СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДМЕТОВ В ЗЕМЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G01V3/10 G01V3/12 

Изобретение относится к поисковой технике и может применяться в геофизике, археологии, строительстве и локализации предметов в земле, определении их размеров и глубины залегания.

Известен металлоискатель [1] который содержит генератор электромагнитных колебаний, индукционный датчик, синхронные детекторы: синфазный и квадратурных компонент, два фильтра постоянной составляющей, двухполупериодный выпрямитель, аналоговый сумматор и два стрелочных индикатора.

Металлоискатель и способ его функционирования не обеспечивают обнаружения неметаллических предметов.

Известен способ определения местоположения неоднородностей в массиве горных пород [2] Способ, при котором излучают в первой точке излучения-приема зондирующий электромагнитный сигнал, осуществляют прием отраженных сигналов при помощи коммутируемых приемопередающих антенн в первой и второй точках излучения-приема, удаленной от первой. Антеннами производят излучение и прием сначала сигнала, поляризованного в плоскости падения, затем сигнала, поляризованного перпендикулярно этой плоскости, измеряют амплитуды и фазы спектральных компонент отраженных сигналов.

Устройство для реализации способа содержит два радиолокатора, установленных на некотором удалении друг от друга. В состав каждого локатора входят генератор электромагнитных колебаний, наноимпульсный модулятор, выход которого соединен с управляющим входом генератора, приемно-передающая антенна, коммутатор антенны, включенный между входом антенны и выходом генератора, устройства для измерения амплитуд и фаз спектральных компонент отраженных сигналов. Поляризации излучения антенн могут изменяться в пространстве в пределах 90^o, а их раскрывы параллельны и направлены в сторону центра земли. Способ и устройство, которые приняты за прототип изобретения, не могут обнаружить в земле предметы малых размеров вблизи ее поверхности.

Изобретение обеспечивает обнаружение предметов вблизи ее поверхности, определение их размеров и глубины залегания.

Из оптики и электродинамики известно, что если плоскость поляризации электромагнитных волн параллельна плоскости их падения на границу раздела двух сред, то такую поляризацию называют параллельной, а если плоскость поляризации электромагнитных волн перпендикулярна плоскости падения, то такую поляризацию называют перпендикулярной. Кроме того, известно, что волны параллельной поляризации, падающие на границу раздела двух сред под определенным углом углом Брюстера, от этой границы не отражаются, а целиком проникают во вторую среду (см. Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. т.1, М. Сов.радио, 1965, с. 41,42).

Технический результат изобретения достигается в двух вариантах выполнения способа и трех исполнения устройства, реализующих способы, связанных одним изобретательским замыслом.

I вариант исполнения способа обнаружения предмета в земле.

Способ основан на облучении исследуемого участка земли радиоволнами СВЧ диапазона и приема отраженных волн, состоящий в том, что часть участка земли в котором необходимо произвести поиск предмета и в котором априорно известно, что обнаруживаемый предмет отсутствует, облучают радиоволнами СВЧ-диапазона параллельной поляризации под углом Брюстера к границе раздела воздух земля, после чего начинают изменять область облучения, и одновременно под отрицательным углом Брюстера принимают отраженные волны и измеряют их амплитуду. По появлению отраженных радиоволн судят о наличии в земле предмета, а по двум значениям амплитуды отраженных радиоволн меньше максимального значения, например, на 3 дБ, лежащих с двух сторон максимального значения, судят о геометрических размерах найденного предмета.

Отличительными признаками способа являются то, что облучают землю под углом Брюстера к границе раздела воздух земля, изменяют области облучения с одновременным приемом отраженных волн под отрицательным углом Брюстера и сравнивают диаграммы от предмета с главным лепестком диаграммы направленности приемной антенны.

I вариант исполнения устройства для реализации способа по I варианту.

Устройство для обнаружения предмета в земле содержит СВЧ генератор квазимонохроматического излучения, выход которого через линию передачи соединен со входом передающей антенны, приемную антенну, амплитудный детектор, усилитель и индикатор, соединенные последовательно, и транспортную тележку.

Электрические оси антенн расположены в плоскости падения радиоволн на границу раздела воздух земля под положительным и отрицательным углами падения с возможностью изменения значений этих углов. Поляризация излучения антенн параллельная. Антенны установлены на тележке с возможностью перемещения их вдоль поверхности земли как единого целого.

Отличительными признаками изобретения являются транспортная тележка, выполнение генератора электромагнитных колебаний квазимонохроматического излучения и СВЧ-диапазона, закрепление антенн на транспортной тележке с возможностью изменения положения их электрических осей в плоскости падения и электрические связи передающей антенны с линией передачи, а приемной с амплитудным детектором и индикатором.

II вариант выполнения способа обнаружения предмета в земле.

Способ основан на облучении исследуемого участка земли радиоволнами СВЧ-диапазона и приеме отраженных волн, состоящий в том, что часть участка земли, в котором необходимо произвести поиск предмета и в котором априорно известно, что обнаруживаемый предмет отсутствует, облучают радиоволнами СВЧ-диапазона параллельной поляризации под углом Брюстера к границе раздела воздух земля, после чего начинают изменять область облучения и одновременно под отрицательным углом Брюстера принимают отраженные волны параллельной поляризации. По появлению отражений радиоволн параллельной поляризации судят о наличии в земле предмета, а по разности фаз падающих и отраженных волн судят о глубине его залегания. По двум значениям амплитуды отраженных радиоволн параллельной поляризации меньше максимального значения, например, на 3 дБ, лежащих на измеренном расстоянии с двух сторон максимального значения, судят о геометрических размерах найденного предмета.

Отличительными признаками способа является то, что облучают землю под углом Брюстера к границе раздела воздух земля, изменяют области облучения с одновременным приемом отраженных радиоволн под отрицательным углом Брюстера, измеряют амплитуду и фазу отраженных волн, сравнивают диаграммы отражения от предмета с главным лепестком диаграммы направленности приемной антенны, в результате чего получают размеры предмета, а глубину его залегания определяют по разности фаз.

II вариант исполнения изобретения.

Устройство для обнаружения предмета в земле содержит СВЧ-генератор, линии передачи, приемную и передающую антенны, два разветвителя сигналов на два канала, фазовращатель, канал опорного сигнала, фазовый и амплитудный детекторы, два усилителя и два индикатора амплитуды и фазы, плоский отражатель, а также транспортную тележку.

Выход СВЧ-генератора через линию передачи, один разветвитель соединен со входом передающей антенны.

Выход приемной антенны через второй разветвитель соединен со входом амплитудного детектора и сигнальным входом фазового детектора. Вход опорного сигнала фазового детектора соединен с выходом генератора через второй выход первого разветвителя, канал опорного сигнала и фазовращатель.

Выход фазового детектора через усилитель соединен со входом индикатора фазы, а выход амплитудного детектора через усилитель соединен со входом индикатора амплитуды.

Электрические оси антенн расположены в плоскости падения радиоволн на границу раздела воздух земля под положительным и отрицательным углами с возможностью изменения значений этих углов.

Поляризация излучения антенн параллельная. Антенны установлены на тележке с возможностью перемещения их вдоль поверхности земли как единого целого.

Отличительными признаками изобретения являются транспортная тележка, два разветвителя сигналов на два канала, канал опорного сигнала, фазовращатель, выполнение генератора электромагнитных колебаний монохроматического излучения и СВЧ-диапазона, особая форма выполнения антенн приемной и передающей, закрепление антенн на тележке с возможностью изменения углов наклона их электрических осей и электрические связи приборов, кроме того, плоский металлический отражатель.

III вариант исполнения изобретения.

Устройство для обнаружения предмета в земле содержит СВЧ-генератор квазимонохроматического излучения, линию передачи, передающую и две приемные антенны, разветвитель сигналов на два канала, фазовращатель, фазовый и амплитудный детекторы, два усилителя, два индикатора амплитуды и фазы и транспортную тележку.

Вход передающей антенны через линию передачи соединен с выходом СВЧ-генератора.

Поляризация излучения передающей антенны имеет две ортогональные составляющие, одна из которых параллельна плоскости падения, а другая ей перпендикулярна.

Одна из приемных антенн имеет поляризацию излучения параллельную плоскости падения, а другая антенна имеет поляризацию перпендикулярную плоскости падения.

Выход одной приемной антенны через фазовращатель соединен с одним входом фазового детектора, например входом опорного сигнала, а другой приемной антенны с параллельной поляризацией излучения соединен со входом разветвителя сигналов. Один выход разветвителя соединен со вторым входом фазового детектора, например с сигнальным входом, а другой выход разветвителя соединен со входом амплитудного детектора.

Выходы амплитудного и фазового детектора через усилители соединены со входами индикаторов амплитуды и фазы.

Электрические оси антенн расположены в плоскости падения радиоволн на границу раздела воздух земля под положительным углом падения для передающей антенны и отрицательными углами для приемных антенн.

Антенны установлены на тележке с возможностью изменения их углового положения в плоскости падения и перемещения вдоль поверхности земли как единого целого.

Отличительными признаками изобретения являются транспортная тележка, третья антенна, фазовращатель, разветвитель сигналов на два канала, выполнение передающей антенны с двумя линейными ортогональными составляющими поляризации излучения, выполнение приемных антенн с линейными ортогональными поляризациями излучений, расположение электрических осей антенн в пространстве, электрические связи приборов устройства, кроме того, плоский металлический отражатель, а также выполнение генератора СВЧ-диапазона, квазимонохроматического излучения.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема I варианта исполнения предлагаемого устройства; на фиг.2 структурная электрическая схема II варианта исполнения предлагаемого устройства; на фиг.3 структурная электрическая схема III варианта исполнения предлагаемого устройства; на фиг.4 представлено расположение антенн по I и II вариантам устройств, вид спереди; на фиг.5 приведены графики зависимости модуля коэффициента отражения радиоволн от границ раздела воздух земля и земля воздух от угла падения радиоволн для диэлектрической постоянной земли равной 2,2 параллельной и перпендикулярной поляризаций; на фиг.6 приведены геометрические построения, связанные с диаграммами направленности передающей и приемной антенн, зоной облучения земли по уровню 3 дБ относительно максимума облучения, углом падения, расстоянием от раскрыва антенн до земли и размерами обнаруженного предмета в земле; на фиг. 7 представлена диаграмма направленности главного максимума диаграммы направленности антенны в зависимости от угла наблюдения; на фиг.8 представлены графики изменения амплитуды отраженных радиоволн параллельной поляризации для точечного предмета в земле (пунктирная кривая) и протяженного (сплошная кривая).

На фиг. 1-8 введены обозначения: 1 СВЧ-генератор; 2 линия передачи; 3 передающая антенна параллельной поляризации излучения; 4 приемная антенна параллельной поляризации излучения; 5 амплитудный детектор (АД); 6 - усилитель (У); 7 индикатор амплитуды отраженных радиоволн параллельной поляризации (А₌); 8 найденный в земле предмет; 9 разветвитель сигналов на два канала; 10 фазовращатель (ФЗ); 11 канал опорного сигнала; 12 фазовый детектор (ФД); 13 индикатор фазы (Ф); 14 передающая антенна с ортогональными составляющими поляризации излучения; 15 приемная антенна перпендикулярной поляризации излучения; 16 индикатор амплитуды отраженных радиоволн перпендикулярной поляризации (A_┴); 17 транспортная тележка; 18 - шкаф измерительной радиоаппаратуры; 19 узел крепления антенны к тележке и изменения угла наклона ее электрической оси.

На чертежах обозначены: θ угол падения угол Брюстера; В глубина залегания предмета в земле; v угол преломления; e диэлектрическая постоянная земли; D диаметр апертуры антенны; R расстояние от антенны до земли; H ширина пятна облучения земли по спаду электрического поля 0,7; L диаметр предмета; h ширина диаграммы направленности антенны у земли; a_0,7 - угловая ширина диаграммы направленности по спаду электрического поля 0,7 (3 дБ).

СВЧ-генератор 1 может быть выполнен на магнетроне, клистроне или полупроводниковых транзисторах по известным схемам немодулированного излучения или с амплитудной модуляцией, например меандром звуковой частоты. Длина волны СВЧ-генератора может быть выбрана, например, 12 или 32 см (длины волн, разрешенные для промышленного применения). Мощность СВЧ-генератора может составлять доли Вт.

Линия 2 передачи может быть выполнена на волноводе или быть коаксиальной, а также полосковой.

Передающая антенна 3 может быть выполнена, например, в виде открытого конца волновода, электромагнитного рупора, полуволнового вибратора или быть диэлектрической. В лучшем варианте исполнения поляризация излучения передающей антенны должна быть параллельной плоскости падения, но может быть и произвольной эллиптической, но только не линейной, перпендикулярной плоскости падения.

Приемная антенна 4 может быть выполнена как и антенна 3, но поляризация ее излучения должна быть параллельной плоскости падения.

Амплитудный детектор 5 может быть выполнен на полупроводниковом диоде.

Усилитель 6 должен работать на частоте модуляции СВЧ-генератора. Выполняется по известным схемам на полупроводниковых приборах или в виде интегральной схемы.

Индикатор 7 может быть выполнен стрелочным или цифровым.

Обнаруживаемый предмет 8 должен иметь электромагнитные параметры, отличные от таких же параметров земли, где он находится, и может быть выполнен из металла или диэлектрика.

Разветвитель 9 на два канала может быть выполнен из коаксиального кабеля или быть полоскововым.

Фазовращатель 10 может быть выполнен на раздвижной линии, быть трамбонным или поляризационным. Пределы изменения фазы должны быть не менее 360^o.

Канал 11 опорного сигнала может быть выполнен на коаксиальном кабеле.

Фазовый детектор 12 может быть выполнен на полупроводниковом диоде по известным схемам.

Индикатор 13 фазы может быть выполнен так же, как и индикатор 7.

Передающая антенна 14 может быть выполнена так же, как и антенна 3, но поляризация излучения должна иметь обязательно две ортогональные составляющие.

Приемная антенна 15 может быть выполнена как и антенна 7, но ее поляризация излучения обязательно должна быть перпендикулярной плоскости падения.

Тележка 17 может быть выполнена металлической с вперед вынесенными консолями, на которых крепятся антенны.

Шкаф 18 измерительной радиоаппаратуры может быть выполнен из металла.

Узел 19 крепления антенны может быть выполнен из металла, обеспечивать изменение угла наклона ее электрической оси и иметь стопор положения антенны.

Пример реализации I варианта исполнения предлагаемого устройства (фиг. 1).

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, волноводную линию 2 передачи, передающую антенну 3, приемную антенну 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6 звуковой частоты и стрелочный индикатор 7, тележку 17.

Генератор 1 имеет длину волны 12 см. Волновод имеет сечение 72 х 34 мм. Антенна 3 выполнена в виде оптимального электромагнитного рупора с размерами раскрыва 2λ × 2λ, где λ - длина волны СВЧ-генератора 1. Широкая стенка волновода перпендикулярна плоскости падения, следовательно поляризация излучения антенны 3 параллельна плоскости падения. Приемная антенна 4 выполнена также как и передающая антенна 3. Амплитудный детектор 5 выполнен на диоде. Усилитель 5 на полупроводниковых приборах. Индикатор 7 стрелочный.

Вход передающей антенны 3 через линию 2 передачи соединен с выходом СВЧ-генератора 1. Выход приемной антенны 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6 и индикатор 7 соединены последовательно.

Электрические оси антенн 3 и 4 лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли и пересекаются в одной точке на этой поверхности под положительным и отрицательным углами падения.

Это устройство работает следующим образом (I вариант способа).

Включают СВЧ-генератор 1. Часть исследуемого участка земли, в котором априорно известно, что отсутствуют обнаруживаемые предметы, облучают радиоволнами с помощью антенны 3 под углом падения и одновременно принимают отраженные радиоволны с помощью антенны 4. Путем изменения углового положения электрических осей антенн 3 и 4 добиваются минимального (нулевого) показания индикатора 7. В этом случае угол падения радиоволн на границу раздела воздух
земля будет равен углу Брюстера (фиг.5). Электрическую ось приемной антенны 4 устанавливают под отрицательным углом Брюстера. После чего начинают с помощью тележки 17 (фиг.4) перемещать антенны как единое целое вдоль исследуемого участка поверхности земли. Появление показаний индикатора 7 будет свидетельствовать об обнаружении предмета в земле. Перемещением тележки добиваются максимального показания индикатора. После чего фиксируют показания индикатора на 3 дБ меньше максимального при перемещении тележки 17 с двух сторон относительно максимального показания. Измеряют путь, пройденный тележкой между двумя одинаковыми показаниями индикатора, зная ширину главного лепестка диаграммы направленности приемной антенны по уровню минус 3 дБ, вычитают ее из расстояния, пройденного тележкой между одинаковыми показаниями индикатора 7 (фиг.8). Эта разность и будет равна геометрическому размеру найденного в земле предмета. Для определения другого его размера необходимо повторить измерения в отрогональном направлении.

Известно (Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. М. Сов.радио, с.88, формулы 3.18 и 3.19), что диаграмма направленности прямоугольной апертуры антенны может быть аппроксимирована формулой

где
l рабочая длина волны СВЧ-генератора;
D расстояние между крайними точками апертуры антенны (ширина апертуры);
a угол между линией визирования и электрической осью антенны.

Из геометрических построений фиг.6 нетрудно получить формулы для определения ширины освещенной поверхности земли на расстоянии R от апертуры антенн в плоскости параллельной (H₌) и перпендикулярной H_┴ плоскости падения под углом θ

где α_0,7 ширина главного лепестка диаграммы направленности приемной антенны по уровню 0,7 амплитуды электрического поля (-3 дБ).

Из построений (графиков) фиг. 8 нетрудно понять, что H + L расстояние пройденное тележкой от двух равных значений амплитуды отраженных радиоволн по уровню минус 3 дБ от максимального значения. Поэтому, вычитая из этой суммы ширину освещенной поверхности земли H (см. формулы 2 и 3), определим размер найденного предмета. При установке антенн, как показано на фиг.4, необходимо пользоваться формулой (3).

Пример реализации II варианта исполнения предлагаемого устройства (фиг. 2).

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, коаксиальную линию 2 передачи, передающую 3 и приемную 4 антенны, выполненные в виде полуволновых вибраторов-диполей, амплитудный детектор 5 и фазовый детектор 12, фазовращатель 10, канал 11 опорного сигнала, два усилителя 6 звуковой частоты, два разветвителя 9 сигналов на два канала, индикатор 7 амплитуды, индикатор 13 фазы, тележку 17 и плоский отражатель. Генератор 1 имеет длину волны 32 см и амплитудную модуляцию меандром звуковой частоты.

Оси диполей лежат в плоскости падения, поэтому поляризация их излучений лежит тоже в этой плоскости.

Амплитудный и фазовый детекторы выполнены на диодах и резисторах.

Усилители 6 выполнены звуковой частоты. Индикаторы 7 и 13 стрелочные.

Фазовращатель 10 выполнен на раздвижной линии.

Разветвители 9 выполнены на коаксиальном кабеле, канал 11 выполнен также на коаксиальном кабеле.

Выход СВЧ-генератора 1 соединен со входом линии 2, выход которой соединен со входом одного разветвителя 9. Выходы этого разветвителя соединены со входами антенны 3 и канала 11. Выход канала 11 соединен со входом фазовращателя 10. Выход антенны 4 соединен со входом второго разветвителя 9, выходы которого соединены: один со входом амплитудного детектора 5, а другой с сигнальным входом фазового детектора 12, вход опорного сигнала этого детектора соединен с выходом фазовращателя 10. Выходы амплитудного и фазового детекторов 5 и 12 соединены через усилители 6 с индикаторами амплитуды и фазы 7 и 13.

Электрические оси антенн 3 и 4 лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли и пересекаются в одной точке на этой поверхности под положительным и отрицательным углами падения.

Это устройство работает следующим образом (II вариант способа).

Включают СВЧ-генератор 1. Часть исследуемого участка земли, в котором априорно известно, что отсутствуют обнаруживаемые предметы, облучают радиоволнами с помощью антенны 3 под острым углом падения и одновременно принимают отраженные радиоволны с помощью антенны 4. Путем изменения углового положения электрических осей антенн 3 и 4 с помощью узла 19 добиваются минимального (нулевого) показания индикатора 7. В этом случае угол падения радиоволн на границу раздела воздух земля будет равен углу Брюстера (фиг.5). Электрическую ось антенны 4 устанавливают с помощью узла 19 под отрицательным углом Брюстера. На освещенную поверхность земли кладут плоский, тонкий по сравнению с длиной волны металлический лист. После чего с помощью фазовращателя 10 добиваются нулевого показания индикатора 13. Убирают металлический лист. Устройство настроено на поиск предмета в земле, определения его размеров и глубины залегания.

С помощью тележки 17 перемещают антенны как единое целое вдоль исследуемого участка поверхности земли. Появление показаний индикаторов 7 и 13 будет свидетельствовать об обнаружении предмета в земле. Перемещением тележки 17 добиваются максимального показания индикатора 7, при этом фиксируют показания индикатора 13. После чего при перемещении тележки фиксируют показания индикатора 7 на 3 дБ меньше максимального с двух сторон относительно максимального показания. Измеряют путь, пройденный тележкой между двумя одинаковыми показаниями индикатора 7, зная ширину главного лепестка диаграммы направленности приемной антенны по уровню минус 3 дБ, вычитают ее из расстояния, пройденного тележкой (фиг.8) между одинаковыми показаниями индикатора 7, определяют размеры найденного предмета. По зафиксированному значению индикатором 13 фазы по формуле (4) определяют глубину залегания предмета.

где В глубина залегания найденного предмета;
l рабочая длина волны;
v угол преломления
ε диэлектрическая постоянная земли, которая определяется по формуле
ε = (tgθ)² (5)
где θ угол Брюстера, определенный экспериментально.

Пример реализации III варианта исполнения устройства (фиг.3).

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, коаксиальную линию 2, передающую 14 и две приемные антенны 4 и 15, фазовращатель 10, фазовый детектор 12 и два амплитудных детектора 5, три усилителя 6 и три индикатора: фазовый индикатор 13 и амплитудные индикаторы 7 и 16, ортогонально поляризованных отраженных радиоволн, два разветвителя 9 сигналов на два канала и тележку 17, кроме того, плоский металлический отражатель.

Генератор имеет длину волны 32 см и амплитудную модуляцию меандром звуковой частоты.

Антенны выполнены с линейной поляризацией излучения в виде диэлектрических штырей из полистерола, имеющего малые диэлектрические потери.

Плоскость поляризации излучения антенны 14 наклонена к плоскости падения под острым углом, поляризации излучения приемных антенн 4 и 15 ортогональны, поляризация излучения антенны 4 лежит в плоскости падения, а антенны 15 перпендикулярна ей.

Вход антенны 14 через линию 2 соединен с выходом СВЧ-генератора 1.

Электрические оси антенн 14, 4 и 15 лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли и пересекаются в одной точке этой поверхности, ось антенны 14 под положительным углом падения, а оси антенн 4 и 15 под отрицательным.

Выход антенны 4 соединен со входом одного разветвителя 9, выходы которого соединены со входом амплитудного детектора а второй с сигнальным входом фазового детектора 12. Выходы детекторов 12 и 5 соединены через усилители 6 с соответствующими индикаторами 13 (фазы) и 7 (амплитуды отраженных радиоволн параллельной поляризации).

Выход антенны 15 перпендикулярной поляризации излучения через фазовращатель 10 соединен со входом второго разветвителя 9. Один выход этого разветвителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12, а другой с контрольным каналом, содержащим последовательно соединенные амплитудный детектор 5, усилитель 6 и индикатор 16 (амплитуды отраженных радиоволн с перпендикулярной поляризацией).

Это устройство работает следующим образом.

Включают СВЧ-генератор 1. Часть исследуемого участка земли, в котором априорно известно, что отсутствуют обнаруживаемые предметы, облучают радиоволнами с помощью антенны 14 под острым углом падения и одновременно принимают отраженные радиоволны с помощью антенн 4 и 15. Путем изменения углового положения электрических осей антенн 14 и 4 добиваются минимального (нулевого) показания индикатора 7. В этом случае угол падения радиоволн на границу раздела воздух земля будет равен углу Брюстера (фиг.5). Электрические оси антенн 4 и 15 с помощью узла 19 устанавливают под отрицательным углом Брюстера. На облучаемую поверхность земли кладут плоский, тонкий по сравнению с длиной волны металлический лист. После чего с помощью фазовращателя 10 добиваются нулевого показания индикатора 13 (фазы). Убирают металлический лист. Показания индикатора 16 свидетельствуют о наличии излучений антенны 14. Устройство настроено на поиск предметов в земле, определения их размеров и глубин залегания.

С помощью тележки 17 перемещают антенны как единое целое вдоль исследуемого участка поверхности земли. Появление показаний индикаторов 7 и 13 будет свидетельствовать об обнаружении предмета в земле. Перемещением тележки 17 добиваются максимального показания индикатора 7, при этом фиксируют показания индикатора 13. После чего при перемещении тележки фиксируют показания индикатора 7 на 3 дБ меньше максимального с двух сторон относительно максимального показания. Измеряют путь, пройденный тележкой между двумя одинаковыми показаниями индикатора 7, зная ширину главного лепестка диаграммы направленности приемной антенны по уровню минус 3 дБ, вычитают ее из расстояния, пройденного тележкой (фиг.8) между одинаковыми показаниями индикатора 7, определяют размеры найденного предмета. По зафиксированному значению индикатора 13 фазы по формуле (4) определяют глубину залегания предмета.

Индикатор 13 фазы может быть откалиброван в сантиметрах для разных значений диэлектрической постоянной земли, которая определяется по формуле (5). Ширина диаграммы направленности приемной антенны 4 может быть определена экспериментально с помощью тонкого провода, лежащего на земле в плоскости падения радиоволн на землю.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что радиоволны с поляризацией параллельной плоскости падения, перпендикулярной к земле падающие под углом Брюстера без отражений от земли проникают внутрь земли. При нахождении в земле предмета, у которого электромагнитные параметры отличны от таких же параметров земли отражаются под углами, отличными от отрицательных углов Брюстера, и выходят из земли, где и принимаются приемной антенной 4. При этом чем длиннее рабочая волна, тем глубже радиоволны проникают в землю и тем меньшее влияние оказывает на результаты измерения неровность поверхности земли.

Сущность изобретения: устройство содержит СВЧ-генератор, выход которого соединен со входом передающей антенны с линейной поляризацией излучения, приемную антенну, выход которой соединен через детектор с индикатором, канал опорного сигнала, фазовращатель, фазовый детектор, индикатор фазы, плоский отражатель и транспортную тележку. К тележке крепятся антенны таким образом, что их электрические оси пересекаются на поверхности земли: ось передающей антенны наклонена под углом Брюстера, а ось приемной под отрицательным таким же углом. Поляризации излучения антенн лежат в плоскости падения. Тележку с установленными на ней антеннами перемещают вдоль исследуемой части поверхности земли и одновременно принимают отраженные радиоволны, измеряют их амплитуду и относительную фазу. По расстоянию, пройденному тележкой между двумя положениями, в которых амплитудный индикатор показывает одинаковые значения через максимум показаний, и ширине диаграммы направленности приемной антенны судят о размерах найденного предмета, а по значению относительной фазы отраженных волн с помощью индикатора фазы, откалиброванного с помощью отражателя, определяют глубину залегания предмета в земле. 5 с.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обнаружения предметов в земле, основанный на облучении исследуемого участка земли радиоволнами с линейной поляризацией и измерении амплитуды отраженных радиоволн, отличающийся тем, что часть исследуемого участка земли, в котором априорно известно, что обнаруживаемые предметы отсутствуют, облучают под углом Брюстера радиоволнами с поляризацией параллельной плоскости падения, перпендикулярной поверхности земли, после чего изменяют область облучения исследуемого участка и одновременно принимают отраженные радиоволны под отрицательным углом Брюстера, измеряют их максимальную амплитуду и фиксируют два одинаковых значения амплитуды по обе стороны от ее максимума, измеряют расстояние между положениями антенн, где были измерены амплитуды после чего по известной ширине главного максимума диаграммы направленности приемной антенны на том же уровне относительно его максимума, что и одинаковые значения амплитуды отраженных волн относительно ее максимума, определяют размеры обнаруженного предмета. 2. Устройство для обнаружения предметов в земле, содержащей генератор электромагнитных колебаний, линию передачи, вход которой соединен с выходом генератора, две антенны с линейной поляризацией излучения, амплитудный детектор и индикатор, отличающееся тем, что в него введена транспортная тележка и плоский отражатель, кроме того, генератор электромагнитных колебаний выполнен квазимонохроматического излучения, СВЧ-диапазона, одна антенна выполнена передающей, а другая приемной, причем антенны на тележке закреплены так, что их электрические оси пересекаются на поверхности земли под положительным и отрицательным острыми углами падения радиоволн на землю и лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли, кроме того, имеется возможность изменять эти углы, выход приемной антенны через амплитудный детектор соединен с индикатором, а выход линии передачи соединен с входом передающей антенны. 3. Способ обнаружения предметов в земле, основанный на облучении исследуемого участка земли радиоволнами с линейной поляризацией, измерении амплитуды и фазы отраженных радиоволн, отличающийся тем, что исследуемый участок земли, в котором априорно известно, что обнаруживаемые предметы отсутствуют, облучают под углом Брюстера радиоволнами с поляризацией параллельной плоскости падения, перпендикулярной поверхности земли, после чего изменяют область обручения исследуемого участка и одновременно принимают отраженные радиоволны под отрицательным углом Брюстера, измеряют их максимальную амплитуду и разность фаз падающих и отраженных радиоволн, кроме того, фиксируют два одинаковых значения амплитуды отраженных радиоволн по обе стороны от ее максимального значения, измеряют расстояние между положениями антенн, где были измерены амплитуды, после чего по известной ширине главного максимума диаграммы направленности приемной антенны, на том же уровне относительно его максимума, что и одинаковые значения амплитуды отраженных радиоволн относительно ее максимума, определяют размеры обнаруженного предмета, а по измеренному значению разности фаз падающих и отраженных радиоволн определяет глубину залегания предмета по формуле

где В глубина залегания предмета в земле;
Ф разность фаз падающих и отраженных радиоволн;
v - угол преломления в земле;
λ - рабочая длина волны;
ε - диэлектрическая постоянная земли. 4. Устройство обнаружения предметов в земле, содержащее генератор электромагнитных колебаний, линию передачи, вход которой соединен с выходом генератора, две антенны с линейной поляризацией излучения, амплитудный и фазовый детекторы и два индикатора: амплитуды и фазы, отличающееся тем, что в него введены транспортная тележка, два разветвителя сигналов на два канала, канал опорного сигнала, фазовращатель и плоский отражатель, причем генератор электромагнитных колебаний выполнен квазимонохроматического излучения и СВЧ-диапазона, одна антенна выполнена передающей, а другая приемной, причем антенны на тележке закреплены так, что их электрические оси пересекаются на поверхности земли под положительным и отрицательным острыми углами падения радиоволн на землю и лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли, кроме того, имеется возможность изменять эти углы, причем выход линии передачи соединен с входом одного разветвителя сигналов, выходы которого соединены с входами передающей антенны и канала опорного сигнала, выход которого соединен с входом фазовращателя выход приемной антенны соединен с входом второго разветвителя сигналов, выходы которого соединены с входом амплитудного детектора и сигнальным входом фазового детектора, вход опорного сигнала фазового детектора соединен с выходом фазовращателя, выходы амплитудного и фазового детекторов соединены с индикаторами амплитуды и фазы. 5. Устройство обнаружения предметов в земле, содержащее генератор электромагнитных колебаний, линию передачи, вход которой соединен с выходом генератора, две антенны, одна из которых выполнена с линейной поляризацией излучения, амплитудный и фазовый детекторы и два индикатора: амплитудный и фазовый, отличающееся тем, что в него введена транспортная тележка, третья антенна, фазовращатель, разветвитель сигналов на два канала и плоский отражатель, причем генератор электромагнитных колебаний выполнен квазимонохроматического излучения и СВЧ-диапазона, одна антенна выполнена передающей с двумя линейными ортогональными составляющими поляризации излучения, две другие антенны выполнены приемными, поляризации излучения которых линейны и ортогональны, кроме того, антенны на тележке закреплены так, что их электрические оси пересекаются на поверхности земли под положительным острым углом падения для передающей антенны и отрицательными острыми углами падения для приемных антенн и лежат в плоскости перпендикулярной поверхности земли, одна из ортогональных составляющих поляризации передающей антенны лежит в плоскости падения, а другая перпендикулярна ей, поляризация одной из приемных антенн параллельна плоскости падения, а другой перпендикулярна ей, кроме того, имеется возможность изменять углы падения, причем выход линии передачи соединен с входом передающей антенны, выход приемной антенны перпендикулярной поляризации излучения соединен с входом фазовращателя, выход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора, выход приемной антенны с параллельной поляризацией излучения соединен с входом разветвителя сигналов, выходы которого соединены с входом амплитудного детектора и сигнальным входом фазового детектора, выходы детекторов соединены с индикаторами амплитуды и фазы.