985, №1. с. 165 — 167.

63. Цалиев Т. А. Структура пространственной развязки антенн// HayKOBi пращ ОНАЗ iM. О. С. Попова, 2003, №1. с. 45-51.

64. Рабинер JL, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир. 1978. 848 с.

65. Р. Блейхут. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир. 1989.-448 с.

66. Shanker Man Shrestha, Ikuo Arai. Signal Processing of Ground Penetrating Radar Using Spectral Estimation Techniques to Estimate the Position of Buried Targets// EURASIP Journal on Applied Signal Processing, 2003, №12. p. 1198-1209.

67. Микроволновая аппаратура дистанционного зондирования поверхности земли и атмосферы. В.Ф. Михайлов и др. СПбГУАП. СПб, 1998, 165с.

68. Загоскин В.В., Нестеров В.М., Замотринская Е.А., Михайлова Т.Г.Зависимость диэлектрической проницаемости влажных дисперсных материалов от температуры //Изв. вузов. Физика.-1981. №7. с.65 - 68.

69. G. Castadi, V. Fiumara, M. Pinto. A dual-band chebyshev impedance transformer// Microwave and optical technology letters, vol. 39, №. 2, 2003. p. 141-145.

70. J. Thaysen, К. B. Jakobsen, J. Appel — Hansen. A wideband balun how does it work?// Appled microwave and wireless, vol. 12, №. 10, 2000.

71. Devendra K. Misra. Radiofrequency and microwave communication circuits analysis and design. John Wiley & Sons. 2001.

72. URL: http://wwwl.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/indexe.htm

73. Посевин Д. П. Математическое моделирование георадиолокатора для обнаружения трубопроводов в грунтах, автореф. М.: МФТИ. 2007.

74. СНиП 2.05.06 85*. Магистральные трубопроводы.

75. СНиП 3.06.04 91. Мосты и трубы.

76. Кулижников А. М. В разведку с георадаром//Автомобильные дороги. 2002, №12, с. 10-11.

77. Обследование автомобильных дорог при помощи метода георадиолокации. Мир дорог. СПб. 2004.

78. СНиП 2.05.02 85. Автомобильные дороги.

79. Пейч Д. И., Точилин Д. А., Поллак Б.П. Lab View для новичков и специалистов. М.: Горячая линия Телеком, 2004 г. - 384 с.

80. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. Lab VIEW для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора. М.: ДМК Пресс, 2007 г.