Jarðarradar

frá Wikipedia, ókeypis alfræðiorðabókinni
Fara í siglingar Fara í leit
Fornleifafræðileg leitarleit með ratsjá í jörðu í Heisterburg

Jarðradar sem er í jörðu, einnig georadar, engl. Ground Penetrating Radar (GPR) eða Radio Echo Sounding (RES) gerir ó eyðileggjandi lýsingu á undirlagi með hátíðni rafsegulbylgjum . Í jarðeðlisfræði er það aðallega notað til að rannsaka efri lög jarðskorpunnar . Í hernaðarlegum umsókn það er notað til að greina land jarðsprengjur.

lýsingu

Hægt er að nota ýmsa ratsjártækni sem jarðvegsradar. Pulse radar notar amplitude mótun sem öfgafullt breiðband aðferð á tímaléninu. The samfelld bylgja ratsjá aðferð er einnig hægt - annaðhvort samfellt eða beri tíðni mótuð ( SFCW ). [1] Með púlsradar stafar fjarlægðin af tímamun á milli þess að senda stuttan púls og komu endurskinsmerkja til móttakandans. Með FMCW og SFCW ratsjám er mismunartíðni eða mismunur á milli sendra og móttekinna merkja metin.

Merki form "mexíkósk hattur"

Almennt er stefnt að stærstu mögulegu bandbreidd flutningsmerkisins. Einn möguleiki fyrir tæknilega framkvæmd mikillar bandbreiddar er að láta tíðni neðri marka stefna í núll. Merkiformið er þá ekki mótað í burðarbylgjutíðni, heldur er aðeins afar stuttur háspennupúls á bilinu nokkrar picosekúndur til nokkurra nanósekúndur sendur til loftnetið sem sendir. Sú gerð sendimerkis sem myndast er kölluð grunnbandspúls . Púlsform er síðan sent sem svokölluð „mexíkósk hattur“ , sem myndast af annarri afleiðu bjöllukúrfunnar . Bandbreiddin stafar af styttri háspennu púlsinum. Móttakarinn er síðan stilltur á miðtíðni bandbreiddarinnar. Rafstytt tvípól eða útbreiðslu tvípól er venjulega notað sem loftnet, [2] sem er stundum jafnvel í beinni snertingu við yfirborð jarðar til að draga úr tengingartapi við umskipti frá lofti til jarðar. Allur jarðradarinn er síðan dreginn yfir jörðina á presenning, til dæmis. Ef fjarlægðin til yfirborðs jarðar er meiri eru einnig notuð stutt TEM horn , [2] sem þá hafa tiltölulega stórar stærðir vegna lágt tíðnisviðs.

Með ratsjárbúnaði með samfelldri bylgju eru aðskildar sendi- og móttöku loftnet notuð með ákveðinni fjarlægð frá hvor annarri. Stöðugar bylgjuratsjár eru að mestu þröngbönd og ná nauðsynlegri bandbreidd með því að breyta miðtíðni smám saman eða stöðugt. Þessir ratsjár geta notað hvaða breiðbandsloftnet sem er sem nær yfir litróf sendisins. [2] Þeir senda með minni afli, en hafa betri hávaða bælingu vegna samþættingar bergmálsmerkjanna með tímanum. Mælingarnar taka því lengri tíma, jarðvegsradarinn má aðeins færa yfir jörðina á gönguhraða. Púls ratsjár tæki geta aftur á móti verið innbyggð í ökutæki og notuð við hratt umferð.

Vinnutíðni er á bilinu 1 til 2400 MHz. Val á tíðnisviðinu er málamiðlun milli æskilegrar upplausnar, skarpdýptardjúpsins sem á að ná og tíðniháðra áhrifa frábrigða í jarðvegi. Sérstök námsradar getur einnig notað hærri tíðni allt að 4 GHz, þar sem flestar námur eru aðeins sendar á 20 cm dýpi. [3]

Radar gramm

Ratsjársnið yfir jökulmöl (Efri -Swabia)
Myndin sýnir jarðvegsratsjárskoðun sem var búin til í sögulegum kirkjugarði í Alabama , Bandaríkjunum. Hyperbolic reflections (örvar) gefa til kynna að hlutir (endurskinsmerki) séu til staðar sem geta falið sig undir yfirborðinu og hugsanlega tengst greftrunum. Endurkastanirnar frá jarðvegslögunum sem eftir eru eru einnig til staðar (strikaðar línur).

Á myndinni sést dæmi um jarðvegsgreinandi ratsjármynd. Fjarlægðin milli dökkgrænu sendi- og móttökuloftnetsins er stöðug. Hver mæling býr til dálk í myndinni. Með því að færa sendi- og móttökueininguna meðfram sniðlínunni fæst tvívídd framsetning á endurspeglununum í undirlaginu.

Útbreiðsla rafsegulbylgjanna í undirlaginu er mjög háð þeim mannvirkjum í jörðinni sem valda speglun , dreifingu , dreifingu og miðlun geislaðrar bylgju. Vegna lágra tíðna geta loftnetin ekki haft mikil stefnuáhrif. Hugsandi hlut í jörðinni getur því verið staðsettur úr mikilli fjarlægð. Þegar þau fara yfir hlutinn hafa þessi merki í för með sér ofsafengna lögun í ratsjármyndinni.

Til að breyta flutningstíma merkisins í dýptarlýsingu (tímadýptarbreyting) er krafist hlutfallslegrar útbreiðsluhraða rafsegulsmerkisins í miðlinum sem það fer yfir, sem fer eftir sérstökum rafmagnseiginleikum viðkomandi miðils. Við útreikning á dýptinni verður því að taka tillit til uppbyggingar jarðvegsins. Það eru töflur fyrir þetta, sem gefa til kynna útbreiðsluhraða í metrum á nanósekúndu, allt eftir gerð jarðvegs og raka. [4] Til að breyta dýptinni verður því að nota viðbótar jarðfræðilegar upplýsingar (t.d. frá kjarnborunum). Hins vegar er þetta ekki eina leiðin til að ákvarða útbreiðsluhraða. Með því að greina ofstækkunina, sem einföld endurskinsmerki, svo sem pípa, skilur eftir í ratsjárgrömminu, má einnig álykta hraða útbreiðslu.

Notkunarsvið

Til að kanna flata undirlagið er jarðgagnsratsjá notuð sem ekki ífarandi aðferð við jarðfræðileg og jarðtæknileg málefni, svo sem eftirlit með díki og flóðvernd [5] , svo og við hráefnisrannsóknir (sandur, möl), könnun á leiðslum og til verkfræðilegra jarðfræðirannsókna. Frekari notkunarmöguleikar eru á sviði fornleifafræði , tæknilegar rannsóknir á menguðum stöðum (neðanjarðar uppsetningar og holrými, fyllingar, rör og jarðvegslag) sem og í námuvinnslu og jarðgangagerð.

SHARAD radar gramm; Dýptarsnið meðfram teiknuðu brautinni á yfirborði Mars

Mars Express geimfarinn notar MARSIS ratsjáinn til að rannsaka jarðveg Mars á allt að 5 km dýpi. Fjarlægðin milli loftnetsins og jarðar er meira en 300 km að hámarki 800 km. MARSIS er einnig fær um að rannsaka jónhvolfið . Mælitíðnin er 1,8–5 MHz, 0,1–5 MHz fyrir jónhvelmælingar.

The American Mars Reconnaissance Orbiter rannsaka ber svipaðan jarðradar , SHARAD (Shallow Radar). Hærri mælitíðni 15-25 MHz veitir meiri upplausn en MARSIS, en lægra skarpdýpt. Myndin til hægri sýnir SHARAD radargram meðfram brautinni sem sýnd er í neðri hluta myndarinnar. Litirnir einkenna hæðarsniðið frá grænu (lægð) í rautt (upphækkun). Sniðdýptin var metin með því að áætla hraða merkisútbreiðslu í berginu.

GPR er hægt að nota til að mæla þykkt jökulís.

Eitt dæmi er uppgötvun flugvélar sem týndist 1942 91 m undir Grænlandsís með GPR um borð í dróna. [6]

Nýlegri þróun gerir það mögulegt að nota jarðradar með þyrlu á óaðgengilegum svæðum, til dæmis til að kortleggja grunnvatnsstöðu, jökla eða setlag. Dæmigerð vinnuhæð jarðarradars er 15 til 25 m yfir yfirborði. Í gagnavinnslunni er nákvæm staðsetning radarsins skráð með GPS og gerir mælingariðurstöðum kleift að geyma með stafrænu kortaefni. Mælingarferlið leyfir flughraða yfir jörðu á milli 40 og 80 km / klst. [7]

Ratsjár í borholu

Önnur notkun á ratsjám á jörðu niðri er borholu ratsjá sem er sérstaklega hönnuð fyrir borholur. Ein aðferð við jarðeðlisfræði er prófunarboranir fyrir efnagreiningu. Í þessu samhengi bjóða radarkerfi borholu upp á grundvallarmöguleika á því að einkenna umhverfi þessara borhola með því að nota ekki ífarandi jarðvegsradarkerfi. Aðallega eru notuð borholu ratsjárkerfi með hringlaga móttöku loftnetum, sem mæla fjarlægðina frá endurkastum, en engar upplýsingar um azimuthal hornið. Stefnulaus loftnet gera hins vegar kleift að mæla fjarlægð og stefnu endurskins bergmálanna.

bókmenntir

  • Jürg Leckebusch: Notkun jarðskjálftaratsjár (GPR) við fornleifafræðilega leit - þrívíddarsýn og túlkun. Leidorf, Rahden 2001, ISBN 3-89646-403-5 .
  • DJ Daniels: Radar sem kemst í gegnum jörðina. Inst. Of Electrical Engineers, London 2004, ISBN 0-86341-360-9 .
  • CS Bristow: Jarðratsjár í jörðu í seti. Jarðfræðifélagið, London 2003, ISBN 1-86239-131-9 .
  • Harry M. Jol: Ground Penetrating Radar - Kenning og forrit. Elsevier, Amsterdam 2009, ISBN 978-0-444-53348-7 .
  • Günter Schlögel: Líkanagerð og staðsetning lítilla innlána (stríðsminjar) neðanjarðar með jarðratsjá. Dipl.-Arb., Montanuniv. Leoben 2007, [1] (pdf, 3,5 MB, sótt 9. mars 2009).
  • Olaf Borchert: Hönnun móttakara fyrir stefnulaga borholu ratsjárkerfi. Ritgerð . Bergische Universität, Wuppertal 2008, [2] (pdf, 8,2 MB, sótt 12. október 2009).
  • Jan-Florian Höfinghoff: Rannsóknir á notagildi georadars í borasamsetningunni . Ritgerð. Leibniz háskólinn, Hannover 2013, ISBN 978-3-944586-23-6 .

Vefsíðutenglar

Commons : Ground Radar - safn mynda, myndbanda og hljóðskrár

Einstök sönnunargögn

  1. Merrill Skolnik: Radar Handbook, Third Edition McGraw-Hill Professional, 2008, ISBN 978-0-07-148547-0 , bls. 21.20
  2. a b c DJ Daniels: Jarðskarradar. Inst. Of Electrical Engineers, London 2004, ISBN 0-86341-360-9 , bls. 177f ( takmörkuð forskoðun í Google bókaleit)
  3. Martin Fritzsche, beitingu mynstursgreiningaraðferða til að greina jarðsprengjur með jarðstjörnum í „Rannsóknarskýrslum frá Institute for High Frequency Technology and Electronics við háskólann í Karlsruhe“; Karlsruhe, Univ., Diss., 2001 Volume 30, page 8
  4. ^ Knödel, Klaus: Jarðeðlisfræði: með 57 borðum . 2. útgáfa. Springer, Berlín 2005, ISBN 978-3-540-22275-0 .
  5. jarðsambands- rúms ratsjá - að ákvarða stöðugleika stíflugörðum, ( Memento frá 18. nóvember 2015 í Internet Archive ) "planeterde" vefgátt nálgast þann 18. nóvember 2015.
  6. https://crev.info/2018/08/ww2-aircraft-found-300-ft-greenland-ice/ David F. Coppedge: WW2 flugvélar fundust undir 300 fet af Grænlandsís , aðgangur 20. október 2019
  7. tæknilýsing HERA (HElicopter RAdar) frá RST í Sviss.