ESPN DeportesEx presidente Barça: Que Messi se despidaBollywood HungamaRamesh Taurani recalls Alka Yagnik’s rise in the ’90s: “She was getting the most songs”ESPNJordan game-worn NBA Finals jersey sells for record price of $14 millionThe Jerusalem PostIsrael is losing the war of narratives: Einat Wilf unveils plan to fight backRTP DesportoAlexander Zverev vai terminar ano como líder do ranking mundial de ténisInquirer EntertainmentNawat Itsaragrisil proud of Thai Miss Asia Pacific International 2026 winnerColliderMarvel Boss Officially Teases an “Insane” Cast of Characters James Bond Replacement Series [Exclusive]DeadlineGuy Branum Signs With GershBusiness AMDuitsland heeft te maken met een ‘schaduwoorlog’ die tot doel heeft het land te destabiliseren, waarschuwt ministerZDF heuteEntdecken Sie das ZDF-NachrichtenstudioVanguard2027: Shettima holds closed-door meeting with Bello, Badaru, other ex-governorsMexico News DailyEnsenada judge finds 3 men guilty in 2024 murder of foreign surfers
The Daily Newsstand · Free, Always
Monday, October 12, 2026

Секрет эффективного георадара

Translate

Георадар применяют при поиске заглубленных в земле объектов в интересах археологии, строительства и тд. Георадар – как правило, единственный инструмент, который можно применить в следующих случаях:

  • Необходимо обнаружить неметаллические объекты (старые фундаменты, нарушения целостности слоя земли, захоронения людей и тд);

  • Необходимо обнаружить заглубленные металлические объекты, когда на поверхности земли присутствуют другие металлические объекты. Традиционные инструменты вроде металлоискателей или магнитометров оказываются бесполезными, поскольку поверхностный металл создает помехи, которые георадар может отфильтровать;

  • Необходимо при обнаружении объекта иметь оценку глубины.

Технически, на георадар возлагаются две основные задачи. Первая задача георадара состоит в том, чтобы направить электромагнитное излучение вглубь земли. Для этого в георадаре имеются передатчик для формирования сигнала на передачу и антенна – для излучения электромагнитных волн в землю. Далее, распространяясь в земле, такие электромагнитные волны встречают неоднородности (камни, трубы коммуникаций, воду и тд). Неоднородностями принято обозначать объекты, отличающиеся от земли по величине диэлектрической проницаемости. Встречая на своем пути неоднородности, часть мощности сигнала переотражается в сторону георадара, часть проходит далее – вглубь (рис. 1).

Рисунок 1

Рисунок 1

Вторая задача георадара состоит в измерении времени, которое затратил сигнал с момента излучения до момента приема. Георадар не измеряет глубину или расстояние до объекта, измеряет только время. Зная время и скорость распространения сигнала (в корень из диэлектрической проницаемости раз меньше скорости света в вакууме) исследуемой среды, можно выразить глубину. При перемещении георадара (сканировании) по поверхности земли, на монитор выводится профиль (совокупность отраженных и обработанных сигналов). На видео ниже показано, что пользователь георадара видит в реальном времени (на примере нашего георадара Izh-Terra-2).

Как интерпретировать такие данные? Для понимания радарограмм можно обратиться к специализированной литературе, например, к книге А.В. Старовойтова "Интерпретация георадиолокационных данных".

Стоит отметить, что далее в настоящей статье речь пойдет о сверхширокополосных радарах (с полосой сигнала около 1 ГГц) с непрерывным сигналом. Основная задача таких радаров – осуществлять зондирование верхнего слоя земли (до 10-20 метров), но с максимально возможным разрешением.

Эффективность георадара. В теории георадиолокации принято, что глубина зондирования и разрешающая способность связаны обратной зависимостью: чем больше глубина зондирования, тем хуже разрешающая способность и наоборот. Можно ли каким-то способом увеличить глубину зондирования и при этом не ухудшить разрешающую способность? Можно! Такой георадар будет более эффективным по сравнению с аналогами.

Таким образом, под эффективностью будем понимать качественную характеристику, связывающую глубину и разрешающую способность. Георадар считаем эффективным, если его глубина обнаружения выше, чем у аналогов, но разрешающая способность по глубине – не хуже.

Исходя из теории радиолокации, можно утверждать, что основными факторами, определяющими глубину зондирования, будут:

  • Частотные харатеристики георадара: чем более низкочастотные компоненты присутствуют в спектре сигнала (при согласованной антенне), тем более глубинным будет георадар.

  • Мощность передатчика: чем выше мощность, тем больше глубина.

Другие второстепенные факторы можно не рассматривать, поскольку считаем, что георадар представляет собой технически корректно спроектированное устройство: имеет минимальный коэффициент шума приемника, минимальные фазовые шумы передатчика, антенны согласованы во всем частотном диапазоне, для случая ЛЧМ частота меняется с максимальной линейностью, выполнен баланс между КПД антенн и их добротностью и т.д.

Указанные факторы (частотные характеристики и мощность) определяются размерами георадара:

  • низкие частоты в спектре требуют увеличенных размеров антенн. Специальные методы уменьшения габаритов антенн (удлиняющие индуктивности, диэлектрические антенны, антенны типа спиралей Архимеда) неприменимы для широкополосных антенн георадара.

  • мощность передатчика ограничена величиной развязки между передающей и приемной антеннами (долей излучения, которое проходит между антеннами напрямую), которая прежде всего определяется расстоянием между антеннами.

Таким образом можно сформулировать основную особенность эффективного георадара: косвенный признак эффективного георадара – увеличенные физические размеры. Другими словами: не бывает эффективных георадаров малых габаритов – физика не позволяет.

Эффективность на примере георадаров нашей разработки. Ниже, на рисунке 2 и таблице 1, представлена линейка наших георадаров: Izh-Terra-1, Izh-Terra-2, Гном-3. Цифры в индексе -1, -2, -3 означают количество антенн:

  • Izh-Terra-1 содержит одну приемопередающую антенну,

  • Izh-Terra-2 – георадар классической схемы - содержит одну передающую и одну приемную антенны,

  • Гном-3 – двухканальный (на прием) георадар - содержит одну передающую и две приемные антенны.

    Размер каждой антенны составляет 0.6х0,6 м, так что по мере добавления новых антенн размер устройства увеличивается соответственно.

Рисунок 2

Рисунок 2

Наименование георадара

Izh-Terra-1

Izh-Terra-2

Гном-3

Тип сигнала

Непрерывный ЛЧМ, частотный диапазон (0,05-1,05)ГГц

Непрерывный ЛЧМ, частотный диапазон (0,05-1,05)ГГц

Непрерывный ЛЧМ, частотный диапазон (0,05-1,05)ГГц

Мощность передатчика, мВт

0,1

10

300

Габариты (без волокуш), мхмхм

0,6х0,6

1,2х0,6

1,8х0,6

Масса (без волокуш), кг

5

10

15

Глубина зондирования (макс), м

5

15

20

Сравнение георадаров Izh-Terra-1 и Izh-Terra-2. Основное отличие – в количестве антенн (1 и 2 соответственно).

Рисунок 3 - внешний вид георадара Izh-Terra-1

Рисунок 3 - внешний вид георадара Izh-Terra-1

Рисунок 4 - внешний вид георадара Izh-Terra-2

Рисунок 4 - внешний вид георадара Izh-Terra-2

Ключевой параметр, определяющий функционал георадара в этом случае – развязка между антеннами (другими словами, доля излучения, попадаемого напрямую из передающей антенны в приемную). В георадаре Izh-Terra-2 развязка между передающей и приемной антеннами составляет около минус 30 дБ (здесь и далее приводятся средние значения для всего частотного диапазона). В георадаре Izh-Terra-1 содержится только одна антенна, поэтому под развязкой в этом случае понимается параметр S11, который для большинства антенн составляет минус 10 дБ. Разница в развязке в 20 дБ приводит к тому, что мощность передатчика (или динамический диапазон) Izh-Terra-2 больше на 20 дБ мощности Izh-Terra-1.

На практике разница в мощности в 20 дБ приводит к следующим результатам. Съемка проводилась двумя радарами на одном и том же участке.

Рисунок 5 - результат съемки георадаром Izh-Terra-1

Рисунок 5 - результат съемки георадаром Izh-Terra-1

Рисунок 6 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Рисунок 6 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Из рисунков 5, 6 очевидно, что георадар Izh-Terra-2 в три раза (оценочно) эффективнее Izh-Terra-1. Стоит отметить, что на радарограммах отсутствуют мощные отражения (от металлов, воды и тд), а присутствуют слабоконтрастные отражения от косослоистых отложений.

Резюмируя вышеприведенное, в георадаре Izh-Terra-2 увеличена (по сравнению с Izh-Terra-1) развязка между приемником и передатчиком на 20 дБ, что позволило увеличить мощность передатчика на 20 дБ, что привело к увеличению глубины на тестовом полигоне в 3 раза без ухудшения разрешающей способности.

Здесь важно обратить внимание на следующий момент, определяющий возможности дальнейшего развития линейки георадаров. Можно ли увеличивать расстояние между передающей и приемной антеннами (снижая развязку) и одновременно увеличивать мощность передатчика, повышая глубинность/эффективность? Можно, но обнаружение малоглубинных целей будет ухудшаться. Выходом из этой ситуации может быть использование многоканальности.

Основная идея использования многоканального георадара состоит в следующем: георадар изготавливается в виде линейки антенн, одна из которых передающая, остальные – приемные. Приемные антенны отстоят от передающей на разном расстоянии (с разной развязкой). Сигнал на приемных антеннах, расположенных ближе к передатчику, огранивается аттенюатором.

Такое решение привело к разработке георадара с тремя антеннами, который получил название Гном-3. Такая схема позволила увеличить мощность передатчика на 15 дБ – до 300 мВт.

Сравнение георадаров Izh-Terra-2 и Гном-3. Основное отличие георадаров – в количестве антенн (2 и 3 соответственно).

Рисунок 7 - внешний вид георадаров Izh-Terra-2 и Гном-3

Рисунок 7 - внешний вид георадаров Izh-Terra-2 и Гном-3

В Гном-3 одна из антенн – передающая, на входе одной из приемных антенн установлен постоянный аттенюатор 15 дБ. Практически, это привело к результату, которые можно видеть на рисунках ниже.

Рисунок 8 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Рисунок 8 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Рисунок 9 - результат съемки георадаром Гном-3

Рисунок 9 - результат съемки георадаром Гном-3

Эти же радарограммы (рис. 8, 9) в пространстве.

Рисунок 10 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Рисунок 10 - результат съемки георадаром Izh-Terra-2

Рисунок 11 - результат съемки георадаром Гном-3

Рисунок 11 - результат съемки георадаром Гном-3

Сравнение результатов съемки Izh-Terra-2 и Гном-3 в реальном времени без обработки приведено на видео ниже.

Заключение. В статье как теоретически, так и практически показано, что требования эффективности и требования по габаритным размерам, предъявляемые при разработке георадара, являются взаимозависимыми.

Практически показано, что увеличение размеров георадара 2 раза (Izh-Terra-1 —> Izh-Terra-2) позволило увеличить динамический диапазон на 20 дБ, что дало практический прирост глубины на тестовом полигоне в 2-3 раза. Увеличение размеров в 1,5 раза (Izh-Terra-2 —> Гном-3) привело к увеличению динамического диапазона на 15 дБ, что дало прирост глубины в 1.5 раза. При этом размеры изменялись лишь вдоль одного направления. В следующей статье покажу, как могут измениться характеристики георадара, если размеры увеличивать в других направлениях – речь пойдет о новом трехканальном приборе Гном-4.

PS. Все приведенные в настоящей работе радарограммы, а также программы анализа, можно скачать на нашем сайте izhterra.ru.

View the original on Хабр →

KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.