Наряду с автоматизированным анализом поля обратного рассеяния BSEF и созданием на основе этого анализа разрезов атрибутов исследуемой среды и отражённого от неё волнового поля, в ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ реализован полный набор методов обработки данных, который должен присутствовать в каждом программном обеспечении для обработки георадиолокационной информации. Это различные виды преобразования сигналов, управление геометрией и визуализацией георадарного профиля, работа с вручную созданными пользователем границами слоёв, объединение двумерных данных в трёхмерную сборку и многое другое. Иными словами, программный комплекс имеет всё то, с чем привык работать специалист по георадиолокации.

Функционал программного комплекса ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ подробно описан в руководстве пользователя, которое можно скачать с помощью этой кнопки:

Наряду с широко используемыми методами обработки данных георадиолокации, для ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ специально разработаны алгоритмы и методы, позволяющие эффективно повысить разрешение сигналов георадиолокационного профиля и подавить сложные помехи. 

Повышение разрешения георадарных данных 

Специально разработанный для ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ метод B-Detector (Boundaries Detector) предназначен для подавления помех и повышения вертикального разрешения сигналов георадиолокационного профиля, что облегчает прослеживание близлежащих, в вертикальном направлении, отражений от границ слоёв. С помощью B-Detector пользователь увеличивает частоту и ширину спектра сигналов на уже записанных георадарных данных, тем самым уменьшая длительность этих сигналов и увеличивая степень детализации георадиолокационного профиля. В результате обработки методом B-Detector георадиолокационный профиль, полученный с помощью низкочастотной антенны, выглядит так, как будто бы частота антенны георадара для записи этого профиля была настроена на частоту, в несколько раз превышающую реальную частоту антенны. Вертикальное разрешение сигналов такого георадиолокационного профиля также в разы выше. При необходимости, методом B-Detector можно понижать центральную частоту сигналов георадиолокационного профиля.

Далее, в качестве примера обработки данных с помощью метода B-Detector, рассмотрен георадиолокационный профиль, записанный в ходе обследования дорожного покрытия георадаром 1200 МГц - см. рисунок ниже слева.  Начиная с отметки 4 м по профилю асфальтобетонное покрытие автомобильной дороги состоит из двух слоёв. По априорной информации, верхний слой асфальтобетона имеет среднюю толщину 0.04 м, нижняя граница второго слоя асфальтобетона залегает в диапазоне глубин от 0.12 до 0.15 м от поверхности дорожного покрытия. Ниже располагается слой щебёночного основания, толщина которого, в среднем, составляет 0.15 м. Не все отражения от границ этих слоёв заметны на необработанном георадиолокационном профиле. Например, сложно обнаружить отражение от границы контакта слоёв асфальтобетона на глубине 0.04 м. Из этого можно сделать вывод, что антенна 1200 МГц не обеспечивает достаточного разрешения сигналов на радарограмме для детального изучения строения этой дорожной конструкции.

В такой ситуации, казалось бы, логично использовать более высокочастотную антенну, которая излучает радиоимпульсы меньшей длительности, что улучшило бы разрешение сигналов. Но с увеличением частоты возрастает затухание радиоимпульса, а значит выбор более высокочастотной антенны приведёт к снижению глубинности георадарного исследования. По этой причине, на аппаратном уровне, невозможно достичь улучшения разрешения отражённых сигналов без уменьшения глубинности георадарного исследования. На программном уровне частично решить эту проблему можно с помощью метода B-Detector. 

На рисунке выше справа показан результат обработки рассматриваемого георадиолокационного профиля методом B-Detector. В результате применения этого метода разрешение сигналов георадиолокационного профиля заметно повысилось. Отражения от границ конструктивных слоёв дорожной конструкции стали компактными, не перекрывают друг друга, и хорошо прослеживаются. Исчезли фазовые искажения, вызванные взаимовлиянием отражений от близлежащих границ. Выровненные фазы отражений делают георадиолокационный профиль хорошо адаптированным к процессу автоматизированной пикировке границ, которая реализована в программном комплексе ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ. Наличие опции автоматизированной пикировки границ в программном обеспечении для георадиолокации важно для обработки больших объёмов данных, например, полученных в ходе автодорожных или железнодорожных георадарных исследований.

Далее, в качестве ещё одного примера, представлен результат георадиолокационного профилирования автомобильной дороги георадаром 400 МГц. На рисунке ниже, вверху показана необработанная полевая запись, внизу представлен результат её обработки методом B-Detector.  

В результате применения метода B-Detector, на обработанном профиле уверенно прослеживается нижняя граница дорожного покрытия, глубина залегания которой колеблется около отметки 0.2 м. Эту границу сложно полностью обнаружить на исходных данных. На рисунке ниже слева показан амплитудно-частотный спектр сигналов исходного георадиолокационного профиля, справа – спектр сигналов после применения метода B-Detector: 

После применения метода B-Detector центральная частота сигналов георадиолокационного профиля увеличилась примерно в 3.5 раза – с 264 МГц до 911.4 МГц. Ширина спектра сигналов увеличилась в 3.7 раза – с 74.7 МГц до 277 МГц. Увеличение ширины спектра сигнала свидетельствует об уменьшении его длительности, что приводит к улучшению вертикального разрешения сигналов на георадиолокационном профиле. Таким образом, в результате применения метода B-Detector, георадиолокационный профиль выглядит так, как если бы он был записан не георадаром 400 МГц, а гипотетическим более высокочастотным георадаром с центральной частотой 400*3.5=1400 МГц, который обеспечивает не характерную для высокочастотного георадара глубину проникновения зондирующего импульса. Такую глубину, как у георадара с центральной частотой 400 МГц. 

Часто, в дорожном исследовании требуется получить два георадиолокационных профиля по одному и тому же месту. Один профиль записывается с помощью высокочастотной антенны, обеспечивающей проникновение зондирующего импульса на глубину около 1 метра. Эта запись используется для изучения слоёв дорожного покрытия. Второй профиль записывается с помощью более низкочастотной антенны, обеспечивающей глубину исследования 3 - 8 метров. Такая антенна подходит для исследования грунта земляного полотна. 

Если эксплуатируется одноканальный георадар, в котором не предусмотрена одновременная работа двух антенн, настроенных на различные частоты, то для записи двух георадиолокационных профилей по одному и тому же месту, необходимо два раза проходить георадаром один и то же профиль с разными антеннами. 

В подобном случае, с помощью метода B-Detector можно достичь компромисса между затраченным временем на запись и обработку данных и качеством результата исследования. Использование одной среднечастотной антенны, например, антенны 400 МГц - как в рассматриваемом примере, сократит объём полевых и камеральных работ вдвое. Принимая во внимание значительный километраж георадарного профилирования при дорожных работах, это ощутимая экономия.   

Ещё один аргумент в пользу применения метода B-Detector. Небольшая проектно-изыскательская организация может не обладать полным комплектом георадаров, антенны которых перекрывают весь диапазон рабочих частот георадиолокации для решения широкого спектра задач. Приобретение большого количества геофизического оборудования требует значительных финансовых затрат, а это чувствительно для небольшой организации. Применение метода B-Detector позволит сэкономить на высокочастотных антеннах, позволяя какое-то время иметь в наличии одну среднечастотную и одну низкочастотную антенну, например, 500 и 100 МГц. 

Наряду с методом B-Detector, повышение вертикального разрешения георадиолокационного профиля в программном комплексе ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ можно производить с помощью вейвлет-декомпозиции. Это преобразование напоминает оконное преобразование Фурье, только в преобразовании Фурье сигнал раскладывается на составляющие в виде синусов и косинусов, а при вейвлет-декомпозиции разложение производится с помощью специальных функций - вейвлетов, график которых по форме напоминает зондирующий импульс георадара. После вейвлет-декомпозиции, сигнал восстанавливается по высокочастотным уровням разложения. Центральная частота восстановленного сигнала и ширина его спектра больше, чем у исходного сигнала, а значит восстановленный сигнал короче, чем исходный. 

Ниже показано сравнение результатов применения методов B-Detector (верхнее изображение) и вейвлет-декомпозиции сигналов. 

Каждый из представленных методов повышения разрешения георадиолокационных данных имеет свои достоинства. Пользователь, в зависимости от особенностей волновой картины георадарного профиля и задачи исследования, может выбирать, какой из этих методов использовать в каждом конкретном случае.

Наряду с пространственным фильтром, в программно комплексе ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ реализовано удаление помех с помощью разложения сигналов георадиолокационного профиля на компоненты. Если матрицу сигналов георадиолокационного профиля разложить на компоненты, а потом восстановить, предварительно отбросив те уровни разложения, которые содержат информацию о помехе, то на восстановленном георадиолокационном профиле помеха будет отсутствовать.  Каждый уровень разложения содержит свои характерные особенности сигналов. Младшие уровни содержат пространственно протяжённые горизонтально ориентированные сигналы георадарного профиля. Чем выше уровень разложения, тем компактнее становятся компоненты разаложения. 

На рисунке далее слева представлен пример георадиолокационного профиля, который содержит два типа волн. Это протяжённые субгоризонтальные оси синфазности сигналов и хорошо просматривающиеся дифрагированные отражения в форме гипербол. В центре показан результат восстановления этого профиля по младшим уровням разложения. Заметно, на профиле исчезли характерные отражения в виде гипербол. Справа представлен результат восстановления по старшим уровням разложения. В этом случае отброшена информация о субгоризонтальных осях синфазности, а дифрагированные отражения не затронуты.

Программный комплекс ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ насчитывает более двух десятков опций, предназначенных для обработки сигналов георадарного профиля. С помощью этих опций решается практически весь спектр задач, которые могут возникнуть у пользователя в процессе обработки георадиолокационных данных. Пользователь может сохранить последовательность шагов обработки данных в файл и применять эту последовательность в дальнейшем. 

Автоматизация действий пользователя по обработке однотипной георадиолокационной информации освобождает его от присутствия за компьютером. В режиме пакетной обработки пользователю нужно лишь выбрать группу файлов георадарных данных, после чего загрузка, обработка и сохранение результата производится в автоматическом режиме, без участия пользователя. 

В данном обзоре представлено описание лишь некоторых, специально разработанных для ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ, опций обработки георадиолокационной информации. Полное описание возможностей программного комплекса ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ смотрите в руководстве пользователя, которое можно скачать с помощью этой кнопки: