Технология Minelab Multi-IQ - одновременная многочастотность

Инженеры Minelab могли бы использовать подход, заключающийся, например, в размещении X-TERRA (технология VFLEX) в водонепроницаемый корпус и добавлении выбираемого частотного диапазона, и это было бы похоже на путь многих их конкурентов - просто переделка старой одночастотной технологии, которая уже достигла своих пределов производительности. Другой вариант состоял бы в создании более дешевого водонепроницаемого детектора FBS, но здесь также есть свои проблемы, связанные с тем, что FBS "прожорлив" и нуждается в более мощных батареях, более тяжелых катушках и т. д., а также имеет относительно высокую цену.

Новая технология обнаружения Minelab создает сдвиг парадигмы существующих продуктов и обеспечивает четкое преимущество производительности для поисковиков.

Немного истории

Технология многочастотного широкополосного спектра, multi-frequency broad band spectrum (BBS), впервые появившаяся в детекторах Sovereign в начале 1990-х годов, дала преимущество перед одночастотными детекторами в поиске монет и сокровищ. Она развилась в FBS, начиная с Explorer, до современной FBS 2 в CTX 3030.

Технология мульти-периодного зондирования (MPS) PI, впервые появившаяся в детекторе SD 2000 в середине 1990-х годов, дала значительное преимущество перед одночастотными детекторами в поиске золота. Эта ключевая технология существует и сейчас в детекторах серии GPX.

Нулевая передача напряжения, Zero Voltage Transmission (ZVT) - самая последняя технология обнаружения золота у Minelab, примененная в GPZ 7000.

Введение в Multi-IQ

Мульти-IQ - следующая крупная инновация Minelab и является объединением преимуществ производительности FBS и VFLEX в новом сочетании технологий. Это не просто переделка одночастотного VLF, и это не просто другое название для итераций BBS/FBS. Разрабатывая новую технологию, а также новый детектор "с нуля", Minelab предоставляет как многочастотные, так и дискретные одиночные частоты на облегченной платформе по низкой цене со значительно более высокой скоростью восстановления, которая сопоставима или лучше, чем у конкурирующих продуктов.

Minelab с появлением EQUINOX заявляет, что теперь все одночастотные детекторы VLF стали устаревшими.

Multi-IQ достигает высокого уровня точности идентификации цели на глубине гораздо лучше, чем любой одночастотный детектор, включая переключаемые одночастотные детекторы, которые претендуют на многочастотность. Когда Minelab использует термин "многочастотный“, он имеет в виду "одновременный" – т. е. одновременно передается, принимается и обрабатывается более одной частоты. Это позволяет обеспечить максимальную чувствительность к целям по всем их типам и размерам, а также свести к минимуму шум от грунта (особенно в соленой воде). В настоящее время есть только несколько детекторов от Minelab и других производителей, которые можно классифицировать как настоящие многочастотные, каждый из которых имеют свои преимущества и недостатки.

Multi-IQ по сравнению с BBS/FBS

Мульти-IQ использует другую группу основных частот по сравнению с BBS/FBS для генерации широкополосного многочастотного сигнала, который более чувствителен к высокочастотным целям и немного менее чувствителен к низкочастотным целям. Multi-IQ использует самые последние высокоскоростные процессоры и передовые методы цифровой фильтрации для намного более быстрой скорости восстановления, чем технологии BBS/FBS. Multi-IQ справляется с условиями соленой воды и пляжа почти так же хорошо, как BBS/FBS, однако, BBS/FBS по-прежнему имеет преимущество в поиске серебряных монет с высокой проводимостью в любых условиях.

Рассмотрим более подробно аспекты технологии Multi-IQ.

Название "Мульти-IQ" произошло от аббревиатуры одновременной многочастотной синфазной ( In-phase) и квадратурной (Quadrature) синхронной демодуляции.

Главный физик-технолог Minelab д-р Филип Варлих (Dr Philip Wahrlich) так говорит о ключевом отличии Мульти-IQ от демодуляции, происходящей в обычных одночастотных детекторах VLF:

"В приборе Multi-IQ приемник синхронизирован по фазе и амплитудно-нормирован на передаваемое магнитное поле, а не на электрическое напряжение, управляющее передаваемым полем. Это поле может быть изменено минерализацией грунта (как по фазе, так и по амплитуде), поэтому, если бы приемник был только синхронизирован по фазе с напряжением возбуждения, то это привело бы к неточной идентификации цели и более высокому уровню слышимого шума. Привязка приемника к фактически переданному полю на всех частотах одновременно (путем измерения тока через катушку) решает эти проблемы, создавая очень чувствительный и стабильный детектор."

Добавить к этому объяснению практически нечего...

С Multi-IQ мы можем получить гораздо большую точность идентификации цели и повысить производительность обнаружения, особенно на "трудном" грунте. На простом грунте одна частота может работать адекватно, но глубина и стабильные ID будут ограничены шумом грунта, тогда как одновременно многочастотный Multi-IQ достигнет максимальной глубины с очень стабильным сигналом цели. В сложном грунте одночастотный прибор не сможет эффектно отделить сигнал цели, снижая результаты поиска, тогда как Multi-IQ все еще сможет обнаружить цель на глубине, потеряв при этом минимальное количество в точности цели.Так Minelab представляет многочастотное преимущество, основанное на данных своих технических испытаний.

Давайте еще послушаем Philip Wahrlich о технических деталях:

"Для каждой частоты детектор передает и получает два сигнала, которые мы называем I и Q. Сигнал Q наиболее чувствителен к целям, в то время как сигнал I наиболее чувствителен к содержанию железа. Традиционные одночастотные металлодетекторы используют сигнал Q для обнаружения целей, а затем используют соотношение сигналов I и Q для оценки характеристик цели и назначения идентификатора цели. Проблема такого подхода заключается в том, что сигнал I чувствителен к содержанию железа в почве. Идентификатор цели всегда возмущается откликом от почвы, и по мере того, как сигнал от цели становится слабее, это возмущение становится существенным. С некоторым упрощением здесь для краткости можно сказать, что если детектор передает и получает на более чем одной частоте, он может игнорировать сигналы I, чувствительные к грунту, и вместо этого смотреть на несколько сигналов Q, которые он получает, чтобы определить идентификатор цели. Таким образом, даже для слабых целей или сильно минерализованных почв идентификатор цели гораздо меньше возмущается откликом от почвы. Это приводит к очень точным ID целей, как в минерализованных почвах, так и для целей на глубине."

А сколько одновременно используется частот, и является ли это критическим параметром?

В последние годы Minelab проводит детальные исследования этого вопроса, и выясняется, что когда речь идет о частотах в детекторе для охвата всех типов целей, то сейчас более важно, как частоты комбинируются и обрабатываются в новейших детекторах, чем сколько используется частот для достижения лучших результатов.

Низкие частоты (например, 5 кГц) более чувствительны к высокопроводящим целям (например, большие серебряные цели), а высокие частоты (например, 40 кГц) более чувствительны к низкопроводящим (например, маленькие золотые самородки). EQUINOX 600 предлагает выбор 3-х одиночных частот и EQUINOX 800 предлагает выбор 5-ти одиночных частот. Обе модели также имеют одновременные многочастотные варианты, которые охватывают гораздо более широкий диапазон целей, чем может любая одна частота – и они отличаются в разных режимах обнаружения!

Теперь вернемся к технологии: глядя на нашу диаграмму Multi-IQ дальше...

мы видим, что одна частота наиболее чувствительна к узкому диапазону целей, а несколько частот одинаково чувствительны к более широкому диапазону целей.

Что же, Minelab разработала новое, уникальное решение с частотами, обеспечивающими лучшую производительность во всем диапазоне целевых показателей для различных условий?

Сигнал передачи Multi-IQ, используемый в EQUINOX, представляет собой сложную форму волны, в которой несколько частот объединяются очень отличающимся способом от проверенной технологии BBS / FBS в детекторах Excalibur II / Safari / E-TRAC / CTX 3030.

Если вы просматриваете амплитуду сигнала BBS на осциллографе, это выглядит примерно так:

Для сравнения, мульти-IQ выглядит примерно так:

Следовательно, Multi-IQ не является производной или эволюцией BBS / FBS. Мульти-IQ - это другой метод одновременного многочастотного обнаружения металлов.

Давайте оценим Multi-IQ на примере EQUINOX для различных профилей режима обнаружения:

Парк 1 и Поле 1 обрабатывают более низкую взвешенную комбинацию частот, а также используют алгоритмы, которые максимизируют балансировку грунта для почвы, чтобы достичь наилучшего соотношения сигнал/шум. Следовательно, эти режимы наиболее подходят для общего поиска, монетной охоты и т.д.
Парк 2 и Поле 2 обрабатывают более высокую комбинацию диапазона частот Multi-IQ, в то же время выравнивая баланс грунта. Поэтому они будут более чувствительны к высокочастотным (низкопроводящим) целям, но потенциально более восприимчивы к наземному шуму.
Пляж 1 также обрабатывает более низкую комбинацию, но использует различные алгоритмы для максимального балансирования соленого грунта. Следовательно, режим наиболее подходит как для сухих, так и для влажных песчаных условий.
Пляж 2 обрабатывает очень низкую комбинацию частот, используя те же алгоритмы, что и пляж 1, чтобы максимизировать балансировку соленого грунта. Этот профиль поиска предназначен для использования в линии прибоя и под водой.
Золото 1 и Золото 2 обрабатывают более высокую комбинацию диапазона Multi-IQ, выравнивая баланс грунта. Однако, они используют различные параметры настройки, которые лучше подходят для поиска золотых самородков.

"Многие люди будут удивлены тем, насколько хорошо прибор работает в соленой воде. С самого начала мы не были уверены, что надежное обнаружение микро-ювелирных изделий в проводящей среде вообще возможно, но с помощью наших полевых тестов и последующей тонкой настройки алгоритмов Multi-IQ мы обнаружили, что EQUINOX более чем способен на это." Dr Philip Wahrlich

Справочная информация и соображения

Важной задачей при разработке технологии Multi-IQ было сохранение вышеуказанных одновременных многочастотных преимуществ и значительное повышение производительности в двух ключевых областях, где многие одночастотные детекторы обычно лидируют - быстрое восстановление на железном мусоре и нахождение низкопроводящих целей во всех условиях.

Ускорение процесса

Большинство сопоставимых приемопередающих детекторов малой мощности с непрерывной волной (для одного и того же размера катушки) будут иметь аналогичную глубину необработанного обнаружения, при которой передаваемый сигнал проникает в землю и имеет потенциал для возбуждения цели. Для значительного увеличения глубины обнаружения обычно требуется более высокая мощность и технология импульсной индукции (PI). Это имеет преимущества для поиска золота, но дискриминация тут слаба для выявления цветных целей. Так как Minelab продолжает настаивать на увеличении глубины, Multi-IQ стремится обеспечить существенное повышение скорости, в результате чего мы можем лучше находить все цветные цели среди мусора во всех местах. Можно сказать так: "Скорость - это новая глубина, когда дело доходит до EQUINOX".

Давайте начнем с рассмотрения обработки сигналов не как "черного ящика", где происходит "волшебство", а как сложной цепочки прикладных алгоритмов, где цель состоит более точном различении очень маленьких целевых сигналов от шума грунта, электромагнитных наводок и железного мусора. Теперь скорость сама по себе недостаточна – вы можете иметь быстрый прибор с плохим шумоподавлением и плохой идентификацией цели, который не даст большого преимущества. Быстрый прибор - также не просто результат скорости микропроцессора. Процессоры работают на гораздо более высокой скорости, чем это необходимо для выполнения математической обработки сигналов.

Цепочку обработки сигналов можно рассматривать в широком смысле как набор фильтров и других процессов, которые применяются к сигналам металлодетектора для преобразования этих сигналов в полезные, информативные индикаторы, такие как звуковое оповещение или идентификатор цели. Для Multi-IQ сохранение "хороших" свойств этих фильтров, поддерживая их важную составляющую и удаляя ненужную, было важным шагом к достижению скорости для EQUINOX.

Также важно понимать, что эти фильтры не являются грубыми фильтрами аналогового электронного оборудования прошлого века – все это происходит в программном обеспечении в наши дни. Например, подумайте о более старых аналоговых телевизионных стандартах по сравнению с текущим цифровым телевидением. (Разрешение стандартного цифрового HDTV примерно в 10 раз больше разрешения аналогового NTSC). У детекторов металла быстрый более высокого разрешения набор фильтров приводит к улучшенному опознаванию цели. 

Тем не менее, скорость без точности недостаточна для создания детектора, «меняющего правила игры», а повышение точности невозможно при одной частоте. Почему? - «Многочастотность имеет больше точек данных», -говорит Филипп Бек ( Philip Beck), технический директор. Это стоит объяснить более подробно...

Все приемопередающие детекторы производят синфазные (I) и квадратурные (Q) сигналы, которые могут быть обработаны различными способами в зависимости от отклика целей, грунта и соли. Эта обработка происходит через "каналы", которые имеют различную чувствительность к разным полученным сигналам. Важно понимать, что каналы - это не совсем частоты. Вот почему объяснить это сложнее, чем просто соотнести оптимальные частоты с конкретными типами целей.

В одночастотном детекторе есть два основных канала для информации (I и Q), которые по-разному реагируют на "хорошие" и "плохие" сигналы, в зависимости от частоты работы и того, смотрите ли вы сигнал I или Q. Кроме того, можно масштабировать и вычитать эти сигналы, принимая во внимание баланс грунта, чтобы наилучшим образом максимизировать "хорошие" и минимизировать "плохие" сигналы. Таким образом, можно сказать, что одна частота - это Single-IQ с ограниченным набором данных (например, I, Q, I-Q, Q-I), который хорошо работает для определенного набора условий. Чтобы еще больше повысить производительность для другого набора условий, вам нужно изменить частоту и провести поиск над тем же самым грунтом снова. Следовательно, одночастотный детектор имеет преимущество в том, что доступно больше данных, но не все сразу (например I1, Q1, I1-Q1, Q1-I1 или I2, Q2, I2-Q2, Q2-I2 для стольких частот, сколько вы можете выбрать на нем).

Теперь, возвращаясь к "большему количеству точек данных" Филипа Бека и просто просматривая две частоты, одновременно многочастотный детектор в состоянии обработать, например, I1, Q1, I1-Q1, Q1-I1 и I2, Q2, I2-Q2, Q2-I2 и I1-Q2, Q2-I1, I2-Q1, Q1-I2, что дает лучшие результаты поиска. Увеличьте число частот еще, и число дополнительных точек данных увеличится соответственно. Multi-IQ обрабатывает различные оптимизированные каналы информации (а не только отдельные частоты) для разных режимов. Это известно, как "частотное взвешивание", когда различные профили поиска у EQUINOX сопоставляются с соответствующими условиями грунта и типами целей.

Вот очень упрощенный пример , где вы можете увидеть результат обработки более одного канала информации (помните, что канал не является частотой):

Канал 1 имеет сильный целевой сигнал, но сигнал соли еще сильнее.
Канал 2 имеет более слабые сигналы грунта, соли и цели.

Если бы детектор просто реагировал на канал 1 или канал 2, цель не была бы слышна через шум грунта. Если детектор обрабатывает вычитание каналов (например, к.1 - к.2), то после обработки можно проигнорировать шум грунта и извлечь сильный сигнал цели. Теперь вспомним большое количество возможных комбинаций I и Q для одновременной многочастотности по сравнению с одночастотными и частотное взвешивание для режимов. Все профили поиска EQUINOX - Park, Field, Beach и Gold - имеют специальную обработку сигналов для наилучшего соответствия условиям и типам искомых целей.

Как цели более чувствительны к определенным частотам, так и грунт - ​​важная причина, по которой воздушные испытания имеют внутренние ограничения при сравнении характеристик детекторов. Как только вам будет нужно рассмотреть уравнение обработки сигналов, грунт может сильно повлиять на способность одночастотного детектора точно идентифицировать цель.
Кроме того, чем глубже скрыта цель, тем слабее сигнал цели относительно сигнала земли. Наиболее сложным для устранения ответом грунта является солевой отклик, который сильно варьируется в зависимости от почвы, сухого песка, мокрого песка и морской воды. Невозможно устранить реакцию соли и реакцию минерализации почвы (например, черный песок) только с одной частотой. Однако, в тщательно откалиброванных Multi-IQ каналах EQUINOX способен идентифицировать оба "плохих" сигнала и, в основном, «отклонить» их (точно так же, как вы бы различали нежелательную цель), НО по-прежнему обнаружить золотые микро-украшения.

Вывод:
Multi-IQ = больше точек данных = сложная обработка = лучшее подавление шума грунта = больше находок

По материалам: detectorprospector.com