Необходимость разработки собственных георадаров повышенной мощности стала нам очевидной после неоднократных, но безуспешных попыток получить с помощью ряда отечественных и зарубежных георадаров локационное изображение подповерхностных объектов на глубине в единицы метров в условиях сильно поглощающих радиоволны глинистых грунтов Подмосковья.

Мы пришли к выводу, что радар, выполненный по традиционной схеме, которая используется практически безальтернативно во всем мире (стробоскопическое преобразование и транзисторный передатчик с коммутируемым напряжением около 50-100 вольт), абсолютно бесполезен на наших низкоомных почвах, характерных для всей средней полосы России. Такой георадар может работать только в условиях высокоомных сред (лучше всего сухой песок или вечная мерзлота) до глубин порядка метра.

Возможности радаров по глубине зондирования характеризуются величиной реального потенциала, который численно равен величине максимального затухания зондирующего импульса в среде, при которой прибор способен обнаружить объект. Для всех известных нам георадаров, как отечественных, так и зарубежных, величина реального потенциала колеблется от 20 до 40 дБ. Это означает, что уже при затухании сигнала более чем в 10 – 100 раз прибор не может обнаружить объект.

При разработке георадаров серии «Лоза» мы поставили перед собой задачу максимально возможно увеличить реальный потенциал прибора.

С этой целью в передатчике вместо полупроводниковых ключевых элементов, имеющих малое напряжение коммутации, был использован водородный разрядник высокого давления, который способен коммутировать напряжения в десятки тысяч вольт. Наращивание напряжения импульса передатчика выше этих величин не приводит к дальнейшему росту реального потенциала, поскольку начинают проявляться нелинейные эффекты, например, электрический пробой воздуха. Использование такого «искрового» передатчика, собранного по схеме времен А.С.Попова и Г.Маркони, потребовало полностью пересмотреть всю идеологию прибора.

Основное отличие наших приборов от всех остальных, кроме сверхмощного передатчика, заключается в способе регистрации отраженных сигналов. Здесь мы отказались от стробоскопического преобразования сигналов в область низких частот, имеющего малый динамический диапазон регистрируемых значений, а использовали регистрацию в реальном частотном диапазоне с применением быстрых компараторов. Эти, и целый ряд других идей и технических решений, позволили нам создать серию георадаров «Лоза».

Экспериментально измеренный реальный потенциал наших приборов составляет не менее 120 дБ, что соответствует затуханию отраженного сигнала в один миллион раз. Таким образом, реальный потенциал георадаров «Лоза» не менее чем в 10000 раз выше всех известных нам аналогов и близок к физически предельному значению.

Следует отличать реальный потенциал, экспериментально определяемый через затухание волн в среде, от потенциала, определяемого как отношение мощности передатчика к чувствительности приемника. Это значение, иногда доходящее до 140 дБ, часто указывается в рекламируемых характеристиках прибора, однако оно не дает правдоподобного представления о его возможностях по обнаружению подземных объектов. Причина в том, что кроме собственно потенциала, на возможность обнаружения объектов влияют: динамический диапазон регистрируемых значений отраженного сигнала, эффективность и широкополосность антенн, форма зондирующего импульса и устойчивость приемного тракта к помехам от собственного передатчика.

Несмотря на значительное увеличение импульсной мощности передатчика (до одного мегаватта), отказ от стробоскопического метода регистрации позволил сократить частоту повторения зондирующих импульсов, что имело следствием уменьшение средней мощности излучения по сравнению с классической схемой построения прибора. Уровень облучения оператора электромагнитной энергией, по сравнению с классической схемой, также уменьшился на порядок и не выходит за рамки медицинских норм, о чем свидетельствуют прилагаемые к каждому прибору медицинские сертификаты. Например, его значение в десятки раз меньше излучения от системы зажигания автомобиля с бензиновым двигателем и в сотни - тысячи раз меньше излучения от сотового телефона.

Характеристики обнаружения, кроме реального потенциала, в значительной мере определяются частотным диапазоном зондирующего сигнала. Для решения многих задач подземной радиолокации, в основном, когда требуются предельные значения глубины или разрешения, приходится подбирать этот частотный диапазон, исходя из принципа «больше глубина – меньше разрешение» и наоборот. С этой целью георадары «Лоза» комплектуются набором антенн, которые и определяют частотный диапазон работы прибора. Кроме этого, существуют две основные модификации георадаров «Лоза» - среднечастотные («Лоза», «Лоза 1», «Лоза М»). «Лоза В», «Лоза К») и низкочастотные («Лоза Н»). Первые работают в диапазоне 50-500 МГц, вторые – в диапазоне 1-50 МГц. Необходимость создания двух модификаций обусловлена разными техническими требованиями к аппаратной реализации прибора в этих двух частотных диапазонах.

 

Институт механизированного инструмента
ВНИИСМИ

Россия,141400, Московская обл.,
г. Химки, ул. Ленинградская, 29.
т. 571-35-70, т/ф. 571-94-71.
www . geo - radar . ru