배열 안테나 지상 레이더를 관통 된 침투 시간 경과 멀티 오프셋을 사용 하 여 전면 깊이 수집 추적

이 실험의 전반적인 목표는 어레이 안테나 지상 관통 레이더를 사용하여 들판 토양의 침투 전선을 추적하는 것입니다. 이 방법은 강우 중에 물이 토양으로 어떻게 침투하는지 이해하는 것과 같은 혈관 지역 수문학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 침투와 같은 동적 지하 프로세스 중에 최소한의 노력으로 타임 랩스 다중 오프셋 수집을 원활하게 수집할 수 있다는 것입니다.

절차를 시연하는 사람은 나가이 노부히토(Nobuhito Nagai)와 토베 유키오(Yukio Tobe)입니다. 안테나 어레이는 이 실험의 핵심입니다. 이 하우징 내에는 이 실험을 위한 21개의 안테나가 있습니다.

이 회로도는 추가 세부 정보를 제공합니다. 10 개의 송신 안테나와 11 개의 수신 나비 넥타이 모노 풀 안테나가 있으며, 단계 주파수, 연속 파형 레이더 유닛에 의해 제어됩니다. 어레이는 110개의 모든 송신기 수신기 쌍을 통해 전환할 수 있습니다.

침투 테스트를 위한 사이트를 식별합니다. 표면이 노출되고 평평하며 약 3m x 3m인지 확인하십시오. 2.5미터 길이의 다공성 튜브를 얻습니다.

튜브 다공성은 물이 땅으로 방출될 수 있도록 합니다. 튜브를 사용하여 플롯에 관개 침투 시스템을 구축하십시오. 이 시스템의 튜브는 평행하며 15cm 떨어져 있습니다.

한쪽 끝의 튜브를 수원에 연결된 밸브 조절식 급수 입구와 연결합니다. 그리고 다른 쪽 끝을 콘센트에 연결합니다. 다음으로, 안테나 어레이보다 약간 큰 얇은 나무 패널을 가져와서 다공성 튜브 위에 놓습니다.

패널은 평평해야 하며 튜브를 덮어야 합니다. 패널 근처에 토양 수분 센서를 설치하려면 계속 진행하십시오. 이 막대형 센서는 여러 깊이에서 수분을 측정합니다.

먼저 센서의 액세스 튜브를 목재 패널 옆 바닥에 설치합니다. 그런 다음 로드 유형 센서를 액세스 튜브에 배치합니다. 침투 시스템 중앙의 목재 패널에 안테나 어레이를 배치하여 시작합니다.

동축 케이블로 어레이를 컨트롤러에 연결하고 컨트롤러를 컴퓨터에 연결합니다. 모든 송신기 수신기 조합을 통해 전체 스캔을 수행하고 데이터 수집을 시작하도록 안테나 시퀀스를 설정합니다. 이 시점에서 수원으로 이동하여 흐름과 침투를 시작하십시오.

미리 정해진 양이 주입되면 물을 멈춥니다. 그런 다음 레이더 어레이를 사용한 데이터 수집을 중지합니다. 데이터를 수집한 후 분석하여 속도 추정치를 찾습니다.

이것은 안테나 어레이의 타임 랩스 레이더그램의 예입니다. 데이터는 실험의 60분 동안 수행되었습니다. 검은색 선으로 둘러싸인 각 영역은 하나의 송신기와 11개의 수신기가 수집한 데이터에 해당합니다.

송신기의 위치는 빨간색 삼각형으로 표시됩니다. 세 번째 축을 따라 반사된 신호의 전송부터 수신까지의 총 시간입니다. 다른 색상은 신호 진폭을 나타냅니다.

이 데이터를 사용하여 공통 중간점 데이터 큐브를 구성합니다. 새로운 축은 송신 안테나와 수신 안테나의 분리입니다. 이것은 실험 중 주어진 시간에 공통 중간점 데이터 큐브의 단면입니다.

이러한 각 프레임에 대한 습윤 전면의 반사를 식별합니다. 이 방정식을 사용하여 두 개의 파라미터 t0과 vr을 조정하여 쌍곡선을 피팅합니다. 흰색 곡선은 습윤 선단에서 반사의 이동 시간을 나타냅니다.

보라색 곡선은 공기파와 지상파의 이동 시간입니다. 이것은 침투 실험을 위한 대표적인 레이더그램입니다. 각 섹션은 송신기와 연결됩니다.

수직 축을 따라 송신기에서 반사경, 수신기까지의 이동 시간이 있습니다. 그레이 스케일 컬러맵은 신호 진폭을 나타냅니다. 이 시간 경과에서 공통 중간점 데이터 영역 중 하나에서 실험이 진행됨에 따라 높은 진폭 신호가 꾸준히 아래쪽으로 이동하는 것을 관찰합니다.

신호는 물이 지하를 관통할 때 습윤 선단의 반사에 의해 생성됩니다. 속도 분석의 경우 매분마다 수집되는 일반적인 중간점 데이터를 사용합니다. 이 샘플 데이터에서 실험 시작 5분 만에 반사파에 가장 적합한 곡선은 흰색 실선이고 전파의 곡선은 점선입니다.

시간이 지남에 따라 이동 시간은 선형적으로 증가합니다. 이것은 경과 시간의 함수로 추정된 습윤 선단 깊이의 플롯입니다. 삼각형은 균일한 매체의 모델을 위한 것입니다.

사각형은 배열 아래의 나무 패널을 고려하는 두 개의 레이어 모델을위한 것입니다. 검은색 간격은 주어진 깊이에서 수분 센서 판독값이 증가하기 시작한 시점과 안정화된 시점을 나타냅니다. 이 방법에 대한 아이디어는 어레이 안테나 지상 관통 레이더에 대한 시연에서 처음 떠올랐습니다.

타임랩스 다중 오프셋 데이터를 수정해야 한다는 생각이 들었습니다. 이 절차의 가장 큰 장점은 더 큰 시스템을 관통하는 일반적인 지상과 달리 다중 오프셋 수집을 수집하기 위해 안테나를 이동할 필요가 없다는 것입니다. 측정을 시작하면 모니터링만 하고 아무 작업도 수행하지 않습니다.

이 절차를 시도하는 동안 데이터의 재현성을 보장하기 위해 안테나를 움직이지 않도록 하는 것이 중요합니다. 개발 후 이 기술은 혈관 구역 수문학 분야의 연구자들이 들판 토양에서 물의 이동을 탐구할 수 있는 길을 열 것입니다. 이 비디오를 시청한 후에는 어레이 안테나, 지상 투과 레이더를 사용하여 침투 전선을 추적하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.