ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №7
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.7

УДК: 621.396.96

ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ГЕОРАДИОЛОКАТОР НА БПЛА
ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

А.И. Баскаков¹, А.А. Комаров¹, М.С. Михайлов¹, Н.Д. Лучковский¹, Б. Одсурэн²

¹Национальный исследовательский университет «МЭИ»

111250, Россия, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

²Институт физики и технологий Монгольской Академии Наук

13330, Монголия, г. Улан-Батор, проспект Мира, 54б

Статья поступила в редакцию 5 мая 2023 г.

Аннотация. В данной работе рассматривается реализация двухпозиционного георадара, расположенного на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и предназначенного для оперативного поиска подземных вод в засушливых и пустынных районах Монголии, что является чрезвычайно актуальной задачей. С помощью синтезирования апертуры антенны георадара на БПЛА достигается существенное увеличение информативности по сравнению с существующими георадарами, поскольку появляется возможность получить панорамное радиолокационное изображение подповерхностных слоев зондируемой среды с требуемой разрешающей способностью при достаточно широкой полосе обзора. С другой стороны, необходимая оперативность (требуемая, например, при мониторинге обширных пустынных районов) может быть достигнута лишь при достаточно широкой зоне обзора, создаваемой на базе двухпозиционного принципа зондирования, где излучающий и принимаемый сигналы формируются и обрабатываются на разно- или равновысотных БПЛА, летящих с одинаковой скоростью и разнесенных ортогонально к направлению их движения, что дает возможность использовать квазизеркальное переотражение. При этом полоса обзора будет заметно больше, чем в случае надирного зондирования. В сжатом виде статья рассматривает следующие вопросы: модель подповерхностного водоносного пласта, геометрия двухпозиционного георадара в квазизеркальном режиме зондирования, вплоть до особенностей синтезирования апертуры (доплеровского сужения диаграммы направленности) приемной антенны, разрешающая способность, сравнение требуемого потенциала двухпозиционного георадара для надежного обнаружения водоносного подповерхностного горизонта по сравнению с однопозиционным георадаром.

Ключевые слова: двухпозиционный георадар, поиск подземных вод, синтез апертуры антенны, РСА, квазизеркальное рассеяние, подповерхностный водоносный горизонт, подповерхностный мониторинг при широкой зоне обзора.

Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Министерством культуры, образования, науки и спорта Монголии в рамках научного проекта № 19-57-44001.

Автор для переписки: Комаров Алексей Александрович, KomarovALA@mpei.ru

Литература

1. Потемкин Е.О., Кучерявенков И.А., Матюгов С.С., Павельев А.Г. Бистатическая радиолокация Земли с помощью спутников. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т.9. №4. С.37-46.

2. Масюк В.М., Калинкевич А.А., Короткий О.А. О возможности бистатической радиолокации земной поверхности. Вопросы радиоэлектроники. 2017. №6. С.6-10.

3. Юшкова О.В., Яковлев О.И. Анализ возможностей определения характеристик грунта Луны методом бистатической радиолокации. Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №1. С.26-34. https://doi.org/10.7868/S0033849417010156

4. Неронский Л.Б. Перспективы развития методов и систем радиолокационного наблюдения космического базирования. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2011. №11. С.5.

5. Калинкевич А.А., Кутуза Б.Г., Плющев В.А., Дручинин С.В. Возможности использования многочастотной РСА для послойного зондирования подстилающей поверхности. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2001. №11. С.31-39.

6. Суханов Д.Я., Якубов В.П. Метод наклонной фокусировки в подповерхностной радиолокации. Журнал технической физики. 2006. Т.76. №7. С.64-68.

7. Leuschen C., Goodman N., Allen C., Plumb R. An interferometric technique for synthetic aperture ground-penetrating radar. 1996 International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Lincoln. NE. USA. 1996. V.4. P.2033-2035. https://doi.org/10.1109/IGARSS.1996.516879

8. Elsherbini A., Sarabandi K. Image Distortion Effects in SAR Subsurface Imaging and a New Iterative Approach for Refocusing and Coregistration. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2014. V.52. №5. P.2994-3004. https://doi.org/10.1109/TGRS.2013.2268388

9. Yamauchi Y., Kidera S. Inverse Scattering Enhanced Synthetic Aperture Imaging for Multi-layered Ground Media. 2022 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP). Sydney. Australia. 2022. P.225-226. https://doi.org/10.1109/ISAP53582.2022.9998787

10. García-Fernández M., Álvarez-Narciandi G., López Y.Á., Andrés F.L.-H. SAFEDRONE project: development of a UAV-based high-resolution GPR system for IED detection. 16th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). Madrid. Spain. 2022. P.1-5. https://doi.org/10.23919/EuCAP53622.2022.9768934

11. Маринов Н.А., Попов В.Н. Гидрогеология Монгольской народной республики. Москва, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы. 1963. 431 с.

12. Панкова Е.И., Конюшкова М.В. Климат и засоленность почв пустынь Центральной Азии. Почвоведение. 2013. Т.46. №7. С.721-727. https://doi.org/10.7868/S0032180X13070071

13. Баскаков А.И., Одсурэн Б., Комаров А.А., Тувдендоорж Г. Энергетические характеристики георадара на беспилотном носителе для поиска водоносного слоя в засушливых районах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.7.10

14. Всеволжский В.А. Основы гидрогеологии. Москва, Издательство МГУ. 2007. 448 с.

15. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. Москва, Радио и связь. 1982. 232 с.

16. Финкельштейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Москва, Недра. 1986. 128 с.

17. Baskakov A.I., Komarov A.A. Estimation of the Resolution of a Multi-Position Radar for the Control of Small-Sized Space Debris Objects That Are Not Resolved by Angular Coordinates. Progress in Electromagnetics Research Symposium: PIERS-Toyama 2018 – Proceedings. Toyama. Japan. 2018. P.476-481. https://doi.org/10.23919/PIERS.2018.8598081

18. Daniels D.J. Ground Penetrating Radar. The Institution of Engineering and Technology. 2004. 752 p.

19. Финкельштейн М.И., Карпухин В.И., Кутев В.А., Метелкин В.Н. Подповерхностная радиолокация. Москва, Радио и связь. 1994. 216 с.

20. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Москва, Радио и связь. 1983. 536 с.

21. Ipanov R.N., Baskakov A.I., Olyunin N., Ka M.H. Radar Signals with ZACZ Based on Pairs of D-Code Sequences and Their Compression Algorithm. IEEE Signal Processing Letters. 2018. V.25. №.10. P.1560-1564. https://doi.org/10.1109/LSP.2018.2867734

Для цитирования:

Баскаков А.И., Комаров А.А., Михайлов М.С., Лучковский Н.Д., Одсурэн Б. Двухпозиционный георадиолокатор на БПЛА для оперативного мониторинга подповерхностных водных ресурсов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.7