Устройство для определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов Советский патент 1990 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике и может использоваться для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, например торфяных месторождений, песчаных грунтов, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднопроходимых условиях и при ограниченной видимости.

Цель изобретения - повышение эффективности определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов за счет компенсации сигналов помех, приходящих с двух разнесенных в пространстве антенн.

На фиг. I представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 видеоимпульсов, первый переключатель 3 прием- передача, первый блок 4 вычитания, вторую линию 5 задержки, второй блок 6 вычитания, стробоскопический смеситель 7, усилитель-расширитель 8, фильтр 9 нижних частот, двухполупе- риодный детектор 10 с фильтром, третью линию 11 задержки, первый компаратор 12, четвертую линию 13 задержки, второй компаратор 14, индикатор 15, блок 16 сравнения и формирователь 17% стробимпульсов.

Устройство содержит также первую линию 18 задержки, соединенную с генератором 19 пилообразного напряже- кия, делитель 20 частоты, первую коаксиальную линию 21 задержки и первую антенну 22, второй переключатель 23 прием-передача, вторую коаксиальную линию 24 задержки и вторую антенну 25. При этом последовательно соединены первый переключатель 3 прием-передача, первая коаксиальная линия 21 задержки, первая антенна 22, а также генератор 2 видеоимпульсов, второй Переключатель 23 прием-передача, вторая коаксиальная линия 24 задержки, вторая антенна 25. Второй переключатель 23 прием -передача соединен с блоком 4 вычитания, выход которого подключен к второму блоку б вычитания. Генератор 1 тактовых импульсов соединен с первой линией 18 задержки, Генератор 19 пилообразного напряжения - с блоком 16 сравнения. Выход детектора 10 с фильтром соединен с Первым входом первого компаратора 12, выход которого подключен к второму входу второго компаратора 14. Генератор 1 тактовых импульсов соединен Через делитель 20 частоты с индикатором 15, выход формирователя 17 строб- импульсов - с управляющим входом стробоскопического смесителя 7.

Устройство работает следующим образом,

Генератор 1 тактовых импульсов, работающий в автоколебательном режиме, формирует импульсы синхронизации, поступающие на запуск генератора 2 видеоимпульсов, делителя 20 частоты и через первую линию 18 задержки.(с задержкой на время распространения сигналов в первой 21 и второй 24 коаксиальных линиях задержки) на запуск генератора 19 пилообразного напряжения. Видеоимпульсы генератора 2 через переключатели 3 и 23 прием-передача, первую 21 и вторую 24 коаксиальные линии задержки возбуждают антенны 22 и 25, в результате чего формируется зондирующий сигнал. Напряжение с выхода генератора 19 пилообразного напряжения поступает на первый вход блока 16 сравнения, на второй вход которого подается пилообразное напряжение развертки индикатора 15, вход запуска которого соединен с выходом делителя 20 частоты. В результате сравнения указанных напряжений на выходе блока 16 сравнения формируются сигналы, запускающие формирователь 17 стробимпульсов, вырабатывающий стробирующие импульсы, задержан

ные относительно импульсов запуска генератора 19 пилообразного напряжения на время, пропорциональное текущему значению пилообразного напряжения индикатора 15. Сигналы, отраженные от границ зондируемой среды и неоднородностей, содержащихся в ней, принимаются антеннами 22 и 25 (фиг. 2а и б) и через первую 21 и вторую 24 коаксиальные линии задержки и переключатели 3 и 23 пр ием-пере- дача поступают на входы блока 4 вычитания. Каждый из поступающих.на входы блока 4 вычитания сигналов представляет собой аддитивную смесь отраженных сигналов и переотражений от антенны, концов и внутренних неоднородностей коаксиальных линий 21 и 24 задержки, переключателей 3 и 23 прием-передача. Напряжение, поступающее с переключателя 23 прием-передача, вычитается из напряжения, поступающего с переключателя 3 прием-переда- 5 ча, в результате чего на выходе блока 4 вычитания формируется напряжение, соответствующее сигналам, отраженным от границ зондируемой среды и неоднородностей в ней.

S

0

30

Сигнал равен

на выходе блока 4 вычитания

u(t) SA, (t) - sA4(t),

(О

где SA« (t) и Sft4(t)

- сигналы на выходе первой 22 и второй 25 антенн соответственно.

At

(t)

рамма а) ;

S« (t) + S№ (t) - (диаг(2) SA2(t) SZ4(t) + S2, (t) - (диаг5

0

5

рамма 6), где S ц (t)

Sai(t) Sai(t)

-сигнал на выходе первой антенны 22, если импульс излучен также первой антенной;

-сигнал на выходе первой антенны 22, если импульс излучен второй антенной 25;

-сигнал на выходе второй антенны, если импульс излучен второй антенной;

-сигнал на выходе второй антенны 25, если импульс излучен первой антенной 22.

Сигналы излучаются антеннами одновременно в момент t 0.

Пусть первая антенна 22 расположе на ближе к среде, чем вторая.25, на расстоянии d вдоль направления излучения. Тогда

S

r(t) S(t) + Sn,(t);

м

(t) S(t + 2Ј) + Snft(t),

A d

где ° - ;

с - скорость распространения

электромагнитной.волны; S(t) - сигнал,отраженный от границ среды и неоднородностей в ней; Sm(t),

Sn (t) - сигналы, обусловленные переотражениями в антенно-фид ер- ном тракте первой и второй антенн.

Подставляя выражения (2) и (3) в (1)5 получают

U(t) S(t) - S(t+2Ј) + (4

+ sni(t)-sni(t)l + s12(t)-s2l(t).

Благодаря идентичности антенно-фи дерных трактов

sni

21

(t);

(t).

Таким образом, на выходе блока вычитания получают

U(t) S(t) - S(t+2Ј) - (диаграмма в),

На выходе блока 4 вычитания появляются два противофазных сигнала, т.е. информативный сигнал расщепляется. С выхода блока 4 вычитания сигнал подается через вторую линию 5 задержки на второй вход второго блока б вычитания, а также непосредственно на его первый вход. Линия 5 задержки

осуществляет задержку сигнала на вреОл

мя 2 с,.

На диаграмме г маситаб по оси времени в два раза больше, чем на диаграммах а, б, в. На выходе второго блока 6 вычитания имеется сигнал (фиг. 2г), который подается на вход стробоскопического смесителя 7, на управляющий вход которого подаются стробимпульсы с выхода формирователя 17 стробимпульсов. В результате стробоскопического преобразования сигнала на выходе усилителя-расширителя 8

562883 6

выделяется ступенчатое напряжение, соответствующее масштабно-преобразованному напряжению сигнала, отраженного от границ среды и неоднородное- тей в ней. Низкочастотное напряжение, снимаемое с выхода усилителя-расширителя 8, сглаживается фильтром 9 нижних частот и подается па вход двух.Q полупериодного детектора 10 с фильтром, являющийся входом блока обработки сигналов.

Для входного импульса в виде отрезка синусоидального колебания дли15 тельностью один период (фиг. 2г) сигнал на выходе двухполупериодного детектора 10 с фильтром однополярный с длительностью, равной длительности исходного импульса (фиг. 2д). Масштаб

20 по оси времени для диаграмм д,е,ж в силу стробоскопического преобразования является трансформированным и не совпадает с масштабом реального времени. Все эпюры (фиг. 2) сведены на

25 одном графике для наглядности.

Сигнал с выхода двухполупериодного детектора 10 с фильтром (фиг. 2д) поступает на первый вход первого компаратора 12, а также через третью ли30 нию 11 задержки, осуществляющую задержку на время 2Ј , - на второй вход первого компаратора 12.

Первый компаратор 12 работает следующим образом.

Если сигнал на втором входе больше сигнала на первом входе, то сигнал по второму входу проходит на выход компаратора 12.(фиг. 2е), С выхода первого компаратора 12 сигнал посту4Q пает через четвертую линию 13 задержки, осуществляющую задержку сигнала на время 2 о, на первый вход второго компаратора 14, а также непосредственно на его второй вход. С выхода

45 второго компаратора 14, являющегося выходом блока обработки сигналов, сигнал, представляющий собой преобразованный одиночный отклик от неоднородностей (фиг. 2ж), поступает на ин50 дикатор 15.

Таким образом, устройство устраняет двойственность сигнала, возникающую вследствие разноса антенн 22 и 25 вдоль направления прихода отражен35

НОИ ВОЛНЫ.

В предлагаемом устройстве антен- но-фидерные тракты обеих антенн находятся в одинаковых условиях, поэтому изменение параметров внешней среды,

в частности температуры, IIP сказывается на компенсации переотражений.

Формула изобретения Устройство для определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, генератор видеоимпуль- сдв, первый переключатель прием-передача, первую коаксиальную линию задержки, первую антенну, а также приемный блок и индикатор, причем выход генератора тактовых импульсов соединен через делитель частоты с входом запуска развертки индикатора, а выход первого переключателя прием- передача соединен с первым входом приемного блока, второй вход приемно- го блока через первую линию задержки соединен с генератором тактовых импульсов, третий вход приемного блока соединен с выходом блока развертки индикатора, при этом приемный блок содержит последовательно соединенные стробоскопический смеситель, усилитель-расширитель и фил-ьтр нижних частот, генератор пилообразного напряжения, подключенный к первому входу блока сравнения, соединенного выходом с входом формирователя стробимпуль- сов, выход которого соединен с управляющим входом стробоскопического смесителя, первый блок вычитания, первый и второй входы которого, а также второй вход блока сравнения являются соответственно первым, четвертым и третьим входами приемного блока, вход генератора пилообразного напряжения Является вторым входом приемного блока, а выход фильтра нижних частот является выходом приемного блока, о т- личающееся тем, что, с целью повышения эффективности определе-

г Q 5 0 . .,.

5

ния подповерхностной структуры слоистых земных покровов за счет компенсации сигналов помех, приходящих с двух разнесенных в пространстве антенн, в него введены последовательно соединенные вторая линия задержки и второй блок вычитания, последовательно соединенные второй переключатель прием- передача, вторая коаксиальная линия задержки и вторая антенна, а также блок обработки сигналов, вход которого соединен с выходом приемного блока, а выход соединен с входом индикатора, причем первый вход второго переключателя прием-передача соединен с выходом генератора видеоимпульсов, а выход второго переключателя прием- передача соединен с третьим входом приемного блока, вход второй линии задержки соединен с выходом первого блока вычитания, а выход второго блока вычитания соединен с входом стробоскопического смесителя, причем выход первого блока вычитания соединен также с первым входом второго блока вычитания, выход второй линии задержки соединен с вторым входом второго блока вычитания, при этом блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные двухполу- периодяый детектор с фильтром, вход которого является входом блока обработки сигналов, третью линию задержки, первый компаратор и четвертую линию задержки, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом четвертой линии задержки, причем выход двухполупериодного детектора с фильтром соединен также с первым входом первого компаратора, а выход первого компаратора соединен с вторым входом второго компаратора, выход которого является выходом блока обработки сигналов.

aj-t#rl2l

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, например торфяных месторождений, песчаных грунтов, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в трудно проходимых условиях и при ограниченной видимости. Цель изобретения - повышение эффективности определения подповерхностной структуры слоистых земных покровов. Достижение цели обеспечивается благодаря компенсации сигналов помех, приходящих с двух разнесенных в пространстве антенн. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, делитель частоты, линию задержки, генератор видеоимпульсов, два переключателя прием-передача, две антенны, приемный блок, индикатор. 2 ил.

Редактор И.Шулла

Составитель В.Васильев

Техред М.Ходанич Корректор Э.Лончакова

Заказ 1064

Тираж 414

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент 9 г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.2

Подписное