c1.gif (954 bytes) "ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ"  N 4, 2004

оглавление

дискуссия

c2.gif (954 bytes)

 

МОНОИМПУЛЬСНЫЙ РАДАР ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ ЛЕДНИКОВ С ОПТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СИНХРОНИЗАЦИИ И ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ

В.Ш. Берикашвили1, Е.В. Василенко2, Ю.Я. Мачерет3, В.Г. Соколов2

1 Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики,

2ПО "Академприбор" Национальной академии наук Узбекистана,

3Институт географии Российской академии наук

 

Получено 13 апреля 2004 г.

 

Аннотация

 

Дано описание радиолокатора и методики моноимпульсного радиозондирования холодных, субполярных и теплых ледников толщиной до 300 м. Локация осуществляется видеоимпульсами длительностью 25 нс, с центральной частотой и шириной полосы 20 МГц, мощностью 9,6 кВт и частотой 20 кГц. Для синхронизации передатчика и приемника использованы широкополосные радио- и волоконно-оптический канал связи. Прием ведется широкополосным логарифмическим усилителем с полосой 100 Мгц и динамическим диапазоном 80 дБ. Цифровая обработка реализаций длительностью 20 и 40 мкс идет двумя процессорами и быстродействующим 8-разрядным АЦП с периодом дискретизации 5 нс. Усредненные по 256 реализациям волновые формы записываются на флеш-память, для последующей обработки на ПВЭМ и построения радарограмм. Приведены примеры радарограмм для ледников Антарктиды и Камчатки.

 

 

Содержание

 

1. Радиолокационное зондирование ледников.. 1

2. Структурная схема моноимпульсного радиолокатора.. 6

3. Система цифровой регистрации и индикации.. 7

4. Навигационное оборудование и программное обеспечение. 10

5. Примеры полученных результатов.. 11

 

1. Радиолокационное зондирование ледников

В течение последних 20 лет внимание разработчиков радиолокационных систем (РЛС) сосредоточено на методах обработки отраженных сигналов с применением пространственного анализа [1,2]. Наиболее перспективными методами фильтрации и распознавания в условиях сильных аддитивных и мультипликативных помех признаны пространственно разделенные приемные системы и системы с синтезированной апертурой [2,3]. Приложения методов пространственного анализа  становятся все более многочисленными и сейчас они используются как для обнаружения и идентификации объектов, так и для нужд спутниковой и аэролокации поверхностных и подповерхностных слоев Земли, радиолокации ледников, радиоастрономии и разведки полезных ископаемых. Сходные проблемы возникают в гидролокации, сейсмической разведке, эхографии и волновой томографии. До последнего времени сдерживающим фактором создания пространственно разделенных радиолокационных устройств являлось отсутствие стабильного помехозащищенного канала синхронизации и передачи СВЧ сигналов на большие расстояния. В связи с развитием волоконно-оптических систем и появлением полупроводниковых лазерных передающих модулей с частотой модуляции до 2 ГГц [4], появилась возможность применения оптических каналов связи, удовлетворяющих требованиям современных РЛС. Наиболее эффективной областью их применения являются моноимпульсные широкополосные РЛС с высоким пространственным разрешением.  Примером такой РЛС является радиолокатор для зондирования ледников, представленный в настоящей работе.

Методы подповерхностного радиозондирования широко используют для изучения внутреннего строения и электрофизических параметров ледников, а также определения их толщины, рельефа ложа и других характеристик.  C 1963 г, когда были выполнены первые измерения на холодных ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии с помощью радиоимпульсных локаторов, работающих на частотах 30, 35, 213 и 440 МГц [5], эти методы значительно усовершенствованы [12-17].

В настоящее время при зондировании разных ледников (холодных, субполярных и теплых) применяют два основных типа радиолокаторов: радиоимпульсные с несущей частотой 30—840 МГц и видеоимпульсные с центральной частотой спектра излучаемых сигналов 1—400 МГц [6-9]. Шведские ученые также разработали короткоимпульсный локатор с частотной модуляцией сигналов в диапазоне частот от 1 до 1000 МГц [10], с помощью которого можно исследовать также строение снежно-фирновых толщ в ледниках.

В радиоимпульсных локаторах используются модулированные синусоидальные сигналы длительностью более 7—10 мкс, для излучения и приема которых служат главным образом узкополосные антенны относительно небольших размеров со сравнительно большим коэффициентом усиления (до 90) и узкой (до 5,5°) диаграммой направленности. Такие локаторы обычно имеют общий энергетический потенциал (включая антенны) до 180—220 дБ и позволяют зондировать холодные ледниковые покровы толщиной до 4500 м и более как с наземного, так и воздушного транспорта.

В моноимпульсных (видеоимпульсных) локаторах применяются синусоидальные сигналы длительностью в один-полтора периода средней частоты, которые излучаются и принимаются с помощью широкополосных антенн в виде резистивно-нагруженных диполей [15-17]. По сравнению с рассмотренными выше локаторами они имеют меньший коэффициент усиления (до 0,1) и более широкую диаграмму направленности. Центральная частота таких локаторов определяется длиной антенн. Локаторы с центральными частотами 1—20 МГц более эффективны при исследованиях теплых ледников с температурой льда вблизи точки плавления и содержащих некоторое количество воды, поскольку на более низких частотах существенно уменьшается рассеяние радиоволн на водных включениях, маскирующих отражения от ложа[10]. Антенны таких локаторов имеют длину до нескольких десятков метров, что значительно затрудняет их размещение на воздушных носителях. Из-за применения широкополосных приемников и антенн и высокого уровня помех в длинноволновом диапазоне такие локаторы обычно имеют более низкий энергетический потенциал (обычно порядка 120—160 дБ) по сравнению с радиоимпульсными. Однако при использовании систем цифровой регистрации аппаратное и программное накопление (суммирование) сигналов позволяет повысить его на 25-40 дБ и более. С помощью низкочастотных видеоимпульсных локаторов зондируют главным образом неоднородные по строению субполярные и теплые ледники толщиной до 500-1000 м с наземного транспорта, но их можно эффективно применять и для зондирования холодных ледников значительно большей толщины [15-17].

До середины 1980-х годов преимущественно применялись аналоговые системы дискретной и непрерывной регистрации радарных сигналов с экрана электронно-лучевого осциллографа на фотопленку [5]. При непрерывной регистрации удавалось дополнительно улучшить соотношение сигнал-шум на 6—10 дБ в результате накопления сигналов на движущейся с небольшой скоростью фотопленке. Получаемые при этом амплитудные и/или яркостные (с переменной плотностью) записи обычно цифровали вручную или с помощью оптических устройств, что существенно осложняло количественную обработку результатов зондирования и ограничивало как точность определения дальности и амплитуды отраженных сигналов, так и информативность получаемых данных.

В последние годы развитие электронной техники позволило перейти к цифровой регистрации радарных данных [11-15]. Это привело к существенному повышению точности и информативности радиогляциологических исследований, а также способствовало внедрению цифровых методов автоматизированной обработки георадарной информации [15-17]

При разработке систем цифровой регистрации было использовано два основных подхода. Первый основан на регистрации периодических волновых форм (трасс) с определенным временным интервалом, в котором форма отраженных сигналов существенно не меняется. Эта техника позволяет путем стробирования преобразовывать радиосигналы мегагерцового диапазона в сигналы звукового диапазона и затем проводить их оцифровку с помощью низкочастотных аналого-цифровых преобразователей. Для создания временной базы данных обычно применяли стробоскопические осциллографы или специальные стробоскопические модули. Такой подход преобладал в 1970—80-х годах и был реализован при разработке ряда ледовых радио- и видеоимпульсных локаторов [11].

Второй подход основан на регистрации радиолокационных сигналов в реальном масштабе времени, для чего используют цифровые осциллографы или системы сбора данных с применением специализированных микропроцессоров. Управляют такой системой и ее контролируют с помощью персонального компьютера и/или специально разработанных микропроцессоров. Высокоскоростная запись требует быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и запоминающих устройств. Эта техника стала популярной в 1990-х годах [14-17]. Для увеличения соотношения сигнал-шум в, обеих системах использовано суммирование (накопление) сигналов.

Сопоставление характеристик некоторых зарубежных радио- и видеоимпульсных локаторов с различными системами цифровой регистрации радарной и навигационной информации приведены в [18].

Системы, использующие цифровые системы, имеют ряд ограничений: общее количество отсчетов на одну трассу обычно равно 512-1024, что уменьшает либо разрешение радара по дальности, либо диапазон измеряемой толщины льда; количество суммируемых волновых форм обычно не превышает 256, т.е. соотношение сигнал-шум можно улучшить не более чем на 25 дБ; время перезаписи одной волновой формы с системы предварительной цифровой обработки на компьютер обычно составляет около 3 с, и это ограничивает период регистрации волновых форм; такая конфигурация затрудняет одновременную регистрацию радиолокационной и навигационной информации (с других внешних устройств), если не пользоваться дополнительным микропроцессором или контроллером. При исследованиях полярных районов, где необходимо регистрировать и сохранять большой объем навигационной информации, эта проблема становится критической; потребляемая мощность коммерческих цифровых систем довольно велика, что требует отдельных источников питания.

Другая важная проблема — точная синхронизация запуска передающего и приемного устройств. Существуют три способа ее решения: либо приемник запускается прямой воздушной волной от передающего устройства, либо по радиоканалу или по оптоволоконному кабелю. Синхронизация между передающим и приемным устройствами по радиоканалу возможна  на расстоянии до 2 км и более. Это позволяет измерять скорость распространения радиоволн методом наклонного радиозондирования (аналог ОГТ в сейсморазведке) в ледниках толщиной до нескольких тысяч метров. Однако мощность прямой волны сильно убывает с расстоянием, что ведет к уменьшению точности регистрации времени начала синхроимпульса и запаздывания отраженных сигналов. Во втором и третьем случаях расстояние между передающим и приемным устройствами зависит от длины оптоволоконного кабеля или дальности действия радиоканала. Такой подход позволяет использовать режим ожидания работы передающего и приемного устройств и, следовательно, уменьшить потребляемую ими мощность. Оптоволоконные кабели имеют достаточную прочность, и поэтому их применение при профильных съемках с помощью наземных транспортных средств представляется наиболее перспективным. Наиболее ценными качествами волоконно-оптического канала синхронизации являются: широкополосность, помехоустойчивость, электромагнитная совместимость, малая энергоемкость, надежность и стабильность задержки сигнала. 

 В 2000-2003 гг. в НПО "Академприбор" Национальной академии наук Узбекистана при участии Мадридского политехнического университета (Испания), Института низких температур Университета Хоккайдо (Япония) и Института географии РАН был разработан и изготовлен низкочастотный видеоимпульсный радиолокатор (ВИРЛ) с цифровой регистрацией радиолокационных и навигационных данных для зондирования субполярных, теплых и холодных ледников толщиной до 300 м и более с наземного транспорта. При его разработке были учтены недостатки цифровых систем регистрации, использующих коммерческие цифровые осциллографы в сочетании с микропроцессорами и компьютером.

Новая аппаратура должна была обеспечить следующие возможности: по выбору оператора изменять период регистрации трасс; записывать в едином потоке данных как радиолокационную, так и навигационную информацию, получаемую от разных датчиков (GPS-приемника, одометра, датчика барометрической высоты и др.); иметь довольно малый период дискретизации волновых форм в достаточно широком диапазоне дальностей; накапливать большой объем данных; иметь высокое соотношение сигнал-шум за счет аппаратного и программного суммирования; иметь стабильную синхронизацию между передающим и приемным устройствами; контроль получаемых записей и управление приемным и передающим устройствами должно быть простым; устройства должны быть портативными и работать при малом потреблении энергии в условиях низких температур и высокой влажности.

Было изготовлено три комплекта аппаратуры (ВИРЛ-1, ВИРЛ-2 и ВИРЛ-2а), которые отличались конструкцией и некоторыми параметрами основных блоков. Полевые испытания локатора ВИРЛ-1 были проведены в 2000 г. на Шпицбергене, на леднике Альдегонда. Локаторы ВИРЛ-2 и ВИРЛ-2а с улучшенными параметрами применялись в 2001—2003 гг. для определения толщины и изучения внутреннего строения теплых и холодных ледников на о. Ливингстон в Антарктиде и на Камчатке [18]. Ниже дано краткое описание этих локаторов и приведены примеры полученных с их помощью результатов.

2. Структурная схема моноимпульсного радиолокатора

Радиолокаторы ВИРЛ состоят из передатчика, приемника, приемной и передающей антенн, систем синхронизации, цифровой регистрации и индикации (СЦРИ), а также внешних устройств — GPS-приемника, одометра (измерителя пути по трассе) и источников питания. В качестве системы синхронизации использован радиоканал и волоконно-оптический канал. В локаторах ВИРЛ-2 и ВИРЛ-2а антенны размещаются в гибком полиэтиленовом шланге, что позволяет проводить измерения в движении. Локатор ВИРЛ-1, смонтирован на двух санях Нансена, а локаторы ВИРЛ-2 и ВИРЛ-2а (далее ВИЛР) имеют малый вес и могут быть переносными. Обобщенная структурная схема локаторов ВИРЛ представлена на рис. 1.

Локаторы ВИРЛ работают следующим образом. Специальный генератор в СЦРИ формирует короткий управляющий синхроимпульс и запускает передатчик синхроимпульсов, который излучает электромагнитный сигнал, поступающий в приемник блока передатчика и далее в усилитель синхроимпульсов. Последний возбуждает ключевой транзисторный генератор, формирующий импульсы длительностью около 25 нс, прикладываемые к передающей антенне. Передающая антенна излучает электромагнитный сигнал, который проникает в толщу ледника, отражается от внутриледниковых неоднородностей и подстилающих пород ложа. Отраженные сигналы индуцируют электромагнитное поле в приемной антенне. Фактическая длительность излучаемых импульсов передатчика зависит от длины антенны и диэлектрических свойств зондируемой среды, а их форма может иметь апериодический характер с резко уменьшенной амплитудой второй полуволны.

Сигнал с приемной антенны поступает на вход согласующего и симметрирующего устройства, затем на вход логарифмического приемника и аналого-цифрового преобразователя в СЦРИ, где сигнал из аналоговой формы преобразуется в цифровую и выполняется его аппаратное и программное суммирование. После этого оцифрованные и усредненные реализации принятых волновых форм в каждой точке измерения (радиотрассы) кодируются и запоминаются на твердом носителе (флеш-карта, RAM) с объемом памяти 32 Мб. Усредненные реализации можно наблюдать на экране жидкокристаллического дисплея радиолокатора в заданном временном окне, как в реальном режиме времени, так и в заданной последовательности во время или после окончания измерений на леднике.

Технические характеристики приемо-передающего и синхронизирующих устройств радиолокатора приведены в таблице 1.

В радиолокаторе ВИЛР-2 применялся радиоканал синхронизации, а в ВИЛР-2а оптический канал синхронизации. В антенне передатчика радиоканала формировался запускающий моноимпульс с характеристиками, приведенными в табл.1. В связи с тем, что этот канал подвержен помехам и сильно искажал форму сигнала и его задержку был разработан альтернативный волоконно-оптический канал синхронизации. Передатчик оптического канала изготовлен на основе передающего оптического модуля ПОМ-12 и оптического кабеля на основе одномодового оптического волокна длиной 500 м с характеристиками приведенными в табл. 1. Для обеспечения работы передающего оптического модуля разработана схема стабилизации температуры с использованием холодильника Пельтье, а также решены конструктивные проблемы подключения оптического кабеля. Приемник оптического канала создан на базе серийного высокочастотного приемного оптического модуля ПРОМ-3, включающего германиевый пин-фотодиод и первый каскад усиления. Разработанные последующие каскады приемного устройства обеспечивали коэффициент усиления сигнала до 40 дБ с требуемой широкополосностью.

3. Система цифровой регистрации и индикации

Система цифровой регистрации и индикации состоит из следующих основных блоков: аналого-цифрового преобразователя, специализированного процессора, модуля памяти, двух микропроцессоров-контроллеров, жидкокристаллического дисплея и клавиатуры (см. рис. 1). Она также снабжена внутренним источником питания, который автоматически подзаряжается в процессе полевых измерений от основного (внешнего) источника питания — 12-вольтового аккумулятора — и обеспечивает сохранение записанной информации в течение 1—1,5 часов после отключения системы от основного источника питания или его разрядки.

Специализированный процессор и АЦП преобразуют каждую принятую аналоговую волновую форму (трассу) в цифровой код, состоящий из 4080  8-битовых записей (трасс), с интервалом дискретизации 5 нс. Общее время записи составляет при этом 20,4 мкс, что позволяет измерять ледники толщиной до 1720 м.  Кроме того, специализированный процессор обеспечивает аппаратное суммирование и осреднение по 256 волновым формам, принятым за один цикл измерений. Полученная таким образом запись волновой формы имеет также заголовок из восьми слов: номеров записи и волновой формы, значения напряжения внешнего источника питания, числа оборотов одометра и показаний GPS-приемника — широты, долготы и высоты. Предусмотрена также возможность записывать показания барометрического датчика давления для последующего определения высоты точек измерений.

Один из микропроцессоров проводит прием и дальнейшую обработку информации от специализированного процессора, включая программное суммирование с осреднением от 1 до 32 волновых форм, запись всей информации в блок памяти и последующее ее преобразование в текстовой формат. Аппаратное и программное суммирование позволяют в целом повысить соотношение сигнал/шум на 24—39 дБ и соответственно глубину зондирования ледников примерно на 200—300 м.

Второй микропроцессор позволяет поддерживать выбранный с помощью клавиатуры режим записи радиолокационную данных, а также изображать показания GPS-приемника, одометра и датчика давления и текущую сервисную информацию на дисплее. Дисплей в свою очередь позволяет контролировать результаты измерений в выбранном временном окне, а клавиатура дает возможность оператору выбрать оптимальный режим работы локатора. Основные параметры системы цифровой регистрации и индикации приведены в таблице 2.

Клавиатура и жидкокристаллический дисплей, обеспечивающие управления локатором и контроль его работы, размещены на передней панели СЦРИ (рис. 2).

 

Таблица 1.  Технические характеристики основных блоков радиолокатора

         Наименование характеристики, параметра

   Значение

Передатчик

длительность импульса по половинному уровню мощности

центральная частота

временная задержка зондирующего импульса

амплитуда импульса на выходе генератора

(на симметричной нагрузке 600 ом)

выходная мощность

частота повторения импульсов

потребляемая мощность от сети 12 В постоянного тока

масса

 

25нс

 20 МГц 0,245 мкс

 

 2400 В

 9,6 кВт

 20 кГц

 20 Вт

  1 кг

Приемник

усилитель логарифмический

полоса пропускания

динамический диапазон по входу

динамический диапазон по выходу

напряжение ограничения по выходу

потребляемая мощность от сети 12 В постоянного тока

масса

 

 

100 МГц

80 дБ

30 дБ

±0,6 В

5 Вт

1кг

Передающая и приемная антенны

резистивно-нагруженный диполь с входным сопротивлением

коэффициент усиления, примерно

длина 5,6м;  масса  4кг

 

600 ом 10 дБ

 

Передатчик радиоканала синхронизации

длительность импульса на 100-омной несимметричной нагрузке

амплитуда импульса

частота повторения импульсов

потребляемая мощность

тип антенны - симметричный широкополосный вибратор

 

 

0,5 нс

300 В

20 кГц

0,25 Вт

 

Приемник радиоканала синхронизации

время нарастания сигнала на выходе коэффициент усиления усилителя потребляемая мощность

 тип антенны - симметричный широкополосный вибратор

 

0,2нс

40 дБ

0,5 Вт

 

Передатчик оптического канала синхронизации

рабочая длина волны

предельная частота модуляции и полоса пропускания

длительность оптического импульса

мощность излучения в импульсе

динамический диапазон

потребляемая мощность

тип передающего оптического модуля

длина оптического кабеля

масса модуля и кабеля

 

1,55 мкм

2 ГГц

0,2 нс

2 мВт

40 дБ

0,10 Вт

ПОМ-14

500 м

0,1 и  1,5 кг

Приемник оптического канала синхронизации

время нарастания сигнала на выходе коэффициент усиления усилителя потребляемая мощность

 

0,2 нс

40 дБ

0,5 Вт

 

Таблица 2. Основные параметры системы цифровой регистрации и индикации

Параметры

Значения

разрядность аналого-цифрового преобразователя AD9054

длительность интервала регистрации сигналов с выхода логарифмического приемника               

период дискретизации сигналов               

количество точек дискретизации

на одну волновую форму (трассу) 

частота повторения реализаций   

число аппаратно суммируемых трасс     

число программно суммируемых трасс

(выбирается оператором)              

диапазон напряжений входных сигналов          

период регистрации одной волновой формы

(по выбору оператора)                   

или в режиме дискретных измерений     с дискретом

максимальное число импульсов одометра         

максимальное число

регистрируемых волновых форм  

напряжение питания по постоянному току        
средняя потребляемая мощность  

масса                                                

 

 (8 бит)

 

20,40 мкс

5 нс

 

4080

20 кгц

256

 

1,2,4,8,16,321

± 0,512 В

 

от 1 до 99 с

 

1 с

99999

 

2048-8192

12 ± 2 В

20 Вт

3 кг

 

Панель блока контроля и управления системы цифровой регистрации локатора (рис. 2) имеет следующие мнемонические обозначения  в меню индикатора, появляющиеся перед началом работы:  I - режим работы (WRITE, READ, SAVE), 2 - период регистрации (от 1 до 99 или дискретный), 3 - номер записываемой реализации (трассы) (от 0000 до 2047 или 8191), 4 - режим (состояние) контроллеров (WORK-STOP), 5 - число программных суммирований трасс (1, 2, 4, 8, 16, 32 ), 6 - ширина временного окна записи (1,2; 2,4; 4,8; 9,6; 19,2 мкс), 7 - смещение начала временного окна записи относительно начала реализации (1, 2; 2, 4; 4,8; 9, 6; 19,2 мкс), 8 - напряжение внутренней батареи, 9 - напряжение основной батареи, 10 - поле графической индикации аналоговой информации,  II - поле индикации информации с GPS-приемника, одометра и датчика давления. На панели также обозначены клавиши управления: 12 – клавиша выбора (перемещения) функций и параметров, 13 — клавиша увеличения параметров, 14 — клавиша уменьшения (увеличения) параметров, 15 — клавиша для включения и выключения функций.

Существуют три режима работы СЦРИ: WRITE — основной режим считывания, предварительной обработки и хранения цифровой информации в виде отдельных волновых форм, READ — режим просмотра на дисплее записанной информации, SAVE — режим выдачи информации по СОМ- порту на компьютер.

В режиме WRITE можно изменять следующие параметры: период регистрации сигналов, число программных суммирований, ширину временного окна  и смещение начала временного окна поля индикации на дисплее.

 В режиме READ — это номер реализации, ширина окна и его смещение по дистанции; в
режиме SAVE — ширина окна и его смещение по дистанции, при этом возможен просмотр на экране дисплея изображений зарегистрированных волновых форм,  выводимых в компьютер.

4. Навигационное оборудование и программное обеспечение

 Для навигационной привязки точек измерений был использован GPS-приемник Garmin GPS II Plus и одометр, с длиной окружности колеса 1,55 м.   GPS-приемник позволял определять опорные координаты (широту, долготу и высоту) с погрешностью в несколько метров, а одометр служил для  измерения небольших расстояний  между точками наблюдения вдоль профиля зондирования.

Сохраненная в блоке памяти радарная и навигационная информация выдается на СОМ-порт, который соединяется с СОМ- портом компьютера. Скорость выдачи информации на компьютер 38,4 кбод, время выдачи одной реализации около 2,5 с, время сброса всех 8192 реализаций примерно 5 ч.

Компьютер принимает информацию с помощью специально разработанной программы "radar_in.com", которая записывает поток данных из СЦРИ в НЕХ- формате в виде отдельных файлов. Каждый файл состоит из 100 последовательно записанных волновых форм, т.е. максимально возможное количество волновых форм (8192) занимает 82 файла общим объемом около 67 Мб.

Для дальнейшей визуализации данных непосредственно в поле мы использовали два подхода. Первый состоит в том, что каждый файл с помощью специальной программы "datconvn.exe" преобразуется в текстовый формат ("txt''-формат); при этом максимальный объем всех файлов возрастает до 100 Мб. Затем с помощью стандартной программы Excel и специальной подпрограммы текстовые файлы преобразуются в табличную форму в xls-формате. Это позволяет визуализировать записанные волновые формы в виде временных или глубинных разрезов вдоль профилей радиозондирования и вводить в случае необходимости статические поправки во время запаздывания излученных и отраженных сигналов, а также контролировать в конце каждого рабочего дня результаты зондирования и оптимизировать процесс полевых измерений. Второй подход заключается в том, что исходные файлы в dat-фомате с помощью простого конвертора преобразуются в формат bmp, в результате чего появляется возможность визуализировать необходимые файлы и выполнить их предварительную сшивку и анализ.

Для глубокой обработки, анализа и интерпретации данных в полевых и камеральных условиях мы использовали программное обеспечение RadExPro, а для перевода исходной информации в подходящий формат — специальные конверторы ("cony.exe" и "hdr.exe").

5. Примеры полученных результатов

С помощью описанных выше локаторов ВИРЛ-2 и ВИРЛ-2а в 2000—2003 гг. были исследованы ледники на Камчатке и на о. Ливингстон (Южные Шетландские о-ва, Антарктика).

Примеры полученных радарограмм после их амплитудной коррекции и частотной фильтрации с применением программы RadExPro приведены на рис. 3. На них четко выделяются отражения от ложа, которые используются далее для построения разрезов и карт толщины льда. Кроме того, регистрируются внутренние отражения (рис. 3а), в том числе от погребенных прослоек пепла в виде системы квазипараллельных слоев (рис. 3б). Такого рода внутренние отражения содержат важную информацию о физических параметрах ледников, их динамике и климатических условиях существования. В частности, гиперболические отражения служат для оценки скорости распространения радиоволн в ледниках и содержания воды в теплом льду, а отражения от внутренних слоев -  для определения изохронных горизонтов и линий тока, а также для реконструкции длиннопериодной составляющей скорости аккумуляции твердых осадков на ледниках, если удается привязать реперные слои к датированным извержениям вулканов.

 

Рис. 1. Обобщенная структурная схема локаторов ВИРЛ.

 

 

Рис. 2. Панель блока контроля и управления системы цифровой регистрации и индикации локатора ВИРЛ

 

 

 

Рис. 3. Примеры радарограмм, полученных с использованием локаторов ВИРЛ на теплом и холодном ледниковом куполе о. Ливингстон в Антарктиде, 2001 г. (а) и холодном ледниковом куполе Горшкова на вулкане Ушковский, Камчатка, 2001 г (б)

 

ЛИТЕРАТУРА

1.      Мюнье Ж., Делиль Ж.Ю. Пространственный анализ в пассивных локационных системах с помощью адаптивных методов. ТИЭР, т.75, №11, с. 21-37, 19876.  

2.      Кульницкий Л.М., Гофман П.А., Токарев М.Ю. Математическая обработка данных георадаров и система RADEXPRO. — Разведка и охрана недр, 2001, № 3, с. 6-11

3.      Joyee L., Root W.L.  Precision bounds in superresolution processing. J.Opt.Soc.Amer. v.11, p.119-125,1998

4.      Дмитриев С.А., Слепов Н.Н. Волоконно-оптическая техника. –М.: Изд. “Connect”, 2000.-376 с.

5.      Бентли Ч.Р., Мачерет Ю.А., Новик А. и др. Радиофизические исследования на ледяном потоке В, Западная Антарктида, 1991/92 г. — МГИ, вып. 76, 1993, с. 191-198.

6.      Богородский В., Бентли Ч., Гудмандсен П. Радиогляциология. Л., ГИМИЗ, 1983, 312 с.

7.      Василенко Е.В., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. и др. Радиофизические исследования ледника Альдегонда на Шпицбергене в 1999 г. — МГИ, вып..90, 2001, с. 86-99

8.      Arcone S.A., Delaney A.J. Airborne river-ice thickness profiling with helicopter borne UHF short-pulse radar. — Journ. of Glaciology, v. 33, № 15, 1987, p. 330-340.

9.      Dowdeswell J.A., Gorman M.R., Glazovsky A.F., Macheret J.J. Airborne radio-echo sounding of the ice caps on Franz Josef Land in 1994. — МГИ, вып. 80, 1996, с. 248-255.

10.  Fountain A.G., Jacobel R.W. Advances in ice radar studies of a temperate alpine glacier, South Cascade Glacier, Washington, U.S.A. — Annals of Glaciology, v. 24, 1997, p. 303-308.

11.  Gorman M.R., Cooper A.P.R. A digital radio-echo sounding and navigation recording system. — Annals of Glaciology, v. 9, 1987, p. 81-84.

12.  Hammond W.R., Sprenke K.F. A PC-based portable ice-radar receiver. - Journ. of Glaciology, v. 36, № 123, 1990, p. 255-257.

13.  Jacobel R.W., Anderson S.K., Riox D.F. A portable digital data-acquisition system for surface-based ice-radar studies. — Journ. of Glaciology, v. 34, № 118, 1988, p. 349-354

14.  Moore J. C., Palli A., Ludwig F. et al. High resolution hydrothermal structure of Hansbreen, Spitsbergen mapped by ground penetrating radar. - Journ. of Glaciology, v. 30, № 151, 1999, p. 524-532.

15.  Jones F.H.M., Narod B.B., Clarke G.K.C. Design and operation of a portable, digital impulse radar. Journ. of Glaciology, v. 35, № 119, 1989, p. 143-148

16.  Macheret Y., Vasilenko E., Glazovsky A. et al. Radio-echo sounding of Koryto Glacier (Kamchatka), 2000. — Proc. of the Intern. Symposium on Atmosphere-Ocean-Cryosphere Interaction in the sea of Okhotsk and surrounding environment. Institute of Low Temperature Sciences, Hokkaido University, Sapporo, Japan, 2002, p. 160-161.

17.  Vasilenko E.V., Sokolov V.G., Macheret Yu.Ya. et al. A digital recording system for  radioglaciology studies. — Bui. of Royal Society of New Zealand, v. 35, 2002, p. 611-618.

18.  Василенко Е.В., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. и др. Материалы  гляциологических исследований. Вып. 94. стр. 225-234. ИГ РАН, 2003.

 

оглавление

дискуссия