Методики проведения экспериментов по радиолокационному подповерхностному зондированию Земли и планет земной группы

Марчук, Василий Николаевич

Методики проведения экспериментов по радиолокационному подповерхностному зондированию Земли и планет земной группы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Марчук, Василий Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Методики проведения экспериментов по радиолокационному подповерхностному зондированию Земли и планет земной группы»

Автореферат диссертации на тему "Методики проведения экспериментов по радиолокационному подповерхностному зондированию Земли и планет земной группы"

На правах рукописи

МАРЧУК Василий Николаевич

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО РАДИОЛОКАЦИОННОМУ ПОДПОВЕРХНОСТНОМУ ЗОНДИРОВАНИЮ ЗЕМЛИ И ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 200!

003454073

Работа выполнена в Учреждении Российской Академии Наук ИНСТИТУТе РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал

Научный руководитель:

Смирнов Владимир Михайлович

доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты:

Гринев Александр Юрьевич

доктор технических наук, профессор

Чубинский Николай Петрович

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация: Институт земного магнетизма ионосферы и

распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН, г.Троицк.

Защита состоится «12» декабря 2008 г. в 11.30_ на заседании диссертационного совета Д 002.231.02 при ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН по адресу: 125009, Москва, ГСП-9, ул. Моховая, д.11, корп.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ им.В.А. Котельникова РАН.

Автореферат разослан «-/О » ^щ^л 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук

А.А.Потапов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Подповерхностная радиолокация является одним из самых производительных и технологичных геофизических методов, применяемых для решения инженерно-геологических, гидрогеологических, экологических, геотехнических и планетологических задач. Области применения георадаров в настоящее время непрерывно расширяются. С улучшением технологий производства аппарагуры и появлением более производительных алгоритмов и средств обработки радиолокационных данных георадар становится одним из важнейших приборов неразрушающего контроля.

Теоретические основы применения радиоволн для изучения геологических структур были заложены Г.Лови и Г.Леймбахом в 1910 г. С тех пор георадиолокация проделала большой путь и в теоретическом развитии и в практическом применении, как в России, так и в других странах. Разработан ряд георадаров широкого назначения, созданы программно-математические пакеты обработки данных георадиолокационных измерений, продолжают создаваться и совершенствоваться алгоритмы их сбора, обработки и отображения. Однако рядовой пользователь георадара порой испытывает затруднение при выборе типа георадара для конкретной практической задачи, при подготовке и проведении измерений, а также при анализе полученных результатов измерений. В данной работе приведены рекомендации и методики по подго-

товке и проведению экспериментов с георадарами, описаны результаты применения этих методик при решении практических задач.

Целью диссертационной работы является решение проблемы постановки и проведения экспериментов по подповерхностному радиолокационному зондированию природных сред и интерпретации полученных результатов, развитие методов радиозондирования поверхности Земли и ближайших небесных тел Солнечной системы, разработка методик сбора и обработки полученных данных при постановке конкретных экспериментов.

Реализация поставленной цели достигается на основе решения следующих задач:

1. Исследование зависимости диаграмм направленностей диполей от параметров среды и величины зазора между антенной и поверхностью среды. Анализ влияния характеристик среды на амплитуду и форму сигнала, отраженного из подповерхности.

2. Разработка алгоритмов и создание пакета программ сбора и обработки данных георадара, учитывающего специфику формирования и распространения сверхширокополосных сигналов в неоднородной среде.

3. Разработка методик зондирования природных сред: земных грунтов, водных сред с поверхности водоема и с поверхности льда, дистанционного зондирования грунта космических тел с борта космических аппаратов.

4. Проведение экспериментов по обнаружению и распознаванию скрытых подповерхностных объектов (на основе разработанных методик). Создание библиотеки радиолокационных изображений наиболее характерных типов подповерхностных объектов.

5. Разработка методики подготовки и проведения эксперимента по радиолокационному зондированию поверхности Фобоса в готовящейся миссии «Фобос-Грунт», обоснование выбора зондирующего сигнала, проведение моделирования процесса обработки отраженного сигнала с учетом шумов. Апробация разработанных алгоритмов на экспериментальных данных, полученных радаром «Марсис» в европейской межпланетной миссии «Марс-Экспресс».

щей среды, основанных на современных методах решения обратных задач. Создание систем дистанционного мониторинга reo-, гидросферы, ионосферы, магнитосферы и атмосферы. Радиоастрономические исследования ближнего и дальнего космического пространства».

Положения выносимые на защиту:

1. Созданный универсальный пакет программ обработки радиолокационных данных подповерхностного зондирования позволяет повысить потенциальные возможности радара и улучшить качество интерпретации получаемых результатов.

2. Разработанные методики подготовки, проведения и анализа полученных результатов экспериментов по радиолокационному зондированию различных твердых природных сред и пресноводных водоемов применимы для решения прикладных задач в археологии, строительстве, инженерной геофизике и других областях.

3 Разработанные методики позволяют оптимальным образом планировать и моделировать этапы подготовки, проведения и анализа полученных результатов в экспериментах по радиолокационному зондированию крио-литосферы Марса и поверхности Фобоса.

Достоверность результатов работы обеспечивается следующими утверждениями:

1. Полученные результаты согласуются с теоретическими расчетами и в частных случаях с результатами, описанными в литературе;

2. Разработанные методики проверены на практике;

3. Результаты интерпретации экспериментальных данных в экспериментах по обнаружению скрытых подповерхностных объектов подтверждены раскопками, бурением, либо непосредственным наблюдением (экстраполяцией и интерполяцией по заведомо известным положениям исследуемого объекта).

Научная новизна и практическая значимость

Разработана универсальная программа сбора и визуализации георадиолокационных данных двухканального георадара в режиме реального времени. При непосредственном участии автора впервые изготовлен и испытан двухканальный георадар для археологических изысканий.

На основании анализа рассчитанных диаграмм направленности георадарных антенн при излучении в легкий грунт и воду показано, что при про-

ведении георадарных измерений следует избегать отрыва антенны от поверхности исследуемой среды на величину более 0,1 длины волны.

Для интерпретации результатов подповерхностного зондирования создана библиотека радиолокационных изображений для наиболее характерных типов скрытых в грунте объектов.

Впервые предложена методика зондирования подповерхностной структуры грунта Фобоса организованным фазокодоманипулированным сигналом, излучаемым радаром, расположенным на борту космического аппарата (КА) с орбиты ожидания и с траектории посадки.

На основе анализа баллистических и навигационных данных разработана оптимальная схема экспериментов с длинноволновым планетным радаром (ДПР) в межпланетной космической миссии «Фобос-грунт».

Практическая значимость результатов работы. Разработанные методики использовались при проведении мониторинга дна водоемов, археологических раскопках, обследовании строительных площадок и полотна железных дорог, планировании и подготовке экспериментов по зондированию грунта в миссиях «Марс-96» и «Фобос». Результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработки и модернизации программ сбора и математической обработки радиолокационных данных, для подготовки и проведения экспериментов по подповерхностному зондированию слабопо-глощающих земных сред и грунта космических тел земной группы, а также для анализа и интерпретации данных измерений.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на научном семинаре 11-го отдела ФИРЭ РАН и на научных конференциях «Применение сверхширокополосных сигналов в радиоэлектронике и геофизике» (1991, г. Красноярск), «Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды» (1999, г. Муром), «Radar 97» (1997, Edinburgh), «Георадар в России 2000» (2000, г. Москва), «Георадар 2002» (2002, г. Москва), на 3-й международной конференции «Диагностика трубопроводов» (2001, г.Москва), на 4-й международной научно-практической конференции «Георадар-2004» (2004, Москва), на международной научно-практической конференции «Инженерная геофизика 2005» (2005, г. Геленджик), на 2-й Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (2006,

г. Муром), на 5-й Юбилейной Открытой Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (2007, г. Москва), на Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий", (2008, г. Москва).

По теме диссертации опубликовано 26 работ - 5 статей в журналах (из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ), 1 статья в сборнике научных трудов, 20 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены либо лично автором, либо при его прямом участии. Автором разработаны программы сбора и обработки данных георадара, программы корреляционной обработки георадиолокационных данных радаров космического базирования, создан каталог радарограмм наиболее распространенных объектов подповерхностного зондирования. Интерпретация научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций, которым автор благодарен за плодотворную совместную работу.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 163 страницы, 69 рисунков и 4 таблицы.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, проанализировано состояние проблемы, сформулирована цель работы, даны сведения о методах исследования, используемых в процессе работы над диссертацией, изложена история развития георадаров. Кратко представлены новые научные результаты, описана практическая ценность результатов работы, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дано обоснование физических принципов подповерхностного радиозондирования: рассмотрено распространение радиосигнала в физических средах с поглощением и без; сделаны оценки предельной глубины зондирования наземных георадаров и радаров воздушного (космического) базирования; проведены расчеты диаграммы направленности антенны вблизи границы раздела двух сред.

Показано, что интерпретация данных георадарных измерений невозможна без знания диаграммы направленности (ДН) антенн георадара. Понятие ДН для сверхширокополосных сигналов имеет неоднозначное определение. Как правило, полагают, что в заданной полосе частот антенна имеет равномерную характеристику и одинаковую для всех частот ДН. У георадара частотная характеристика описывается функцией 5ш2(|1-(о|)/|£-1о|2, где 1о - центральная частота. Рассчитаны ДН антенны для различных соотношений диэлектрических проницаемостей и высоты расположения над зондируемой поверхностью, относительно собственной длины волны антенны Х.0==с/^. Результаты расчета для электрического диполя приведены на рис. 1.

Ь=0 Ь=?чЛ0 Ь=и2

Грунт (песок) ||р• V »' /ч Ч \

Вода •'Ы \ V - V*'

Рис.1. Зависимости ДН электрического диполя от параметров среды и величины зазора между антенной и поверхностью

Показано, что для обычных грунтов использование антенн типа электрического диполя теоретически является более предпочтительным, по сравнению с магнитным диполем (в практическом отношении, тем не менее, наиболее удобны, щелевые антенны, из-за их конструктивных особенностей). На основе результатов моделирования показано, что при проведении измерений следует избегать отрыва антенн от поверхности исследуемой среды на величину больше 0,1 длины волны.

На основе решения волнового уравнения У2Ё-—-——-ц0ст— = 0 для

с ог о1

электрической компоненты 3 электромагнитной волны в среде, характеризуемой диэлектрической проницаемостью 5 и проводимостью сг, продемонстрировано влияние характеристик среды распространения на структуру отраженного сигнала. На рис.2 приведено сечение двумерной функции амплитуды в относительных единицах в зависимости от глубины.

Показано, что как при изменении диэлектрической проницаемости, так и её проводимости, действуют похожие законы: прошедший через границу импульс не меняет полярности, отраженный от границы с более проводящей средой импульс меняет полярность, и отраженный от границы со средой меньшей проводимости также не меняет полярности. Однако при наличии проводящей среды явления отражения и прохождения через границу происходят на фоне процессов затухания и дисперсионных искажений, что необходимо учитывать при интерпретации георадарных данных.

Рис.2. Волновая функция электрического поля на глубине г=0,7 м. Второй сигнал, отраженный от более плотного слоя, имеет обратную полярность по отношению к первому, падающему. Во второй главе рассмотрены способы обработки получаемых георадиолокационных данных и методики разработки программ сбора и обработки

данных георадаров. Эти методики использовались автором для разработки программ «вегаё-ор» и «вегаё-рго», предназначенных для сбора и обработки данных георадаров серий «Герад», «ГИР», «ДАО». Этот пакет программ использовался для обработки данных реальных экспериментов. Предложенные во второй главе алгоритмы корреляционной обработки использовались в дальнейшем для обработки данных радара «Марсис» и моделирования обработки данных радара «ДПР».

Рассмотрены методы обнаружения и оценки параметров отраженных сигналов. За основу алгоритма обнаружения сверхширокополосных георадарных сигналов и определения их характеристик предложено принять преобразование Гильберта. Преобразование Гильберта обычно представляют в комплексной форме /г(/) = ли)+п>и)- В теории аналитических сигналов через модуль преобразования Гильберта |й(о| определяют огибающую импульса

= = /У ([) + ,1-!(0 Преобразование Гильберта для цифровой функции .ги) при числе отсчетов Л с шагом л/ через спектральную плотность ,У(/) с шагом по частоте л/=]/(Д'ло можно записать в виде некоторой системы уравнений:

Для определения полярности отраженных импульсов используется одно из свойств преобразования: максимум модуля \h(t)\ соответствует максимуму модуля |х(0| действительной знакопеременной функции. Для максимума модуля преобразования Гильберта анализируется знак функции x(t) в соответствующий момент времени. Знак функции соответствует полярности импульса, которая дает информацию о среде распространения.

1=0

Практический опыт использования георадаров показывает, что для проведения всестороннего и качественного анализа георадарных данных программа обработки должна содержать определенные процедуры. Блок-схема программы,

реализующая эти процедуры, приведена на рис.3. Применение этих операций (комплексно либо выборочно) позволяет пользователю выбрать метод обработки полученных данных с целью выявления образов и параметров локальных и протяженных объектов на фоне шумов и переотражений, что эквивалентно повышению потенциала георадара в несколько раз.

В третьей главе описаны методики подготовки и проведения экспериментов по подповерхностному зондированию природных сред: поверхностей грунтов применительно к задачам строительства и археологии, пресноводных водоемов, а также приведены полученные в этих экспериментах результаты. На рис.4 приведена общая схема формирования основных регистрируемых отраженных сигналов при проведении экспериментов с георадаром. На рис.5 рассмотрен пример профилирования дна озера и погруженных в воду объектов, наиболее полно иллюстрирующий схему, приведенную на рис.4. Хорошо просматриваются отражения от наклонного участка дна, «ложные отражения» из-под дна водоема, обусловленные особенностями отражения от наклонных участков, кратные отражения от дна, «размытие» отраженного сигнала за счет шероховатости поверхности дна, гиперболический вид отражения от размещенного в толще воды локального объекта.

( Вычисление среднестатистического сигнала ] I Удаление аппаратной функции ]

Г - Частотная фильтрация сигнала4_3

( . Коррекция амплитуд_ ")

[ • Вычисление эталонного сигнала^ I [ Удаление среднестатистического сигнала ~) [Корреляционный анализ^ свертка и деконволюция] Гсйнтезирование^перт^рь! антенн ьГ(м и гра ция )П

^Огибающая] Мгновенная фаза/частота}; Спектр 1Р/2Р

| _Отображение результатов 1

Рис.3. Блок-схема программы обработки данных георадара.

Отражение от дна , Шероховатый водоема участок дна

Условные обозначения

Отражение из подлокаторной тон в

Отражение от наклонного у йна

Отражение от шероховатости ¡;нз Дишракция па локальном обьекте

Рис.4. Схема формирования основных регистрируемых отраженных сигналов

<'*~у | Файл ................Л

О.СО

1 со

п 2И Ы

ь 1СС и

н 4.С0 а

» мп

Палилра

V _.__... -

Рис.5. Радарограмма профиля дна озера и погруженных в воду объектов.

Созданные автором методики использовались при разработке и полевых испытаниях ряда георадаров и георадарных комплексов: двухканально-го георадара «Герад-2» для археологии, георадаров «Герад-3» и «ГИР», многоантенной радиоакустической системы для железной дороги «Спектр-Т».

На рис.6 показан результат профилирования участка бывшего средневекового поселения при полевых испытаниях георадара «Герад-3» в условиях археологической экспедиции. По предположению специалистов-археологов наблюдаемый участок измененного грунта соответствует погребенному

На рис.7 приведена созданная на основе результатов численного моделирования и экспериментальных данных радиолокационных измерений библиотека радарограмм для наиболее распространенных типов подповерхностных объектов. Эта библиотека радиолокационных изображений предназначена для визуального распознавания подповерхностных объектов на радаро-граммах и, в перспективе, для создания автоматизированной системы обнаружения и идентификации подповерхностных объектов.

Рис.6. Радарограмма поперечного профиля зондирования средневекового поселения.

котловану на месте разрушенной землянки.

Горизонтальная пластина

Наклонная пластина

Овальный объект

Приповерхностные объекты

Траншея

~п

Участок измененного грунта

Локальный (кваздточечный) объект

Рис.7. Радиолокационные изображения характерных подповерхностных объектов.

В четвертой главе описана методология зондирования поверхностей космических тел с борта межпланетных космических аппаратов, обоснован выбор характеристик зондирующего сигнала для длинноволнового планетного радара (ДПР), проведено моделирование обработки сложного фазокодо-манипулированного сигнала. На рис.8 представлен результат моделирования обработки сигнала радара ДПР: вверху показана модель функции отклика отражающей среды, внизу результат ее восстановления при уровне шума в б раз превышающем полезный сигнал. На рис.8 видно, что при восстановлении функции отклика искажения ее характеристик не произошло. Аналогичное моделирование, проведенное для большего числа слоев и плавно меняющейся границе физических свойств грунта, показало устойчивость выбранного сигнала к аддитивным шумам.

Обоснована применимость описанной методики на основе анализа радиолокационных данных радара «Марсис». На рис.8 приведен результат корреляционной обработки сигнала радара «Марсис». По оси абсцисс отложены

номера измерений, по оси ординат - глубина зондирования в км (в предположении, что диэлектрическая проницаемость вымороженного грунта равна 4). На рис.9 наблюдается расщепление радарограммы на две составляющие (появление подповерхностного слоя), которое начинается с 775 измерения и обрывается на 810. Эти результаты хорошо согласуются с опубликованными ранее разработчиками радара «Марсис» данными.

ШяР ...... { Г" *" |

| ;

« 1

5 )И 150 т т зю 2 0 400 450 500 11

ЦгДО ВО 40 20 \

1 1

1® Ж 1 г.

Рис.8. Результат моделирования обработки сигнала радара ДПР: вверху - модель функции отклика отражающей среды, внизу ~ восстановленная из-под шума, шестикратно превышающего сигнал.

сзвммая* шт

Ж,км

...................." "'.* Йёо.............'?.)"( ......... 1111''

Рис.9. Результат корреляционной обработки данных радара «Марсис».

В заключении перечислены основные результаты работы и сформулированы следующие из них выводы.

Основные результаты работы

1. Проведены расчеты диаграммы направленности антенн, расположенных на границе раздела двух сред. Показано, что диаграмма направленности излучения в воздух имеет намного меньший коэффициент направленности, чем в среде (грунте). Показано, что при отрыве антенн от грунта, коэффициент направленности увеличивается, а интегральная мощность излученного в грунт сигнала уменьшается.

2. Проведено моделирование распространения сигнала георадара в слоистой среде. Исследовано влияние радиофизических характеристик слоистой среды на амплитуду и форму отраженного импульса. На основе результатов численного моделирования и экспериментальных данных измерений создан каталог радарограмм для наиболее распространенных объектов зондирования.

3. Разработана методика создания алгоритмов сбора и обработки георадиолокационных данных. На основе этой методики разработан пакет программ для георадаров серии «Герад», «ДАО», «ГИР».

4. Разработаны методики подготовки, проведения и анализа полученных результатов экспериментов по радиолокационному зондированию пресноводных водоемов с поверхности воды и льда, а также различных природных сред применительно к различным прикладным задачам: археологии, строительству, инженерной геофизике. Методики проверены экспериментально.

5. На основе разработанных автором методик проведены полевые испытания ряда георадаров: двухканального георадара «Герад-2» для археологии, георадаров «Герад-3» и др.

6. Разработана методика подготовки эксперимента по радиолокационному зондированию поверхности Фобоса в миссии «Фобос-Грунт». Обоснован выбор зондирующего сигнала. Проведено моделирование обработки отраженного сигнала с учетом шумов. На основе анализа баллистических и навигационных данных разработана оптимальная схема проведения экспериментов для радара ДПР.

7. Разработанная методология обработки данных прибора ДПР проверена при обработке экспериментальных данных, полученных радаром «Марсис» в европейской межпланетной миссии «Марс-Экспресс».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Радиолокационное зондирование грунта Фобоса в проекте «Фобос-Грунт» / Арманд H.A., Марчук В.Н. [и др] // Радиотехника и Электроника - 2003. - т.48, №10. - С.1186-1195.

2. Моделирование работы георадара численными методами / Марчук В.Н. [и др] // Наукоемкие технологии. - 2006. - Т.7, N 10. - С 39-52.

3. Применения георадаров серии "Герад" для зондирования водоемов, инженерных коммуникаций и железнодорожных насыпей / Бажанов A.C., Марчук В.Н. [и др.] // Наукоемкие технологии. - 2005. - Т.6, N 12. - С.32-38.

4. Марчук, В.Н. Результаты применения георадара "Герад-2" в сфере народного хозяйства / Марчук В.Н., Бажанов A.C., Этенко Г.В. // Разведка и охрана недр. - М.: Недра, 2001. - №3 - С.34-36.

5. Подповерхностная радиолокация, особенности и преимущества, ожидаемые результаты применения в сфере лесного хозяйства / Марчук В.Н. [и др.] // Экология, мониторинг и рациональное природопользование: сб. науч. тр. / М.:МГУЛ, 2001. - вып.314 - С.48-56.

6. Бездудный, В.Г. Применение геолокации в археологических исследованиях. Обзор литературы / Бездудный В.Г., Марчук В.Н. // Археологические записки. - РРОО ДАО, Ростов-на-Дону, 2007. - вып. 5 - С.215-232.

7. Experimental results of remote radar sensing of frozen soils / Andrianov V.A., Marchuk V.N. [et al] // Third International Conference on ground penetrating radar: abst. sc. conf / U.S. Geological Survey, 1990. - P.2.

8. Экспериментальные результаты дистанционного радиолокационного зондирования газопровода в грунте / Андрианов В.А., Марчук В.Н. [и др.] // Применение сверхширокополосных сигналов в радиоэлектронике

и геофизике: тез. докл. на Всес. науч.-тех. конф. - Красноярск, 1991. -С. 12.

9. Armand, N.A. The Long wavelength Radar for Mars surface and ionosphere probing / Armand N.A., Marchouk V.N. [et al.]// Radar 97: abst. int. conf., 14-16 Oct. 1997 / Edinburgh, 1EE, 1997/ - P.819-823.

Ю.Андрианов, В.А. Метод миграции для решения обратной структурной задачи подповерхностного радиолокационного зондирования трубопроводов / Андрианов В.А., Марчук В.Н., Штерн Д.Я. // Применение дистанционных радиофиз. методов в исследованиях природной среды: сб. докл 3-ей Всерос. науч. конф., Муром, 17-18 июня 1999 г. / Владимир, гос. ун-т. Муром. ин-т (филиал) - Муром. 1999. - С.90-91.

11 .Андрианов, В.А. Двухканальный георадар "Герад-2" для археологии / Андрианов В.А., Марчук В.Н., [и др.] // Георадар в России 2000: тез.докл. науч.-практ.конф., 15-19 мая 2000/М., МГУ, 2000. - С.20 - 21.

12.Бездудный, В.Г. Анализ результатов георадарного зондирования археологических объектов Ростовской области в 2001 г. / Бездудный В.Г., Марчук В.Н. // Археологические записки - РРОО ДАО, Ростов-на-Дону, 2002. -вып.2. - С.205-212.

13.Marchuk, V.N. The Two-Channel Georadar "Gerad-2" / Marchuk V.Nfet.al.] // 32nd Microsymp. on Comparative Planetology: abst. int. conf. - Moscow, October 9-11,2000.-P. 171.

14.Марчук, В.Н. Алгоритм обработки данных георадара "Герад-3" / Марчук

B.Н. // Георадар-2002: тез. докл. науч.-практ. конф , Москва, 28 января -1 февраля, 2002 г. / М., МГУ, 2002. - С. 18-20.

15.Георадар "Герад-3". Новые возможности и результаты применения / Ба-жанов A.C., Марчук В.Н. [и др.] // Георадар-2002: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 28 января -1 февраля, 2002 г. / М., МГУ, 2002. - С.13.

16.Результаты использования георадара для поиска инженерных коммуникаций / / Бажанов A.C., Марчук В.Н. [и др.] // Георадар-2004: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 29 марта -2 апреля, 2004 г. / М„ МГУ, 2004. -

C.77.

17.Марчук В.Н. Алгоритм обработки данных комплексной радиоакустической системы для подповерхностного обнаружения локальных объектов / Марчук В.Н. // Георадар-2004: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 29 марта -2 апреля, 2004 г. / М., МГУ, 2004. - С.47.

18.Результаты испытаний и перспективы использования и совершенствования многоканального радиоакустического комплекса / Алексашенко В.А., Марчук В.Н. [и др.] // Инженерная геофизика-2005, тез. докл. науч.-практ. конф., Геленджик, 27 марта -2 апреля2005 г. / Геленджик 2005. -С.253.

19.Марчук В.Н. Результаты расчета диаграммы направленности антенны на границе двух сред / Марчук В.Н. // Инженерная геофизика-2005, тез. докл.

науч.-практ. конф., Геленджик, 27 марта -2 апреля2005 г. / Геленджик 2005.-C.2I5.

20.Применение георадаров для решения задач экологии / Гапонов С.С, Марчук В.Н. [и др.] // Инженерная экология - 2005: тр. межд. симп., Москва, 7-9 декабря 2005 г. / М„ 2005. - С. 57-62.

21.06 опыте использования георадарных данных для интерпретации РЛИ, получаемых с помощью ИМАРК / Кутуза Б.Г., Марчук В.Н. [и др.] // Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: тез. докл. межд. конф., Суздаль, 25-27 сентября 2007 г. / Суздаль, 2007.-С.9-15.

22.Роль имитационного моделирования при радиолокационном исследовании грунта планет и их плазменных оболочек 1 Марчук В.Н. [и др ] // Дистанционное зондирование Земли из космоса. Пятая юбилейная открытая Всероссийская конференция: тез. докл. Всеросс. конф., Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. / М„ 2007. - С.285.

23.Дистанционное зондирование грунта Фобоса в проекте «Фобос-Грунт» / Арманд H.A., Марчук В.Н. [и др.] // Дистанционное зондирование Земли из космоса. Пятая юбилейная открытая Всероссийская конференция: тез. докл. Всеросс. конф., Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. / М„ 2007 - С.200.

24.Марчук, В.Н. Диаграмма направленности антенны в нижнем полупространстве / Марчук В.Н., Черная Л.Ф. // Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике: сб. докладов 2-й Всерос. науч. конф.-семинара. Муром, 4-7 июля г. / Муром, 2006. - С. 90-93.

25.Подповерхностное зондирование грунта Марса. Первые результаты / Арманд H.A., Марчук В.Н. [и др.] // Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике: сб. докладов Второй Всеросс науч. конф,-семинара. Муром, 4-7 июля 2006 г. / Муром, 2006. - С. 27-31.

26. Длинноволновый радар для дистанционного зондирования грунта Фобоса в проекте «Фобос-Грунт» / Арманд H.A., Марчук В.Н. [и др.] // Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий: тез. докл. Всерос. науч.-тех. конф., Москва, 28-30 апреля 2008 г./М., 2008.-CD.

Подписано в печать 5.10.2008 г. Печать на ризографе. Тираж 100 экз. Заказ № 1358. Объем 1 п.л. Отпечатано в типографии ООО "Алфавит 2000", ИНН: 7718532212, г. Москва, ул. Маросейка, д. 6/8, стр. 1, т. 623-08-10, www.alfavit2000.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Марчук, Василий Николаевич

Список используемых сокращений.

Введение.

1 Теоретические основы георадиолокации.

1.1 Физические основы построения и функционирования радаров подповерхностного зондирования.

1.2 Восстановление характеристик исследуемой среды методами геор адио локации.

1.3 Расчет диаграммы направленности электрического и магнитного диполя на границе двух сред.

1.4 Оценка предельной дальности (глубины зондирования) радара и его разрешающей способности.

1.5 Влияние характеристик среды на структуру отраженного сигнала.

2 Обработка радиолокационных данных.

2.1 Форма зондирующего импульса.

2.2 Форма отраженных сигналов.

2.3 Методы обнаружения и оценки параметров отраженных сигналов.

2.4 Методология разработки программы сбора, обработки и визуализации георадарных данных.

3 Методики наземного зондирования природных сред и их практическое применение.

3.1 Общие рекомендации по постановке экспериментов по подповерхностному радиозондированию.

3.2 Методика выбора характеристик георадара для решения поставленной задачи.

3.3 Методика распознавания объектов на радарограмме.

-33.4 Особенности радиозондирования пресноводных водоемов с поверхности воды и льда.

3.5 Экспериментальная проверка методики зондирования водоемов.

3.6 Методика применения георадаров в полевой археологии.

3.7 Особенности применения георадаров в строительстве.

4 Особенности проведения экспериментов и обработки данных подповерхностного зондирования грунта планет с борта космического аппарата.

4.1 Планирование эксперимента по зондированию поверхности Фобоса.

4.2 Результаты обработки данных орбитального радара «Марсис» в миссии «Марс-Экспресс».

Введение диссертация по физике, на тему "Методики проведения экспериментов по радиолокационному подповерхностному зондированию Земли и планет земной группы"

Актуальность работы

Подповерхностная радиолокация является, по-видимому, самым производительным и технологичным среди других геофизических методов, применяемых для решения инженерно-геологических, гидрогеологических, экологических, геотехнических и планетологических задач [1]. Области применения георадаров в настоящее время непрерывно расширяются. С улучшением технологий производства аппаратуры и появлением более производительных алгоритмов и средств обработки радиолокационных данных георадар становится одним из важнейших приборов неразрушающего контроля.

В космических исследованиях на данный момент подповерхностное радиозондирование является практически единственным доступным средством определения внутренней структуры космических тел. Основная проблема заключается в специфике используемых в практике подповерхностного зондирования сверхширокополосных (СШП) сигналов и сверхкоротких импульсов, требующих разработки специальных способов их приема и обработки. Кроме того, используемые в георадиолокации диапазоны частот не позволяют применять узконаправленные антенны из-за ограничений на оптимальный вес радара. Поэтому при разработке аппаратуры приходится учитывать множество противоречивых факторов: необходимость уменьшения веса и энергопотребления при повышении потенциальных возможностей радара; увеличение глубины зондирования при уменьшении мощности передатчика; повышение разрешающей способности без увеличения верхней границы диапазона частот и т.д. Таким образом, разработка георадаров и связанные с ней планирование и проведение экспериментов по подповерхностному радиозондированию являются актуальной задачей, как в прикладном, так и в чисто научном аспекте исследования окружающей среды, как на Земле, так и на других планетах и спутниках.

Теоретические основы применения радиоволн для изучения геологических структур были заложены Г.Лови и Г.Леймбахом в 1910 г., а в 1912 г. ими обоснована возможность поисков руд и грунтовых вод радиоинтерференционными методами [2]. Первый георадар был создан в Австрии в 1929 г. для определения толщины ледника [3]. Радар получил свое название - RADAR в 1934г., путем сокращения RAdio Detection And Ranging [4].

Отражения импульсов электромагнитных волн от подповерхностных неоднородностей были случайно обнаружены А. Уэйтом в 1957 г. на ледовом аэродроме в Антарктиде. Дальнейшие эксперименты показали, что, используя импульсный радиолокатор, можно определять толщину льда как, с его поверхности, так и с воздуха [5]. Это повлекло за собой исследования, которые показали возможность увидеть нижнюю границу не только льда, но и воды, а также проводить подповерхностное зондирование грунтов.

В 1960г., John С. Cook делает попытку использовать радар для исследования подповерхностных отражений [6]. Вместо обычного радиолокационного импульса с высокочастотным заполнением, в радарах он предложил применять импульс без несущей, который иногда называют моноимпульсом или видеоимпульсом. В этом методе, который получил название "метода ударного возбуждения антенны", на передающую антенну подается перепад напряжения, который и формирует видеоимпульс [7]. Этот способ формирования видеоимпульса до сих пор используется в георадарах. Moffatt and Puskar [8] смогли использовать разработанную ими систему для решения нескольких задач: обнаружения подземных туннелей, шахт, а также фиксации других изменений в грунте, например, изменение влажности, обнаружения скальных и каменистых образований под поверхностью грунта.

- 7В 1967 г. была создана георадарная система, аналогичная ледовому радару Штерна [3], которую применили при исследовании Луны на Аполлоне-17 [9].

В 1976 году Moffatt and Puskar представили один из вариантов базовой теории георадара и обработки его сигнала [8], которая была развита и дополнена другими учеными, предложившими более результативные методы обработки и анализа данных георадара [10].

По данным зарубежных источников георадар начал широко применяться в 70-х г. XX века в первую очередь для военных задач [11], в частности, для поиска локальных подземных сооружений и туннелей во Вьетнаме. Вскоре различные компании заинтересовались применением георадарных методов для своих практических нужд, таких, как картирование подземных коммуникаций и труб под городскими улицами, обнаружение пустот и пещер. До недавнего времени некоторые типы георадаров использовались с авианосителей для картирования подповерхностных отражений под покровом джунглей и леса [12]. Радар воздушного базирования применялся археологами для исследования больших площадей, покрытых джунглями, примером могут служить исследования на и/о Юкатан в Центральной Америке [13].

В нашей стране первые опытные работы электроразведочными методами, использующими радиочастотные сигналы, были начаты в 1925 г. A.A. Петровским [14]. После значительного перерыва исследования по подповерхностной локации возобновились в 1968 г. в Отделении Радиолокации Рижского Краснознаменного Института Инженеров Гражданской Авиации (РКИИГА) под руководством проф. М. Финкельштейна [15]. В 1989г. появилась Компания Radar Systems, Inc., которая занималась разработкой и производством георадаров серии «Зонд» [16]. Впоследствии вполне успешную конкуренцию им составили георадары «Око» фирмы ЛОГИС [17] и другие георадары российского производства [18,19, 20].

-8В 1990 г., специалисты Института земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн (г. Троицк) начали разработку бортового радиолокатора марсохода в космической программе "Марс-94". Предполагалось проведение исследования под поверхностью Марса и поиск воды в замерзшем виде [2, 21]. В дальнейшем, опыт разработки был успешно использован для проектирования и производства георадаров серии Трот" и «Лоза» [18, 22].

В Московском физико-техническом институте работы по подповерхностному зондированию начались с исследования электрофизических свойств грунтов группой сотрудников под руководством профессора Лещанского [23, 24]. Впоследствии сотрудниками этой группы был предложен ряд интересных решений в плане разработки и создания радаров подповерхностного зондирования [25, 26].

На кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета Московского государственного университета георадиолокация стала логическим продолжением сейсмических исследований из-за схожести методов, применяемых для обработки данных. На кафедре впервые в нашей стране стали широко применять георадары серии «Зонд» для исследований геологических разрезов, был наработан большой опыт комплексных геофизических изысканий с применением георадаров [27], разработано многофункциональное программное обеспечение для обработки георадарных данных [28, 29].

В Московском авиационном институте основным направлением применительно к подповерхностной радиолокации стало использование методов решения обратных задач и совершенствования методик распознавания изображений скрытых объектов [30, 31].

С середины 80-х годов в лаборатории дистанционного зондирования Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана был начат цикл работ по применению подповерхностных радиолокаторов для получения изображений объектов, залегающих в грунте на небольшой глубине. В результате выполненного цикла исследований был разработан метод многочастотного зондирования конденсированных сред с помощью подповерхностных локаторов с непрерывным излучением сигнала. На основе разработанного метода был спроектирован и запущен в опытное производство радиолокатор «РАСКАН», предназначенный для зондирования строительных конструкций с высоким разрешением [32, 33].

В ИРЭ РАН и СКБ ИРЭ РАН г. Фрязино работы по развитию теории подповерхностной радиолокации, разработке аппаратуры и экспериментальные исследования в этой области были начаты в 1980 г. в связи с проектом Марс-84 - Фобос [34]. В работе принимали участие специалисты РКИИГА совместно со специалистами ИРЭ РАН. Для получения глубинных профилей марсианского спутника Фобоса был создан радиолокационный комплекс РЛК-84, работавший в диапазонах частот 300200, 150-90 и 4,7- 5,3 МГц [34]. Используя один из образцов прибора РЛК-84, сотрудниками ИРЭ и СКБ ИРЭ были проведены успешные эксперименты по оценке мощности туфа в Армении, обнаружению газового трубопровода и измерению глубины сезонного оттаивания мерзлых грунтов в Западной Сибири [35, 36, 37, 38]. Первый эксперимент проводился при установке приборов на автомашине, последние два - с борта вертолета. Эти работы продолжились в рамках проекта Марс-96. Для миссии Марс-96 СКБ ИРЭ совместно с ИРЭ РАН был разработан и установлен на борту КА новый радар РЛК-М для подповерхностной радиолокации Марса [39].

В 1998 году ИРЭ РАН и СКБ ИРЭ РАН начали совместную разработку двухканального георадара «Герад-2» по заказу ставропольской археологической экспедиции [40, 41]. Этот георадар и разработанное для него авторское программное обеспечение послужили прототипом для серии георадаров, разрабатываемых в ИРЭ и СКБ ИРЭ [42, 43, 44].

Особенностью применения наземных георадаров является преимущественно контактное расположение антенн по отношению к поверхности зондируемой среды. Этим обеспечивается уменьшение потерь энергии на излучение: во-первых, исключается отражение типа воздух-грунт, характерное для дистанционного зондирования, во-вторых, диаграмма направленности антенны формируется непосредственно в изучаемой среде (увеличивается коэффициент направленности антенны), в-третьих, исследуемые объекты находятся преимущественно в ближней зоне антенны (сферическую расходимость волны можно не учитывать).

Однако этими же особенностями обусловлены недостатки георадаров. Во-первых, так как среда и включенные в нее объекты находятся в непосредственной близости от антенной системы, они влияют на ее параметры, соответственно характеристики излучаемого сигнала не детерминированы (меняются в процессе измерений). Во-вторых, расчеты электромагнитного поля в ближней зоне антенны довольно сложны, что затрудняет моделирование и практически исключает применение количественных характеристик при анализе принимаемого сигнала. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы совершенствования алгоритмов обработки и отображения получаемых радиолокационных данных и разработки методик проведения исследований с целью увеличения практической отдачи метода.

В отличие от георадаров, радары космического базирования исследуют обезвоженные или вымороженные среды - поверхности космических тел (с малым поглощением радиосигнала). Поэтому, даже при ограниченном энергопотреблении, их потенциала оказывается достаточно для зондирования поверхностей с больших расстояний. Такие большие расстояния часто обусловлены особенностями постановки экспериментов в космосе: орбитой космического аппарата, невозможностью сближения с изучаемым объектом меньше заданного расстояния, обусловленного безопасностью полета и т.д. Зондирование с больших расстояний требует применения радаров с большим соотношением сигнал/шум. Это достигается применением сигналов с большой длительностью импульса - улучшение соотношения сигнал/шум достигается за счет большого времени накопления сигнала при аппаратной обработке. В основном для этих целей применяют радары либо с ЛЧМ-модуляцией [45] либо с пошаговым изменением несущей частоты, как в РЛК-М [39].

Если диапазон расстояний при зондировании меняется от единиц метров до десятков (или сотен) километров применение импульсов с большой длительностью становится невозможным, особенно в преимущественно одноантенных радарах космического базирования (для уменьшения веса космического радара обычно используется одна антенна, поочередно работающая на передачу или на прием сигнала). Одним из инженерных решений проблемы «большого диапазона дальностей» было применение радиолокационных комплексов [34]. В таком комплексе для каждого диапазона расстояний использовался радар с оптимальными для него характеристиками сигнала и способом его формирования. Фактически это приводило к размещению на борту космического аппарата нескольких радаров, что не лучшим образом влияло на его весовые характеристики. В длинноволновом планетном радаре ДПР [46] предложен другой способ: на малых дальностях используется радиосигнал с длительностью импульса, обеспечивающей необходимую для решения поставленной задачи разрешающую способность. На больших расстояниях используется сложный сигнал, задаваемый комбинацией вышеописанных импульсов. При этом разрешающая способность практически не изменяется (не ухудшается), а накопление осуществляется за счет увеличения количества простых подимпульсов в излучаемом (и, соответственно, принимаемом) сложном сигнале.

Целью диссертационной работы является решение проблемы постановки и проведения экспериментов по подповерхностному радиолокационному зондированию природных сред, развитие методов радиозондирования поверхности Земли и ближайших небесных тел Солнечной системы, разработка методик сбора и обработки данных измерений при постановке конкретных экспериментов и интерпретации полученных результатов.

Реализация поставленной цели достигается на основе решения следующих задач:

3. Разработка методик зондирования различных природных сред: земных грунтов, водных сред с поверхности водоема и с поверхности льда, дистанционного зондирования грунта космических тел с борта космических аппаратов.

4. Проведение экспериментов по обнаружению и распознаванию скрытых подповерхностных объектов (на основе разработанных методик и созданной библиотеки радиолокационных изображений наиболее характерных типов подповерхностных объектов).

5. Разработка методики подготовки эксперимента по радиолокационному зондированию поверхности Фобоса в миссии «Фобос-Грунт», обоснование выбора зондирующего сигнала, проведение моделирования процесса обработки отраженного сигнала с учетом шумов. Апробация разработанных алгоритмов на экспериментальных данных, полученных радаром «Марсис» в европейской межпланетной миссии «Марс-Экспресс».

Положения выносимые на защиту: 1. Созданный универсальный пакет программ обработки радиолокационных данных подповерхностного зондирования позволяет повысить потенциальные возможности радара и улучшить качество интерпретации получаемых результатов.

2. Разработанные методики подготовки, проведения и анализа полученных результатов экспериментов по радиолокационному зондированию различных природных сред применимы для решения прикладных задач в археологии, строительстве, инженерной геофизике и других областях.

3. Разработанные методики позволяют оптимальным образом планировать и моделировать этапы подготовки, проведения и анализа полученных результатов в экспериментах по радиолокационному зондированию криолитосферы Марса и поверхности Фобоса.

Достоверность результатов работы обеспечивается следующими утверждениями:

1. Полученные результаты согласуются с теоретическими расчетами и в частных случаях с результатами, описанными в литературе.

2. Разработанные методики проверены на практике.

Научная новизна и практическая значимость

На основании анализа рассчитанных диаграмм направленности георадарных антенн при излучении в легкий грунт и воду показано, что при проведении георадарных измерений следует избегать отрыва антенны от поверхности исследуемой среды на величину более ОД длины волны излучения.

Впервые предложена методика зондирования подповерхностной структуры грунта Фобоса организованным фазокодоманипулированным сигналом излучаемым радаром, расположенным на борту космического аппарата (КА) с орбиты ожидания и с траектории посадки.

На основе анализа баллистических и навигационных данных разработана оптимальная схема работы радара ДПР в межпланетной космической миссии «Фобос-грунт».

Результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработки и модернизации программ сбора и математической обработки радиолокационных данных, для подготовки и проведения экспериментов по подповерхностному зондированию слабопоглощающих земных сред и грунта космических тел земной группы, а также для анализа и интерпретации полученных данных измерений.

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники им.В.А.Котельникова РАН (Фрязинский филиал) в период с 1991 по 2008. Результаты, представленные в диссертации, являются частью радиофизических исследований, проводимых в ФИРЭ им.В.А.Котельникова РАН. Общее руководство этими исследованиями осуществлялось д.т.н., профессором Н.А.Армандом, д.ф.-м.н. В.А.Андриановым и д.ф.-м.н. В.М.Смирновым.

Выполненные в рамках данной работы исследования соответствуют специальности 01.04.03 «Радиофизика», раздел 5 «Разработка научных основ и принципов активной и пассивной дистанционной диагностики окружающей среды, основанных на современных методах решения обратных задач. Создание систем дистанционного мониторинга reo-, гидросферы, ионосферы, магнитосферы и атмосферы. Радиоастрономические исследования ближнего и дальнего космического пространства».

Результаты диссертации (разработанное программное обеспечение, включающее в себя преобразование Гильберта, инверсную фильтрацию, вывод результатов на этапе обработки) использовалось и используется при выполнении проекта МНТЦ №2866 «Возможности применения многочастотного поляриметрического радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) метрового (Ь, Р) и дециметрового (УНБ) диапазонов для поверхностного и подповерхностного зондирования почв и растительного покрова». Руководители проекта привлекали диссертанта для проведения экспериментов по исследованию возможности использования георадара в изучении флуктуаций диэлектрической проницаемости почвы под лесным покровом. Результаты, полученные в этих экспериментах, представлены на всероссийских и международных конференциях [47,48]. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования георадара для таких целей.

Публикации по теме диссертации. Материалы диссертации в полном объеме опубликованы в 26 работах, в том числе, в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК (3), прочих журналах (2), сборниках научных трудов (1), тезисах докладов на российских и международных конференциях (20).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 163 страниц, 69 рисунков и 4 таблицы.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Заключение

В настоящей диссертационной работе получены следующие результаты:

5. Разработана методика подготовки эксперимента по радиолокационному зондированию поверхности Фобоса в миссии «Фобос-Грунт». Обоснован выбор зондирующего сигнала. Проведено моделирование обработки отраженного сигнала с учетом шумов. На основе анализа баллистических и навигационных данных разработана оптимальная схема проведения экспериментов для радара ДПР. 6. Разработанная методология обработки данных прибора ДПР проверена при обработке экспериментальных данных, полученных радаром «Марсис» в европейской межпланетной миссии «Марс-Экспресс».

В заключение автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю В.М.Смирнову за помощь при выполнении этой работы, а также искреннюю признательность соавторам работ за плодотворное обсуждение полученных результатов. Автор благодарен коллективу ФГУП СКБ ИРЭ за разработку аппаратуры и помощь в проведении экспериментов по подповерхностному зондированию.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Марчук, Василий Николаевич, Москва

1. Вопросы подповерхностной радиолокации: коллективная монография под ред. Гринева А.Ю. // М.: Радиотехника, 2005. 416 с.

2. Разработка аппаратуры, методов обработки данных для электромагнитного подповерхностного зондирования и опыт их применения / А.Е. Резников и др. // М: РАН. УФН. 2000. - Т. 170, N 5. -С.565-568.

3. Stern W. Versuch einer elektrodynamischen Dickenmessung von Gletschereis // Ger. Beitr. zur Geophysik, 1929. - v.23. - P. 292-333.

4. Buderi, R. The Invention That Changed the World // Centre for the History of Defence Electronics, Simon & Schuster 1996. - P. 544.

5. Evans, S. Radio techniques for the measurement of ice thickness // Polar Rec., v. 11.- 1963. P. 406-410.

6. Cook, J.C. Proposed monocycle-pulse, VHF radar for airborne ice and snow measurements //AIEE Trans. Commun. And Electron., v.79, №51. 1960.-P.588-594.

7. Cook, J.C. Radar transparencies of mine and tunnel rocks. // Geophys., v.40. -1975. P. 865-885.

8. Moffatt, D. L. A subsurface electromagnetic pulse radar. / Moffatt D. L., PuskarR. J. //Geophysics, 41(3). 1976. - P. 506-518.

9. Olhoeft, G.R., Electrical and magnetic properties of Apollo 17 soils / Olhoeft, G.R. et al. // EOS, v. 54. 1973.-P.601.

10. Wyatt, D. E. Geophysics and shallow faults in unconsolidated sediments / Wyatt D. E., Waddell M. G., Sexton G. B. // Ground Water, 34(2). 1996. - P. 326-334.

11. Lambert Dolphin. Ground penetrating Radar (GPR), Usage and Limitations / 1995. // Интернет: Iltp://\WAV.ldolphin.or^GPRbkgrKlhiralW.

12. Olhoeft G.R., «Ground penetrating Radar» 2000, Интернет: http://www.g-p-r.com/introduc.htm

13. Lambert Dolphin «How Geophysical methods can help the archaeologist» // Интернет: http://wvvw.ldolphin.crgA\.

14. Петровский, А.А. Радио в горной разведке // «Изв. ин-та прикладной геофизики», 1925, вып.1.

15. Финкелыдтейн, М.И. Радиолокация слоистых земных покровов / М.И.Финкелыптейн, В.Л.Мендельсон, В.А.Кутев. М.: Советское Радио, 1977.- 174 с.

16. Radar Systems, Inc. History Radar Systems, Inc. // Интернет: http://w\w.onrdtmnei/radar/Qaidihtm//.

17. Георадары серии «ОКО» / Помозов В.В, Поцепня О.А., Семейкин Н.П. и др. // Разведка и охрана недр. 2001. - N 3. - С.26-28

18. Георадар Трот" // Приборы. 2002. - N 11(29). - С. 18.

19. Марчук, В.Н. Результаты применения георадара "Герад-2" в сфере народного хозяйства / Марчук В.Н., Бажанов A.C., Этенко Г.В. // Разведка и охрана недр. М.: Недра, 2001. - №3 - С.34-36.

20. Геофизическое исследование строительной площадки с использованием георадаров серии "ТР-ГЕО" / Изюмов C.B., и др. // Энергосбережение. -2002. -N2. -С.51-53.

21. S.I. Klimov etc. «On the use of a mobile surface radar to study the atmosphere and ionosphere of Mars» Adv. Space Res. 1990 г., v. 10, P. 35-38

22. Георадары серии «Лоза» \\Интернет: http://www.geo-radar.ru/articles.php.

23. Лещанский, Ю.И. Исследование поглощения дециметровых и сантиметровых радиоволн в грунте. / Ю.И.Лещанский, Г.Н.Лебедева // Изв. вузов СССР. Сер.Радиофизика, 1968, Т.11, №2, С.205-208.

24. Лещанский, Ю.И. Электрические параметры песчаного и и глинистого грунтов в диапазоне сантиметровых, дециметровых и метровых волн / Ю.И.Лещанский, Г.Н.Лебедева, В.Д.Шумилин // Изв. вузов СССР. Сер.Радиофизика, 1971, Т.14, №4, С.562-569.

25. Крампульс, А.Ю. Оптимизация числа накоплений данных в приемнике георадара со стробоскопическим преобразователем / А.Ю.Крампульс, Н.П.Чубинский // Радиотехн. и электрон. 1998. - Т.43, N 11. - С.1131-1335.

26. Крампульс, А.Ю. Анализ возможных модификаций частотного тракта георадара / А.Ю.Крампульс, Н.П.Чубинский // Радиотехника и электроника. 2000. - Т.45. - N 9. - С. 1037-1046.

27. Владов, M.JI. Георадиолокационные исследования верхней части разреза: Учеб. пособие / M.JI. Владов, A.B. Старовойтов // М.: Изд-во Моск. ун-та, 1999. -92 с.

28. Токарев, М.Ю. О математической обработке данных георадиолокационных исследований / М.Ю.Токарев, П.А.Гоффман, Л.М.Кульницкий // Научн.практ.конф «Георадар в России 2000, Тезисы докладов, Москва, МГУ, 15-19 мая 2000 г., С.З.

29. Обработка данных георадиолокационных исследований средствами пакета RadExPro Plus / П.А.Гоффман .и др.] // Научн.практ.конф «Георадар в России 2002», Тезисы докладов, Москва, МГУ, 28 января -1 февраля 2002 г., С.5-6.

30. Гринев А.Ю. Восстановление геометрических и электрофизических параметров объектов в задачах подповерхностного зондирования // Тр. XII всерос. шк.-конф. по дифракции и распространению волн, Москва, дек. 2001 г. Т.1. М, 2001. - С.30-42

31. Experimental Determination of the Resolution of the RASCAN-4/4000 Holographic Radar System / E. Bechtel et al. //12th International Conference on Ground Penetrating Radar: abst, June 16-19, 2008, Birmingham, UK.

32. Зондирование строительных конструкций зданий в радиодиапазоне с высоким разрешением / И.А. Васильев, С.И. Ивашов и др. // Радиотехника. 2001. - N 8. - С.65-68.

33. Исследование Фобоса и Марса радиолокационными методами. ГМетодологические вопросы / Н.А.Арманд и др.. // Фобос. Научно-методические аспекты исследований: тр. межд. конф. ИКИ АН СССР, 24-28.февраля 1986 г. - М., 1988. - С. 327-346.

34. Experimental results of remote radar sensing of frozen soils / Andrianov V.A., Marchuk V.N. et al. // Third International Conference on ground penetrating radar: abst. sc. conf / U.S. Geological Survey, 1990. P.2.

35. Марчук, В.Н. Обнаружение газопровода в мерзлом грунте радиолокатором РЛК-84 с борта вертолета / В.Н.Марчук, С.Д.Назаренко // Диагностика трубопроводов: прогр. докл на межд.конф., Москва, 21-26 мая, 2001г. -С.25.

36. Armand, N.A. The Long wavelength Radar for Mars surface and ionosphere probing / Armand N.A., Marchouk V.N. et al.// Radar 97: abst. Int. conf., 1416 Oct. 1997 / Edinburgh, IEE, 1997. P.819-823.

37. Андрианов, В.А. Двухканальный георадар "Герад-2" для археологии / Андрианов В.А., Марчук В.Н., и др. // Георадар в России 2000: тез.докл. науч.-практ.конф., 15-19 мая 2000 / М., МГУ, 2000. С.20 - 21.

38. Marchuk, V.N. The Two-Channel Georadar "Gerad-2" / Marchuk V.N et.al. // 32nd Microsymp. on Comparative Planetology: abst. Int. conf. Moscow, October 9-11,2000. - P. 171.

39. Бажанов, A.C. Георадар «Герад-3» / А.С.Бажанов, В.Н.Марчук, // Диагностика трубопроводов: прогр. докл. на межд.конф., Москва, 21-26 мая/2001. С.25.

40. Георадар "Герад-3". Новые возможности и результаты применения / Бажанов A.C., Марчук В.Н. и др. // Георадар-2002: тез. докл. науч,-практ. конф., Москва, 28 января -1 февраля, 2002 г. / М., МГУ, 2002. -С.13.

41. Применения георадаров серии "Герад" для зондирования водоемов, инженерных коммуникаций и железнодорожных насыпей / Бажанов A.C., Марчук В.Н. и др. // Наукоемкие технологии. 2005. - Т.6, N 12. - С.32-38.

42. Radar sounding of the surface of Mars / Giovanni Picardi, et al. // Science, Vol.310, 2005. -P.1925-1928.

43. Радиолокационное зондирование грунта Фобоса в проекте «Фобос-Грунт» / Арманд H.A., Марчук В.Н. и др. // Радиотехника и Электроника 2003. - Т.48, №10. - С.1186-1195.

44. The use of GPR at the interpretation of radar images of forest at meter wavelength range / B.Kutuza, V.Marchuk et al. // EUSAR 2008 7thEuropean Conference on Synthetic Aperture Radar: abst. Int. conf. / Friedrichshafen, Germany June 2-5, 2008. - CD.

45. Моделирование работы георадара численными методами / Марчук В.Н. и др. //Наукоемкие технологии. 2006. - Т.7, N 10. - С.39-52.

46. Финкелыптейн, М.И. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии / М.И Финкелыптейн,. В.А.Кутев, В.П.Золотарев М.: Недра, 1986. - 128с.

47. Подповерхностная радиолокация. / М.И.Финкелыптейн и др. М.: Радио и связь, 1994.-216 с.

48. Копейкин, В.В. Обратная задача георадиолокации \\ Интернет: http://www.geo-radar.ru/articles/article2.php.

49. Бреховских, JI.M. Волны в слоистых средах / Л.М.Бреховских М.: Наука, 1973.-344 с.

50. Хаттон, Jl. Обработка сейсмических данных / Л.Хаттон, М.Уэрдингтон, Дж.Мейкин. М.: Мир, 1989. - 216 с.

51. Youn H-S., Chen С-С. Neural detection for buried pipe using fully Polarimetrie GPR1 Ground Penetrating Radar: abst. Int.Conf., 21-24 June, 2004, / Delft, The Netherland, 2004. P.303-306.

52. G.Smith. Directive properties of antennas for transmission into a material halfspace. IEEE, Transactions on antennas and propagation, Vol. AP-32, No.3, March 1984.

53. Надененко, С.И. Антенны // Связьиздат. М. - 1959. - 552с.

54. Марчук, В.Н. Результаты расчета диаграммы направленности антенны на границе двух сред / Марчук В.Н. // Инженерная геофизика-2005, тез. докл. науч.-практ. конф., Геленджик, 27 марта -2 апреля2005 г. / Геленджик 2005. -С.215.

55. Копейкин В.В. Распространение электромагнитных импульсов в подземной среде. //Интернет: http://www.georadary.ru/-name=pub-reips.rar.htm.

56. Баскаков, С.И. Основы электродинамики / С.И.Баскаков М.: Советское радио, 1973.-248 с.

57. Копейкин В.В. Первичная обработка георадарных сигналов // Интернет: http://www.geo-radar.ru/articles/article3.php

58. Горелик, Г.С. Колебания и волны / Г.С.Горелик.- М.: ГИФМЛ, 1959. -572 с.

59. Лезин, Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов / Ю.С.Лезин. М.: Сов.радио, 1963. - 319 с.

60. Астанин, Л.Ю. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений / Л.Ю.Астанин, А.А.Костылев М.: Радио и связь, 1989. -191 с.

61. Кепстральная обработка сигналов в задачах подповерхностной радиолокации / С.Ю.Аввакумов и др. // Радиотехника и электроника,. — 1984. -Т.24. -№Ц.-с.

62. ТИИЭР. Тематический выпуск «Спектральное оценивание», 1982, т.70, №9.

63. Суворов В.Н. О кепстральном анализе в популярной форме. «ПиКАД: промышленные измерения, контроль, автоматизация, диагностика», 2006, №4 \\HHiepHer:http://picad(X^

64. Siggins A.F. Ground penetrating radar in geotechnical applications, Exploration Geophysics, 1990, v. 21. P. 175-183.

65. Справочник по радиолокации. Под ред.М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер с англ. (в четерех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. Под ред.П.И.Дудника. М., «Сов.радио», 1977. 408 с.

66. Stolt R.H. Migration by Fourier transform. // Geophisics 43, 1978. - P.23-48.

67. Тимошин, Ю.В. Основы дифракционного преобразования сейсмических записей / Ю.В.Тимошин. М.: Недра, 1972. - 263с.

68. Гуткин, JLC. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах / JI.C. Гуткин М.: Сов.радио, 1972. - 447 с.

69. Марчук, В.Н. Алгоритм обработки данных георадара "Герад-3" / Марчук В.Н. // Георадар-2002: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 28 января -1 февраля, 2002 г. / М, МГУ, 2002. С. 18-20.

70. Марчук В.Н. Алгоритм обработки данных комплексной радиоакустической системы для подповерхностного обнаружения локальных объектов / Марчук В.Н. // Георадар-2004: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 29 марта -2 апреля, 2004 г. / М., МГУ, 2004. С.47.

71. Smemoe, С.М. Processing and Visualization of Ground Penetrating Radar Data for Assessing Natural Hydrogeologie. 2000. // Интернет: http://www.emrl.byu.edu/chris/gpr.htm

72. Бездудный, В.Г. Применение геолокации в археологических исследованиях. Обзор литературы / Бездудный В.Г., Марчук В.Н. // Археологические записки. РРОО ДАО, Ростов-на-Дону, 2007. - вып. 5 -С.215-232.

73. Бездудный, В.Г. Анализ результатов георадарного зондирования археологических объектов Ростовской области в 2001 г. / Бездудный В.Г., Марчук В.Н. // Археологические записки РРОО ДАО, Ростов-на-Дону, 2002. -вып.2. - С.205-212.

74. Бездудный, В.Г. Проведение геолокационного исследования участка грунтового могильника Максари (Клецкий район Волгоградской области) / Бездудный В.Г., Марчук В.Н. // Эл.сб. «Археологияигеоинформатика», вып.4. М.: Институт археологии, - 2007. - CD.

75. Результаты использования георадара для поиска инженерных коммуникаций / Бажанов A.C., Марчук В.Н. и др. // Георадар-2004: тез. докл. науч.-практ. конф., Москва, 29 марта -2 апреля, 2004 г. / М., МГУ, 2004. С.77.

76. Применение георадаров для решения задач экологии / Талонов С.С, Марчук В.Н. и др. // Инженерная экология 2005: тр. межд. симп., Москва, 7-9 декабря 2005 г. / М., 2005. - С. 57-62.

77. Горбатенко, С.Б. Использование радиопоглощающих-радио-рассеивающих материалов для защиты георадара от электромагнитных помех / О.Н.Горбатенко, С.Б.Бибиков // Специальная техника. 2006. -№3. - С.26-34.

78. Подповерхностная радиолокация, особенности и преимущества, ожидаемые результаты применения в сфере лесного хозяйства / Марчук В.Н. и др. // Экология, мониторинг и рациональное природопользование: сб. науч. тр. /М.:МГУЛ, 2001. вып.314 - С.48-56.

79. Kennauch E.M., Moffatt D.L. Transient and impulse approximation. Proc. IEEE, 1965, v.53, N 8, p.893 - 901 (Труды ин-та инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, русский перевод, 1965, т.53, № 8, с. 1025- 1034).

80. Arcone S.A., Delaney A.J. Dielectric properties of thawed active layers overlying permafrost using radar at VHF. Radio Science, 1982, v. 17, p.618-626.

81. Финкелыптейн, М.И. Радиолокация слоистых земных покровов / М.И Финкелыптейн, В.Л.Мендельсон, В.А.Кутев М.: Советское радио, 1977. - 176с.

82. Хармут, Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи / Х.Ф.Хармут-М.: Радио и связь, 1985. 576с.

83. Daniels D.J., Gunton D.J., Scott H.F. Introduction to subsurface radar. IEE Proc., 1988, v.135, N4, p.278-330.

84. Андреев, Г.А. Радиоволновые системы подповерхностного зондирования / Г.А.Андреев, Л.В.Заенцев, В.В.Яковлев // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. - №2, С.3-22.

85. Строителев, В.Г. Методы обработки сигналов при подповерхностном радиолокационном зондировании. // Ibid. 1991. - №1. - С.95-105.

86. Андрианов, В.А. Подповерхностная радиолокация слоисто-неоднородного грунта планеты // Радиотехника и электроника. 1992. -Т.37. -№ 11. - С. 1937-1948.

87. S.Valle, L.Zanzi, M.Sgeig, et al. Ground penetrating radar antennas: Theoretical and experimental directivity functions. IEEE, Transactions on geoscience and remote sensing, Vol. 39, No.4, April 2001.

88. L.J.Porcello, R.L.Jordan, J.S.Zelenka, et al. The Apollo lunar sounder radar system. Proc.IEEE, 62(6), 1974. P.769-783.

89. W.J.Peeples, W.R.Sill, Th.W.May, S.H.Ward et al. Orbital radar evidence for lunar subsurface layering in Maria Serenitatis and Crisium. Journal of geophysical research. July 1978. Vol. 83, No. B7.

90. Финк, JI.M. Сигналы, помехи, ошибки / Л.М.Финк М.: Радио и связь, 1984.-256 с.

91. Takashi Miwa, Ikuo Arai. Super-resolution imaging for point reflectors near transmitting and receiving array/ IEEE Transaction on antennas and propagation, vol.52, No.l, January 2004.

92. Кей, С. M. Современные методы спектрального анализа / С. М.Кей, С.Л.Марпл //ТИИЭР, 1981, Т.69. - № 11.-С.5-51.

93. Финкелынтейн, М.И. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии / М.И.Финкельштейн, В.А.Кутев, В.П.Золотарев. М.: Недра, 1986. - 128с.

94. Кук, К. Радиолокационные сигналы / К. Кук, М. Бернфельд. М.: Советское радио, 1971. - 568с.

95. Варакин, JI.E. Теория сложных сигналов / Л.Е.Варакин. М.: «Сов. радио», 1970. - 376с.

96. Физика космоса, ред. С.Б. Пикельнер. М., Советская энциклопедия, 1976. -655с.

97. Бреус Т.К., Штерн Д.Я., Элькин М.Л. Основные принципы построения бортовой аппаратуры радиозондирования плазменных оболочек планет, сб. Научная аппаратура для космических исследований. М., Наука, 1987.

98. Домбровский, И.А. Антенны \ И.А.Домбровский. М, Связь и радио, 1951.-352с.

99. Справочник по радиолокации. Под ред.М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер с англ. (в четерех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том 1. Основы радиолокации. Под ред.Я.С.Ицхоки. М., «Сов.радио», 1976, 456 с.

100. Справочник по радиолокации. Под ред.М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер с англ. (в четерех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том 3. Радиолокационные устройства и системы. Под ред.А.С.Виницкого. М., «Сов.радио», 1979, 528 с.

101. Справочник по радиолокации. Под ред.М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер с англ. (в четерех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том 4. Радиолокационные антенные устройства. Под ред.П.И.Дудника. М., «Сов.радио», 1977, 408 с.