RU2260816C2 - Method for detection of living objects and device for its realization - Google Patents

Method for detection of living objects and device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2260816C2
RU2260816C2 RU2003129629/09A RU2003129629A RU2260816C2 RU 2260816 C2 RU2260816 C2 RU 2260816C2 RU 2003129629/09 A RU2003129629/09 A RU 2003129629/09A RU 2003129629 A RU2003129629 A RU 2003129629A RU 2260816 C2 RU2260816 C2 RU 2260816C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
input
inputs
signals
Prior art date
Application number
RU2003129629/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003129629A (en
Inventor
В.А. Заренков (RU)
В.А. Заренков
Д.В. Заренков (RU)
Д.В. Заренков
В.И. Дикарев (RU)
В.И. Дикарев
Б.В. Койнаш (RU)
Б.В. Койнаш
Original Assignee
Заренков Вячеслав Адамович
Заренков Дмитрий Вячеславович
Дикарев Виктор Иванович
Койнаш Борис Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Заренков Вячеслав Адамович, Заренков Дмитрий Вячеславович, Дикарев Виктор Иванович, Койнаш Борис Васильевич filed Critical Заренков Вячеслав Адамович
Priority to RU2003129629/09A priority Critical patent/RU2260816C2/en
Publication of RU2003129629A publication Critical patent/RU2003129629A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260816C2 publication Critical patent/RU2260816C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

FIELD: radio detection and finding, applicable for detection of alive people in slide rocks, shelters, under snow, as well as for remote contactless determination of the respiration rate and sylesoles in medical offices.
SUBSTANCE: the device realizing the offered method has a radio-frequency oscillator, directional coupler, pulse modulator, antenna unit, quadrature demodulator, two preamplifiers, two band-pass-filters, two multiplexers, two demodulators, two short-circuiting electronic switches, two low-frequency amplifiers, analog-to-digital converter multiplexer control unit, demultiplexer control unit, digital processing unit display unit, polarizer, transmitting antenna, two receiving antennas, two RF amplifiers, three keys, multiplier, narrow-band filter, frequency shifter, mixer, intermediate-frequency amplifier, amplitude limiter, phase detector and a comparison unit.
EFFECT: expanded functional potentialities and improved operating characteristics.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство относятся к радиолокации и могут использоваться для обнаружения живых людей и их останков в завалах, укрытиях, под снегом, а также для дистанционного бесконтактного определения частоты дыхания и частоты сердечных сокращений в медицинских учреждениях.The proposed method and device relate to radar and can be used to detect living people and their remains in the rubble, shelters, under the snow, as well as for remote non-contact determination of respiratory rate and heart rate in medical institutions.

Известны способы и устройства дистанционного обнаружения людей, находящихся за радиопрозрачными преградами, а также дистанционного измерения частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, использующие монохроматический радиочастотный зондирующий сигнал [1]. Однако они не осуществляют селекцию сигналов по дальности, что не позволяет исключить помехи от объектов, находящихся на иных, чем искомый, дальностях, например, влияние оператора, влияние удаленных подвижных объектов и т.п. В способе и устройстве, описанных в [2], применяется линейная частотная модуляция зондирующего сигнала, что позволяет осуществить пространственное разрешение и повысить помехоустойчивость. Однако данный способ не позволяет устранить сигналы, вызванные отражениями зондирующего излучения от неподвижных объектов. Эти сигналы могут многократно превосходить сигналы, вызванные дыханием и сердцебиением, и затрудняют обнаружение. Известен способ обработки широкополосных сигналов [3], основанный на стробировании сигнала в последовательные моменты времени, запоминании значений сигнала на электрической емкости, аналого-цифрового преобразования и последующей параллельной цифровой обработке с помощью сравнительно низкочастотных цифровых устройств. Однако этот способ не обеспечивает должного динамического диапазона при обработке сигналов в реальном масштабе времени.Known methods and devices for the remote detection of people behind radiolucent barriers, as well as remote measurement of respiratory rate and heart rate using a monochromatic radio frequency sounding signal [1]. However, they do not select signals in range, which does not allow excluding interference from objects located at other than the desired ranges, for example, the influence of the operator, the influence of remote moving objects, etc. In the method and device described in [2], a linear frequency modulation of the probe signal is used, which allows for spatial resolution and increased noise immunity. However, this method does not allow to eliminate the signals caused by reflections of the probe radiation from stationary objects. These signals can be many times superior to those caused by breathing and heartbeat, and make detection difficult. A known method of processing broadband signals [3], based on gating the signal at successive times, storing the signal values on an electric capacitance, analog-to-digital conversion and subsequent parallel digital processing using relatively low-frequency digital devices. However, this method does not provide the proper dynamic range when processing signals in real time.

Известны способ и устройство [4], в которых для осуществления пространственного разрешения применяется импульсная модуляция зондирующего сигнала, а для снижения уровня сигналов, вызванных отражениями от неподвижных объектов, формируются сигналы биений относительно нескольких опорных сигналов, различающихся по фазе, и выбирается сигнал биений с наименьшей постоянной составляющей. Однако полной компенсации постоянной составляющей, вызванной отражениями от неподвижных объектов, не происходит, чувствительность к малым перемещениям объекта как функция расстояния имеет осциллирующий характер. Кроме того, способ требует отдельного цикла измерений для каждой заданной дальности, что снижает его быстродействие.A known method and device [4], in which to implement spatial resolution, pulse modulation of the probe signal is used, and to reduce the level of signals caused by reflections from stationary objects, beat signals are generated with respect to several reference signals that differ in phase, and the beat signal with the smallest constant component. However, complete compensation of the constant component caused by reflections from stationary objects does not occur; sensitivity to small movements of the object as a function of distance has an oscillating character. In addition, the method requires a separate measurement cycle for each given range, which reduces its speed.

Известен также способ поиска засыпанных людей с помощью специально обученных собак [5], который носит субъективный характер и обладает зависимостью качества поиска от состояния собак, их обученности, погодных и климатических условий, что ухудшает точность и эксплуатационные возможности способа.There is also a method of searching for people who have been bombarded with the help of specially trained dogs [5], which is subjective in nature and has a dependence on the quality of the dogs, their training, weather and climatic conditions, which impairs the accuracy and operational capabilities of the method.

Наиболее близким к предлагаемым способу и устройству являются «Способ обнаружения живых объектов и устройство для его осуществления» [6], которые и выбраны в качестве прототипов.Closest to the proposed method and device are the "Method for detecting living objects and a device for its implementation" [6], which are selected as prototypes.

Согласно данному способу широкополосный зондирующий сигнал излучают в зону поиска, принимают отраженный сигнал, подавляют сигналы от неподвижных объектов мультиплексированием и фильтрацией квадратурных составляющих принимаемого сигнала на промежуточной частоте, осуществляют пространственное разрешение, регистрируют изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала, вызванные перемещениями поверхности тела.According to this method, the broadband probe signal is emitted into the search zone, the reflected signal is received, the signals from the stationary objects are suppressed by multiplexing and filtering the quadrature components of the received signal at the intermediate frequency, spatial resolution is carried out, changes in the amplitude and phase of the reflected signal caused by movements of the body surface are recorded.

Устройство содержит СВЧ-генератор, направленный ответвитель, импульсный модулятор, антенный блок, квадратурный демодулятор, предварительные усилители, полосовые фильтры, мультиплексоры, многоканальные дифференцирующие-интегрирующие фильтры, демультиплексоры, короткозамыкающие электронные ключи, НЧ-усилители, формирователь стробирующих импульсов, блок управления демультиплексорами, генератор модулирующих импульсов, АЦП, блоки обработки и индикации.The device contains a microwave generator, a directional coupler, a pulse modulator, an antenna block, a quadrature demodulator, preamplifiers, bandpass filters, multiplexers, multi-channel differentiating-integrating filters, demultiplexers, short-circuit electronic keys, low-frequency amplifiers, a gate pulse generator, a control unit for demultiplexers, modulating pulse generator, ADC, processing and display units.

К недостаткам известных способа и устройства относятся низкие функциональные возможности и эксплуатационные характеристики по причине невозможности применения для поиска живых объектов и их останков, засыпанных различными видами грунта, в том числе повышенной неоднородности, например развалинами зданий, землей, снегом и т.п.The disadvantages of the known method and device include low functionality and operational characteristics due to the inability to use for searching living objects and their remains, covered with various types of soil, including increased heterogeneity, such as ruins of buildings, land, snow, etc.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик за счет осуществления возможности поиска и обнаружения биообъектов и их останков, засыпанных различными видами грунта, в том числе повышенной неоднородности, например развалинами зданий, землей, снегом и т.п.An object of the invention is to expand the functionality and improve operational characteristics by making it possible to search and detect biological objects and their remains, covered with various types of soil, including increased heterogeneity, such as ruins of buildings, land, snow, etc.

Поставленная задача решается тем, что по способу обнаружения живых объектов, заключающемуся в том, что излучают модулированный зондирующий сигнал в зону поиска, принимают отраженный сигнал, изменения амплитуды и фазы которого несут информацию о перемещениях, дыхании и сердцебиении искомого объекта, перемножают его с двумя квадратурными опорными сигналами, образующиеся квадратурные сигналы разностной частоты в последовательные моменты времени направляют на входы двух наборов фильтров, подавляющих постоянную составляющую, вызванную отражениями от неподвижных объектов, производят опрос выходов фильтров, производят обработку образующихся сигналов, соответствующую виду модуляции зондирующего сигнала и реализующую пространственное разрешение, формируют первый и второй сигналы, несущие информацию об изменениях амплитуды и фазы отраженного сигнала, соответствующего определенной дальности, выделяют информацию о перемещениях, дыхании и сердцебиении путем анализа этих сигналов, осуществляют электромагнитное зондирование грунта в зоне поиска засыпанных биообъектов плоскопараллельным модулированным сигналом и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от биообъектов, при этом отраженный сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональном глубине залегания биообъекта, а отраженный сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, в качестве которого используют высокочастотный сигнал, сдвинутый по частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с отраженным сигналом правой круговой поляризации, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, сравнивают измеренное значение сдвига фаз с эталонным значением и по результатам сравнения принимают решение о наличии биообъекта в зоне поиска и детального анализа отраженного от него сигнала.The problem is solved in that according to the method of detecting living objects, which consists in emitting a modulated probe signal into the search area, a reflected signal is received, changes in the amplitude and phase of which carry information about the movements, breathing and heartbeat of the desired object, multiply it with two quadrature reference signals, the resulting quadrature signals of the differential frequency at successive times are sent to the inputs of two sets of filters that suppress the constant component caused by by friction from stationary objects, they poll the outputs of the filters, process the generated signals corresponding to the modulation of the probe signal and implement spatial resolution, form the first and second signals that carry information about changes in the amplitude and phase of the reflected signal corresponding to a certain range, extract information about movements, respiration and heartbeat by analyzing these signals, carry out electromagnetic sounding of the soil in the search area of the bombarded biological objects oscilloscopic parallel modulated signal and the reception of signals with right and left circular polarization, reflected from biological objects, while the reflected signal with right circular polarization is gated in time proportional to the depth of the biological object, and the reflected signal with left circular polarization is converted in frequency using the local oscillator voltage, into the quality of which a high-frequency signal shifted in frequency is used, the voltage of the intermediate frequency is isolated, it is multiplied with the reflected signal by the right circle new polarization, emit the harmonic voltage at a stable local oscillator frequency, limit it in amplitude, measure the phase shift between the reflected signals with the right and left circular polarization at a stable local oscillator frequency, compare the measured phase shift with a reference value and decide on the presence of a bioobject based on the results of the comparison in the search and detailed analysis of the signal reflected from it.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения живых объектов, включающее последовательно соединенные высокочастотный генератор, направленный ответвитель и импульсный модулятор, второй вход которого соединен с первым выходом генератора модулирующих импульсов, антенный блок, квадратурный детектор, гетеродинный вход которого соединен с вторым выходом направленного ответвителя, первый и второй предварительные усилители, вход одного из которых соединен с первым выходом квадратурного демодулятора, первый и второй полосовые фильтры, входы которых соединены с выходами предварительных усилителей, первый и второй мультиплексоры, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров, а входы управления через блок управления мультиплексором - с вторым выходом генератора модулирующих импульсов, первый и второй многоканальные полосовые фильтры, входы которых соединены с выходами мультиплексоров, первый и второй демультиплексоры, входы которых соединены с выходами многоканальных полосовых фильтров, а входы управления через блок управления демультиплексорами - с третьим выходом генератора модулирующих импульсов, первый и второй короткозамыкающие электронные ключи, входы которых соединены с выходами демультиплексоров, а входы управления - с первым выходом блока цифровой обработки, первый и второй низкочастотные усилители, входы которых соединены с выходами электронных короткозамыкающих ключей, а выходы - с входами аналого-цифрового преобразователя, блок индикации, соединенный через блок цифровой обработки с выходом аналого-цифрового преобразователя, снабжено поляризатором, двумя усилителями высокой частоты, тремя ключами, устройством сдвига частоты, перемножителем, смесителем, усилителем промежуточной частоты, узкополосным фильтром, амплитудным ограничителем, фазовым детектором и блоком сравнения, причем антенный блок выполнен в виде одной передающей антенны и двух приемных антенн, к выходу импульсного модулятора последовательно подключены поляризатор и передающая антенна, выход первой приемной антенны через первый усилитель высокой частоты подключен к радиочастотному входу квадратурного демодулятора, к выходу второй приемной антенны последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, первый ключ, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления мультиплексорами, перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом устройства сдвига частоты, блок сравнения и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход подключен к второму входу блока индикации, вход второго предварительного усилителя через второй ключ соединен с вторым выходом квадратурного демодулятора и выходом блока сравнения, к второму выходу направленного ответвителя последовательно подключены устройство сдвига частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, и усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, передающая антенна излучает модулированный зондирующий сигнал с линейной поляризацией, первая приемная антенна восприимчива к отраженному сигналу с правой круговой поляризацией, вторая приемная антенна восприимчива к отраженному сигналу с левой круговой поляризацией.The problem is solved in that a device for detecting living objects, including a series-connected high-frequency generator, a directional coupler and a pulse modulator, the second input of which is connected to the first output of the modulating pulse generator, an antenna unit, a quadrature detector, the heterodyne input of which is connected to the second output of the directional coupler , the first and second pre-amplifiers, the input of one of which is connected to the first output of the quadrature demodulator, the first and second floor ow filters, the inputs of which are connected to the outputs of the preliminary amplifiers, the first and second multiplexers, the inputs of which are connected to the outputs of the bandpass filters, and the control inputs through the multiplexer control unit to the second output of the modulating pulse generator, the first and second multichannel bandpass filters, the inputs of which are connected to the outputs of the multiplexers, the first and second demultiplexers, the inputs of which are connected to the outputs of the multi-channel bandpass filters, and the control inputs through the control unit of the demultiplex Rami - with the third output of the modulating pulse generator, the first and second short-circuit electronic keys, the inputs of which are connected to the outputs of the demultiplexers, and the control inputs - with the first output of the digital processing unit, the first and second low-frequency amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the electronic short-circuit keys, and outputs - with inputs of an analog-to-digital converter, an indication unit connected through a digital processing unit to the output of an analog-to-digital converter is equipped with a polarizer, two amplifiers high frequency drivers, three keys, a frequency shifter, a multiplier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase detector and a comparison unit, the antenna unit being made in the form of one transmitting antenna and two receiving antennas, to the output of the pulse modulator in series a polarizer and a transmitting antenna are connected, the output of the first receiving antenna through the first high-frequency amplifier is connected to the radio frequency input of the quadrature demodulator, to the output a second receiving antenna is connected in series with a second high-frequency amplifier, a first key, the second input of which is connected to the first output of the multiplexer control unit, a multiplier, a narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase detector, the second input of which is connected to the output of the frequency shifter, a comparison unit, and a third key , the second input of which is connected to the output of the phase detector, and the output is connected to the second input of the display unit, the input of the second pre-amplifier is connected to by the output of the quadrature demodulator and the output of the comparison unit, a frequency shifter, a mixer, the second input of which is connected to the output of the first high-frequency amplifier, and an intermediate-frequency amplifier, the output of which is connected to the second input of the multiplier, are transmitted to the second output of the directional coupler, the transmitting antenna emits a modulated probing signal with linear polarization, the first receiving antenna is susceptible to the reflected signal with right circular polarization, the second receiving antenna sensitive to reflected signals with left-hand circular polarization.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ обнаружения живых объектов. На фиг.2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.Figure 1 presents the structural diagram of a device that implements the proposed method for detecting living objects. Figure 2 shows a timing diagram explaining the principle of operation of the device.

Устройство содержит последовательно включенные высокочастотый генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 16 модулирующих импульсов, поляризатор 19 и передающую антенну 20, последовательно включенные первую приемную антенну 21, первый усилитель 23 высокой частоты и квадратурный демодулятор 5, гетеродинный вход которого соединен с вторым выходом направленного ответвителя 2, а к двум выходам которого последовательно подключены первый 6.1 и второй 6.2 предварительные усилители непосредственно и через второй ключ 28, второй вход которого соединен с выходом блока 34 сравнения, первый 7.1 и второй 7.2 полосовые фильтры, первый 8.1 и второй 8.2 мультиплексоры, входы управления которых соединены с блоком управления 14, первый 9.1 и второй 9.2 многоканальные полосовые фильтры, первый 10.1 и второй 10.2 демультиплексоры, входы управления которых соединены с блоком 15 управления, первый 11.1 и второй 11.2 короткозамыкающие электронные ключи, входы управления которых соединены с блоком 17 цифровой обработки, первый 12.1 и второй 12.2 низкочастотные усилители, аналого-цифровой преобразователь 13, блок 17 цифровой обработки и блок 18 индикации, последовательно включенные вторую приемную антенну 22, второй усилитель 24 высокой частоты, первый ключ 25, второй вход которого соединен с первым выходом блока 14 управления мультиплексорами, перемножитель 26, узкополосный фильтр 27, амплитудный ограничитель 32, фазовый детектор 33, второй вход которого соединен с выходом устройства 29 сдвига частоты, блок 34 сравнения, третий ключ 35, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 33, и блок 18 индикации, последовательно подключенные к второму выходу направленного ответвителя 2 устройства 29 сдвига частоты, смеситель 30, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 23 высокой частоты, и усилитель 31 промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом перемножителя 26. Передающая антенна 20, первая 21 и вторая 22 приемные антенны образуют антенный блок 4. Передающая антенна 20 излучает зондирующий сигнал с линейной поляризацией.The device comprises a series-connected high-frequency generator 1, a directional coupler 2, a pulse modulator 3, the second input of which is connected to the first output of the modulating pulse generator 16, a polarizer 19 and a transmitting antenna 20, a series-connected first receiving antenna 21, a first high-frequency amplifier 23 and a quadrature demodulator 5, the heterodyne input of which is connected to the second output of the directional coupler 2, and the first 6.1 and the second 6.2 preliminary connected to the two outputs of it amplifiers directly and through a second switch 28, the second input of which is connected to the output of the comparison unit 34, the first 7.1 and second 7.2 band filters, the first 8.1 and second 8.2 multiplexers, the control inputs of which are connected to the control unit 14, the first 9.1 and second 9.2 multi-channel band filters , the first 10.1 and second 10.2 demultiplexers, the control inputs of which are connected to the control unit 15, the first 11.1 and second 11.2 short-circuit electronic keys, the control inputs of which are connected to the digital processing unit 17, the first 12.1 and second 12.2 bottom frequency amplifiers, analog-to-digital converter 13, digital processing unit 17 and display unit 18, a second receiving antenna 22 connected in series, a second high-frequency amplifier 24, a first key 25, the second input of which is connected to the first output of the multiplexer control unit 14, the multiplier 26, a narrow-band filter 27, an amplitude limiter 32, a phase detector 33, the second input of which is connected to the output of the frequency shifter 29, a comparison unit 34, a third key 35, the second input of which is connected to the output of the phase detector 33 and an indication unit 18 connected in series to the second output of the directional coupler 2 of the frequency shifter 29, a mixer 30, the second input of which is connected to the output of the first high-frequency amplifier 23, and an intermediate-frequency amplifier 31, the output of which is connected to the second input of the multiplier 26. Transmitting antenna 20, the first 21 and second 22 receiving antennas form an antenna unit 4. The transmitting antenna 20 emits a linearly polarized probe signal.

Первая приемная антенна 21 восприимчива к отраженным сигналам с правой круговой поляризацией, а вторая приемная антенна 22 восприимчива к отраженным сигналам с левой круговой поляризацией.The first receiving antenna 21 is susceptible to reflected signals with a right circular polarization, and the second receiving antenna 22 is susceptible to reflected signals with a left circular polarization.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Высокочастотный генератор 1 формирует зондирующий сигнал (фиг.2,а)High-frequency generator 1 generates a probe signal (figure 2, a)

uс(t)=Uccos(ωCt+φС), 0≤t≤ТC,u s (t) = U c cos (ω C t + φ С ), 0≤t≤T C ,

где UС, ωC, φС, TС - амплитуда, несущая частота и длительность зондирующего сигнала; который через направленный ответвитель 2 поступает на первый вход импульсного модулятора 3, на второй вход которого с первого выхода генератора 16 модулирующих импульсов подается модулирующий код M(t) (фиг.2,б).where U C , ω C , φ C , T C - amplitude, carrier frequency and duration of the probe signal; which through a directional coupler 2 enters the first input of the pulse modulator 3, the second input of which from the first output of the modulating pulse generator 16 is supplied with a modulating code M (t) (Fig. 2, b).

На выходе импульсного модулятора 3 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2,в)At the output of the pulse modulator 3, a phase-shift (QPSK) signal is generated (Fig. 2, c)

u1(t)=UCcos[ωCt+φK(t)+φC], 0≤t≤TC,u 1 (t) = U C cos [ω C t + φ K (t) + φ C ], 0≤t≤T C ,

где φK(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φK(t)=const при kτЭ<t<(k+1)τЭ и может изменяться скачком при t=kτЭ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2,..., N-1);where φ K (t) = {0, π} - manipulated component phase mapping law phase shift keying in accordance with a modulation code M (t), wherein φ K (t) = const at kτ E <t <(k + 1) τ E and can change abruptly at t = kτ E , i.e. at the boundaries between elementary premises (k = 1, 2, ..., N-1);

τЭ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью ТCC=NτЭ);τ E , N - the duration and number of chips that make up the signal duration T C (T C = Nτ E );

который поступает на вход поляризатора 19, где он приобретает плоскую поляризацию. Указанный сигнал через передающую антенну 20 излучается в направлении поверхности земли, под которой могут находиться засыпанные биообъекты или их останки.which is fed to the input of the polarizer 19, where it acquires plane polarization. The specified signal through the transmitting antenna 20 is emitted in the direction of the earth's surface, under which there may be buried biological objects or their remains.

Обнаружение засыпанных биообъектов или их останков осуществляется оператором путем перемещения перед собой вправо-влево антенного блока 4, укрепленного на штанге, и движением вперед в заданном направлении. При этом необходимо следить за тем, чтобы антенный блок 4 перемещался параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии Н (Н=5...10 см). Скорость перемещения антенного блока 4 выбирается в зависимости от условий поиска и должна быть в пределах 0,1...1,0 м/с. В процессе поиска необходимо чередовать поперечные и продольные перемещения антенного блока 4 таким образом, чтобы после каждого взмаха справа налево или слева направо антенный блок 4 перемещался вперед на расстояние 20 см (на величину своего линейного размера). При этом необходимо следить за тем, чтобы был обследован весь проверяемый участок местности, под поверхностью которой возможно нахождение биообъектов или их останков. При этом в грунте создается электромагнитное поле путем его электромагнитного зондирования. При достижении зондирующим сигналом биообъекта или его останков происходит его частичное отражение в сторону поверхности земли. Отраженный сигнал улавливается приемными антеннами 21 и 22. При этом приемная антенна 21 восприимчива только к отраженному сигналу с правой круговой поляризацией, а приемная антенна 22 - только к отраженному сигналу с левой круговой поляризацией (вращение вектора электромагнитного поля против часовой стрелки). На выходах усилителей 23 и 24 высокой частоты образуются следующие сигналы:Detection of the bombarded bioobjects or their remains is carried out by the operator by moving the antenna unit 4 mounted on the rod in front of him left and right and moving forward in a predetermined direction. In this case, it is necessary to ensure that the antenna unit 4 moves parallel to the surface being examined at a fixed distance H (H = 5 ... 10 cm). The speed of movement of the antenna unit 4 is selected depending on the search conditions and should be within 0.1 ... 1.0 m / s. In the search process, it is necessary to alternate the transverse and longitudinal movements of the antenna unit 4 so that after each swing from right to left or left to right, the antenna unit 4 moves forward by a distance of 20 cm (by the size of its linear size). In this case, it is necessary to ensure that the entire checked area is examined, under the surface of which it is possible to find biological objects or their remains. In this case, an electromagnetic field is created in the soil by means of its electromagnetic sounding. When the probing signal reaches a biological object or its remains, it partially reflects to the earth's surface. The reflected signal is picked up by the receiving antennas 21 and 22. In this case, the receiving antenna 21 is susceptible only to the reflected signal with the right circular polarization, and the receiving antenna 22 is only sensitive to the reflected signal with the left circular polarization (counter-clockwise rotation of the electromagnetic field vector). The outputs of the high-frequency amplifiers 23 and 24 produce the following signals:

uЛ(t)=UЛcos[ωС±Δω)t+φК(t)+φ1],u Л (t) = U Л cos [ω С ± Δω) t + φ К (t) + φ 1 ],

uП(t)=UПcos[ωС±Δω)t+φК(t)+φ2], 0≤t≤ТС,u P (t) = U P cos [ω С ± Δω) t + φ К (t) + φ 2 ], 0≤t≤T С ,

где индексы «П» и «Л» относятся соответственно к сигналам с правой и левой круговой поляризацией;where the indices "P" and "L" refer respectively to signals with right and left circular polarization;

UЛ(t), UП(t) - огибающие сигналов с правой и левой круговой поляризацией;U L (t), U P (t) - envelopes of signals with right and left circular polarization;

±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным отражением и другими дестабилизирующими факторами.± Δω - carrier frequency instability caused by incoherent reflection and other destabilizing factors.

Сигнал uп(t) с выхода усилителя 24 высокой частоты через ключ 25 поступает на первый вход перемножителя 26. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала глубине h залегания биообъекта, перемножитель 26 стробируется по времени с помощью ключа 25, на управляющий вход которого поступают стробирующие импульсы, формируемые блоком 14 управления мультиплексорами. Временная задержка импульсов определяется глубиной h залегания биообъектов в грунте. При изменении глубины меняется и время задержки. Отраженный сигнал uл(t) с выхода усилителя 23 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 30, на второй вход которого подается напряжение с выхода устройства 29 сдвига частоты, используемое в качестве гетеродинного напряжения (фиг.2,г)The signal u p (t) from the output of the high-frequency amplifier 24 through the key 25 is fed to the first input of the multiplier 26. In order for the measured phase difference to correspond to the depth h of the bioobject, the multiplier 26 is time-gated using the key 25, to the control input of which the gating pulses arrive formed by the block 14 control multiplexers. The time delay of the pulses is determined by the depth h of the occurrence of biological objects in the ground. When the depth changes, the delay time also changes. The reflected signal u l (t) from the output of the high-frequency amplifier 23 is fed to the first input of the mixer 30, the second input of which is supplied with the voltage from the output of the frequency shift device 29, used as a local oscillator voltage (Fig.2, g)

uГ(t)=UГcos(ωГt+φГ),u Г (t) = U Г cos (ω Г t + φ Г ),

где ωГСпр where ω Г = ω Спр

На выходе смесителя 30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 31 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.2,д)At the output of the mixer 30, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 31 is allocated the voltage of the intermediate (differential) frequency (figure 2, d)

uпр(t)=Uпр(t)cos[(ωпр±Δω)t+φK(t)+φпр], 0≤t≤TC u ave (t) = U pr (t) cos [(ω ave ± Δω) t + φ K ( t) + φ etc.], 0≤t≤T C

где

Figure 00000002
Where
Figure 00000002

K1 - коэффициент передачи смесителя;K 1 - gear ratio of the mixer;

ωпрСГ - промежуточная частота;ω CR = ω CG is the intermediate frequency;

ωпрСГ,ω CR = φ CG ,

которое поступает на второй вход перемножителя 26. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг.2,е)which is fed to the second input of the multiplier 26. At the output of the latter, a harmonic voltage is generated (figure 2, e)

u2(t)=U2(t)cos(ωГt+φГ+Δφ), 0≤t≤TC,u 2 (t) = U 2 (t) cos (ω Г t + φ Г + Δφ), 0≤t≤T C ,

где

Figure 00000003
Where
Figure 00000003

K2 - коэффициент передачи перемножителя;K 2 - transfer coefficient of the multiplier;

Δφ=φ21 - разность фаз между отраженными сигналами с правойΔφ = φ 21 is the phase difference between the reflected signals on the right

и левой круговой поляризацией;and left circular polarization;

которое выделяется узкополосным фильтром 27 и поступает на вход амплитудного ограничителя 32. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is allocated by the narrow-band filter 27 and is fed to the input of the amplitude limiter 32. A voltage is generated at the output of the latter

u3(t)=UOcos(ωГt+φГ+Δφ), 0≤t≤TC,u 3 (t) = U O cos (ω Г t + φ Г + Δφ), 0≤t≤T C ,

где UО - порог ограничения;where U O is the limit threshold;

которое поступает на первый вход фазового детектора 33, на второй вход которого подается напряжение гетеродина uг(t). На выходе последнего образуется постоянное напряжениеwhich is fed to the first input of the phase detector 33, to the second input of which the local oscillator voltage u g (t) is applied. At the output of the latter, a constant voltage is formed

uH(t)=UHcosΔφ,u H (t) = U H cosΔφ,

где

Figure 00000004
Where
Figure 00000004

К3 - коэффициент передачи фазового детектора;K 3 is the transfer coefficient of the phase detector;

пропорциональное измеряемому сдвигу фаз Δφ. Это напряжение сравнивается в блоке 34 сравнения с эталонным напряжениемproportional to the measured phase shift Δφ. This voltage is compared in block 34 comparison with the reference voltage

uЭ(Δφ)=UЭcosΔφu e (Δφ) = U e cosΔφ

где ΔφЭ - неизменяемый фазовый сдвиг, получаемый при зондировании грунта при отсутствии биообъектов.where Δφ E is the unchanged phase shift obtained by probing the soil in the absence of biological objects.

Сдвиг фаз Δφ определяется частотой зондирующего сигнала и электрическими параметрами грунта. Этот сдвиг фаз остается неизменным при зондировании грунта в отсутствии биообъектов, поскольку все определяющие его величины остаются постоянными. Поэтому в блоке 34 сравнения хранится эталонное напряжение, соответствующее сдвигу фаз ΔφЭ при зондировании грунта в отсутствие биообъектов.The phase shift Δφ is determined by the frequency of the probing signal and the electrical parameters of the soil. This phase shift remains unchanged when probing the soil in the absence of biological objects, since all the quantities determining it remain constant. Therefore, in block 34 of the comparison is stored the reference voltage corresponding to the phase shift Δφ E when probing the soil in the absence of biological objects.

Если uH(Δφ)≈uЭ(Δφ), то в блоке 34 сравнения не формируется постоянное напряжение.If u H (Δφ) ≈u E (Δφ), then the comparator 34 does not form a constant voltage.

При зондировании засыпанных биообъектов сигналы с правой и левой круговой поляризацией частично проходят через биообъекты, имеющие отличные от грунта электрические параметры (большую проводимость и диэлектрическую проницаемость). При прохождении электрической волны через биообъект изменяется фазовая скорость распространения волны. Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от биообъектов, на которые воздействует внешнее магнитное поле земли, то оно разделяется на две независимые составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора электромагнитного поля. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие имеют круговую поляризацию. Обе волны распространяются и отражаются от биообъектов с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами изменяются. Это явление обычно называется эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скоростью распространения и отражения сигналов с правой и левой круговой поляризацией от биообъектов, находится из соотношения:When probing filled bioobjects, signals with right and left circular polarization partially pass through bioobjects having electrical parameters that are different from the ground (high conductivity and permittivity). When an electric wave passes through a bioobject, the phase velocity of the wave propagates. When a plane-polarized electromagnetic wave is reflected from biological objects that are affected by the external magnetic field of the earth, it is divided into two independent components, which in the general case have elliptical polarization with opposite directions of rotation of the electromagnetic field vector. At frequencies of the decimeter range, both components have circular polarization. Both waves propagate and are reflected from bioobjects at different speeds, as a result of which the phase relations between these waves change. This phenomenon is usually called the Faraday effect, due to which the reflected signal experiences the rotation of the plane of polarization. The angle of rotation of the plane of polarization, which is determined by different speeds of propagation and reflection of signals with right and left circular polarization from biological objects, is found from the ratio:

Figure 00000005
Figure 00000005

где φ1, φ2 - фазовые запаздывания отраженных сигналов с правойwhere φ 1 , φ 2 are the phase delays of the reflected signals from the right

(вращение плоскости поляризации по часовой стрелке) и левой(rotation of the plane of polarization clockwise) and left

(вращение плоскости поляризации против часовой стрелки)(rotation of the plane of polarization counterclockwise)

круговой поляризации соответственно.circular polarization respectively.

Все это приводит к изменению сдвига фаз и значения выходного напряжения uн(Δφ) фазового детектора 33. При uH(Δφ)>uЭ(Δφ) в блоке 34 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 35, открывая его. В исходном состоянии ключи 25, 28 и 35 всегда закрыты. При этом выходное напряжение uн(Δφ) фазового детектора 33 через открытый ключ 35 поступает на второй вход блока 18 индикации. Причем факт регистрации выходного напряжения uн(Δφ) фазового замера свидетельствует о наличии биообъекта на данном участке грунта.All this leads to a change in the phase shift and the value of the output voltage u n (Δφ) of the phase detector 33. When u H (Δφ)> u Δ (Δφ), a constant voltage is generated in the comparison unit 34, which is supplied to the control input of the key 35, opening it . In the initial state, keys 25, 28 and 35 are always closed. In this case, the output voltage u n (Δφ) of the phase detector 33 through the public key 35 is supplied to the second input of the display unit 18. Moreover, the fact of registration of the output voltage u n (Δφ) of the phase measurement indicates the presence of a biological object on this site of soil.

На этом заканчивается процесс обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков.This concludes the process of locating bombarded biological objects or their remains.

На втором этапе обеспечивается обнаружение живых объектов с использованием для этого частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, значения которых находятся от единиц до десятков герц. С этой целью постоянное напряжение с выхода блока 34 сравнения поступает на управляющий вход ключа 28, открывая его.At the second stage, the detection of living objects is ensured using the respiratory rate and heart rate, the values of which are from units to tens of hertz. To this end, a constant voltage from the output of the comparison unit 34 is supplied to the control input of the key 28, opening it.

Принцип обнаружения живых объектов заключается в том, что излучают модулированный зондирующий сигнал, принимают отраженный от биообъекта сигнал, перемножают принимаемый и опорный сигналы, выделяют сигнал разностной частоты, осуществляют селекцию по дальности, выделяют спектральные составляющие сигнала разностной частоты, вызванные дыханием и сердечной деятельностью, принимаемый сигнал умножают на два квадратурных опорных сигнала для извлечения информации о его амплитуде и фазе, два образующихся квадратурных сигнала разностной частоты в последовательные моменты времени направляют с помощью мультиплексоров на входы двух многоканальных полосовых фильтров для устранения постоянного сигнала, вызванного отражениями от неподвижных объектов, и накопления полезного сигнала, производят опрос выходов многоканальных полосовых фильтров с помощью демультиплексоров с частотой, обеспечивающей обработку образующихся сигналов в реальном масштабе времени, производят обработку сигналов, действующих на выходах демультиплексоров, соответствующую виду модуляции зондирующего сигнала и реализующую пространственное разрешение (в случае линейно-частотно-модулированных зондирующих сигналов это может быть быстрое преобразование Фурье), формируют первый и второй сигналы, несущие информацию об изменениях амплитуды и фазы отраженного сигнала, соответствующего определенной дальности, выделяют информацию о перемещениях, дыхании и сердцебиении путем анализа этих сигналов.The principle of detecting living objects is that they emit a modulated sounding signal, receive a signal reflected from a biological object, multiply the received and reference signals, extract the difference frequency signal, perform distance selection, select the spectral components of the difference frequency signal caused by respiration and cardiac activity, the signal is multiplied by two quadrature reference signals to extract information about its amplitude and phase, two generated quadrature signals of the difference hour at successive times, they are sent using multiplexers to the inputs of two multichannel band-pass filters to eliminate the constant signal caused by reflections from stationary objects and to accumulate a useful signal, the outputs of the multichannel band-pass filters are polled using demultiplexers with a frequency that ensures the processing of the generated signals in real scale time, they process the signals acting on the outputs of the demultiplexers, corresponding to the type of modulation of the probe signal and realizing spatial resolution (in the case of linearly-frequency-modulated probing signals, this can be a fast Fourier transform), the first and second signals are generated that carry information about changes in the amplitude and phase of the reflected signal corresponding to a certain range, extract information about movements, respiration, and palpitations by analyzing these signals.

Принцип обнаружения живых объектов допускает применение различных видов модуляции зондирующего сигнала, в том числе импульсную частотную фазово-кодовую.The principle of detection of living objects allows the use of various types of modulation of the probe signal, including a pulsed frequency phase-code.

В качестве примера описан зондирующий сигнал с фазово-кодовой модуляцией (манипуляцией).As an example, a sounding signal with phase-code modulation (manipulation) is described.

Кроме того, для выделения характерных спектральных составляющих принимаемого сигнала и исключения потери информации суммируют амплитудные спектры первого и второго сигналов для каждой конкретной дальности.In addition, to highlight the characteristic spectral components of the received signal and to eliminate information loss, the amplitude spectra of the first and second signals for each specific range are summed.

Для улучшения пространственной селекции производят взаимное вычитание амплитудных спектров низкочастотных сигналов, соответствующих разным дальностям, для чего спектры умножаются на весовые коэффициенты, зависящие от дальности, выбирается спектр с максимальным значением, данный спектр умножается на нормирующий коэффициент и вычитается из остальных, нормирующий коэффициент определяется для каждой операции вычитания из условия равенства нулю спектральной составляющей результирующего спектра, соответствующей максимальной составляющей в вычитаемом спектре.To improve spatial selection, one subtracts the amplitude spectra of low-frequency signals corresponding to different ranges, for which the spectra are multiplied by weighting factors, which depend on the range, the spectrum with the maximum value is selected, this spectrum is multiplied by the normalizing coefficient and subtracted from the others, the normalizing coefficient is determined for each the operation of subtracting from the condition that the spectral component of the resulting spectrum corresponding to the maximum guide to the subtrahend spectrum.

Отраженный сигнал uл(t) с выхода приемной антенны 21 через усилитель 23 высокой частоты поступает на квадратурный демодулятор 5. В качестве гетеродинного сигнала на этот демодулятор через направленный ответвитель 2 подается часть мощности высокочастотного генератора 1. Квадратурные сигналы разностной частоты, действующие на выходах демодулятора 5, поступают непосредственно и через открытый ключ 28 на входы предварительных усилителей 6.1 и 6.2 соответственно, где они усиливаются, а затем поступают на входы полосовых фильтров 7.1 и 7.2. Нижняя частота полосы пропускания полосовых фильтров определяется частотой следования зондирующих импульсов, а верхняя частота определяется шириной спектра зондирующего сигнала. Сигналы с выходов полосовых фильтров 7.1 и 7.2 поступают на входы мультиплексоров 8.1 и 8.2. Мультиплексоры 8.1 и 8.2 осуществляют последовательную во времени подачу квадратурных сигналов разностной частоты на входы многоканальных полосовых фильтров 9.1 и 9.2. Блок 14 управления мультиплексорами формирует стробирующий импульс, задержанный относительно зондирующего на время, определяющее начало отсчета дальности, длительность стробирующего импульса равна либо меньше длительности зондирующего импульса.The reflected signal u l (t) from the output of the receiving antenna 21 through the high-frequency amplifier 23 is supplied to the quadrature demodulator 5. As a heterodyne signal to this demodulator, a part of the power of the high-frequency generator 1 is supplied through the directional coupler 2. The differential-frequency quadrature signals acting on the outputs of the demodulator 5, enter directly and through the public key 28 to the inputs of the preamplifiers 6.1 and 6.2, respectively, where they are amplified, and then enter the inputs of the bandpass filters 7.1 and 7.2. The lower frequency bandpass bandpass filters is determined by the repetition rate of the probe pulses, and the upper frequency is determined by the spectral width of the probe signal. The signals from the outputs of the bandpass filters 7.1 and 7.2 are fed to the inputs of the multiplexers 8.1 and 8.2. Multiplexers 8.1 and 8.2 provide a sequential time supply of quadrature differential frequency signals to the inputs of multi-channel bandpass filters 9.1 and 9.2. The multiplexer control unit 14 generates a gating pulse, delayed relative to the probing one for a while, which determines the beginning of the range reference, the duration of the gating pulse is equal to or less than the duration of the probing pulse.

Многоканальные полосовые фильтры 9.1 и 9.2 подавляют составляющую квадратурных сигналов разностной частоты, вызванную отражениями от неподвижных объектов и останков биообъектов, и выделяют переменную составляющую, вызванную перемещениями, дыханием и сердцебиением. Нижняя частота полосы пропускания каждой ячейки многоканального фильтра, которая определяется параметрами элементов фильтра и входным сопротивлением низкочастотного усилителя, выбирается порядка 0,1 Гц для пропускания спектральных составляющих, вызванных дыханием.Multichannel bandpass filters 9.1 and 9.2 suppress the component of the quadrature signals of the difference frequency caused by reflections from immovable objects and the remains of bioobjects, and a variable component caused by movements, breathing, and heartbeat is isolated. The lower frequency bandwidth of each cell of a multichannel filter, which is determined by the parameters of the filter elements and the input impedance of the low-frequency amplifier, is selected on the order of 0.1 Hz to pass the spectral components caused by respiration.

Сигналы с выходов многоканальных фильтров 9.1 и 9.2 поступают на входы демультиплексоров 10.1 и 10.2, выполненные на стандартных аналоговых микросхемах, с помощью которых производится опрос выходов ячеек многоканальных полосовых фильтров 9.1 и 9.2 с частотой, задаваемой блоком 15 управления демультиплексорами. Частота опроса каналов многоканальных полосовых фильтров 9.1 и 9.2 выбирается такой, чтобы обеспечить возможность проведения цифровой обработки сигналов, действующих на выходах демультиплексоров 10.1 и 10.2 в реальном масштабе времени. Действующие на выходах демультиплексоров 10.1 и 10.2 сигналы представляют собой растянутые во времени копии переменных составляющих квадратурных сигналов, поступающих на входы мультиплексоров 8.1 и 8.2. Выходы демультиплексоров 10.1 и 10.2 соединены с входами короткозамыкающих элементарных ключей 11.1 и 11.2, осуществляющих программно-управляемый разряд ячеек многоканальных полосовых фильтров 9.1 и 9.2 для устранения переходных процессов, связанных с воздействием сильных кратковременных сигналов, возникающих при перемещении объектов в облучаемой зоне. Сигналы с выходов короткозамыкающих электронных ключей 11.1 и 11.2 поступают на низкочастотные усилители 12.1 и 12.2 и далее на входы аналого-цифрового преобразователя 13, работа которого синхронизирована с работой демультиплексоров 10.1 и 10.2.The signals from the outputs of the multi-channel filters 9.1 and 9.2 are fed to the inputs of the demultiplexers 10.1 and 10.2, performed on standard analog microcircuits, with the help of which the outputs of the cells of the multi-channel bandpass filters 9.1 and 9.2 are polled with the frequency specified by the demultiplexer control unit 15. The sampling frequency of the channels of multichannel bandpass filters 9.1 and 9.2 is chosen so as to provide the possibility of digital processing of the signals acting on the outputs of demultiplexers 10.1 and 10.2 in real time. The signals acting at the outputs of demultiplexers 10.1 and 10.2 are time-stretched copies of the variable components of quadrature signals fed to the inputs of multiplexers 8.1 and 8.2. The outputs of the demultiplexers 10.1 and 10.2 are connected to the inputs of short-circuit elementary switches 11.1 and 11.2, which carry out program-controlled discharge of the cells of multi-channel bandpass filters 9.1 and 9.2 to eliminate transients associated with the action of strong short-term signals arising from the movement of objects in the irradiated zone. The signals from the outputs of short-circuit electronic keys 11.1 and 11.2 are fed to low-frequency amplifiers 12.1 and 12.2 and then to the inputs of the analog-to-digital converter 13, the operation of which is synchronized with the operation of demultiplexers 10.1 and 10.2.

Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 13 поступает на блок 17 цифровой обработки. В блоке 17 цифровой обработки проводится спектральный анализ квадратурных сигналов, соответствующих заданной дальности на временном интервале порядка 10...100 с. Суммируются амплитудные спектры квадратурных сигналов, соответствующих каждой конкретной дальности, и выделяются спектральные составляющие, соответствующих дыханию и сердечным сокращениям, амплитуда выбранных спектральных составляющих сравнивается с пороговыми значениями и принимается решение о том, что обнаруженный в облучаемой зоне биообъект является живым объектом, подлежащим быстрому извлечению из грунта или обломков разрушенного здания. С выхода блока 17 цифровой обработки сигналы поступают в блок 18 индикации.The signal from the output of the analog-to-digital Converter 13 is supplied to the digital processing unit 17. In block 17 of the digital processing, a spectral analysis of quadrature signals corresponding to a given range in a time interval of the order of 10 ... 100 s is performed. The amplitude spectra of the quadrature signals corresponding to each specific range are summed up and the spectral components corresponding to respiration and heartbeats are selected, the amplitude of the selected spectral components is compared with threshold values and a decision is made that the biological object detected in the irradiated zone is a living object that must be quickly removed from soil or debris of a destroyed building. From the output of the digital processing unit 17, the signals enter the display unit 18.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают поиск и обнаружение биообъектов и их останков, засыпанных различными видами грунта, в том числе повышенной неоднородностью, например развалинами зданий, землей, снегом и т.п., а также выявление среди них живых объектов, подлежащих быстрому спасению.Thus, the proposed method and device in comparison with prototypes and other technical solutions of a similar purpose provide the search and detection of biological objects and their remains, covered with various types of soil, including increased heterogeneity, such as ruins of buildings, land, snow, etc., and also the identification among them of living objects that are subject to rapid salvation.

При этом предлагаемый способ и устройство обеспечивают повышение достоверности поиска и обнаружения и разрешающей способности по глубине при определении местоположения биообъектов и их останков, находящихся под слоем грунта. Это достигается за счет использования поляризационной селекции и устранения неоднозначности фазовых измерений, что обеспечивается тем, что фазовые измерения осуществляются между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией, а не между зондирующим и отраженным сигналами. При этом фазовый сдвиг между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией измеряется на стабильной частоте ωг гетеродина, в качестве которого используется высокочастотный генератор после соответствующего сдвига по частоте. Поэтому процесс измерения фазового сдвига инвариантен к виду модуляции (манипуляции) зондирующего сигнала. К нестабильности амплитуды и несущей частоты отраженного сигнала, возникающих при некогерентном отражении сигнала от биообъектов и их останков и других дестабилизирующих факторах, что позволяет повысить точность измерения фазового сдвига Δφ и, следовательно, и точность определения местоположения биообъектов и их останков. Тем самым расширены функциональные возможности и улучшены эксплуатационные характеристики известного способа обнаружения живых объектов и устройства для его осуществления.Moreover, the proposed method and device provide an increase in the reliability of search and detection and resolution in depth when determining the location of biological objects and their remains under a layer of soil. This is achieved through the use of polarization selection and the elimination of the ambiguity of phase measurements, which is ensured by the fact that phase measurements are carried out between the reflected signals with right and left circular polarization, and not between the probing and reflected signals. In this case, the phase shift between the reflected signals with right and left circular polarization is measured at a stable frequency ω g of the local oscillator, which is used as a high-frequency generator after the corresponding frequency shift. Therefore, the process of measuring the phase shift is invariant to the form of modulation (manipulation) of the probe signal. The instability of the amplitude and carrier frequency of the reflected signal arising from incoherent reflection of the signal from biological objects and their remains and other destabilizing factors, which makes it possible to increase the accuracy of measuring the phase shift Δφ and, consequently, the accuracy of determining the location of biological objects and their remains. Thereby expanded functionality and improved operational characteristics of the known method for detecting living objects and devices for its implementation.

Источники информацииSources of information

1. Kun-Mu Chen, Mirsa D., Chuang H. - R. An.X band microwave Life-Detection System. IEEE Transachions on BME, v.33, 7, July, 1986.1. Kun-Mu Chen, Mirsa D., Chuang H. - R. An.X band microwave Life-Detection System. IEEE Transachions on BME, v. 33, 7, July, 1986.

2. Патент США №4958638, А 61 В 5/02.2. US Patent No. 4958638, A 61 B 5/02.

3. Патент США №5479120, H 03 К 5/06.3. US patent No. 5479120, H 03 K 5/06.

4. Патент РФ №2076336, G 01 S 13/52.4. RF patent No. 2076336, G 01 S 13/52.

5. Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М., 1983, с.136-137.5. Vinokurov V.K. and others. Safety in mountaineering. - M., 1983, p.136-137.

6. Патент РФ №2141119, G 01 S 13/02.6. RF patent No. 2111119, G 01 S 13/02.

Claims (2)

1. Способ обнаружения живых объектов, заключающийся в том, что излучают модулированный зондирующий сигнал в зону поиска, принимают отраженный сигнал, изменения амплитуды и фазы которого несут информацию о перемещении, дыхании и сердцебиении искомого объекта, перемножают его с двумя квадратурными опорными сигналами, образующиеся квадратурные сигналы разностной частоты в последовательные моменты времени направляют на входы двух наборов фильтров, подавляющих постоянную составляющую, вызванную отражениями от неподвижных объектов, производят опрос выходов фильтров, производят обработку образующихся сигналов, соответствующих виду модуляции зондирующего сигнала, и реализующую пространственное разрешение, формируют первый и второй сигналы, несущие информацию об изменениях амплитуды и фазы отраженного сигнала, соответствующего определенной дальности, выделяют информацию о перемещениях, дыхании и сердцебиении путем анализа этих сигналов, отличающийся тем, что осуществляют электромагнитное зондирование грунта в зоне поиска засыпанных биообъектов плоскополяризованным модулированным сигналом и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от биообъекта, при этом отраженный сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональном глубине залегания биообъекта, а отраженный сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, в качестве которого используют высокочастотный сигнал, сдвинутый по частоте на значение, равное промежуточной частоте, выделяют напряжение промежуточной частоты, перемножают его с отраженным сигналом правой круговой поляризации, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, ограничивают его по амплитуде, измеряют сдвиг фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, сравнивают измеренное значение сдвига фаз с эталонным значением и по результатам сравнения принимают решение о наличии биообъекта в зоне поиска и детальном анализе отраженного от него сигнала.1. A method for detecting living objects, which consists in emitting a modulated probe signal into the search area, receiving a reflected signal, the amplitude and phase changes of which carry information about the movement, breathing and heartbeat of the desired object, multiplying it with two quadrature reference signals, the resulting quadrature differential frequency signals at sequential times are sent to the inputs of two sets of filters that suppress the constant component caused by reflections from stationary objects, produced filter outputs are polled, the generated signals are processed corresponding to the modulation type of the probing signal and realizing spatial resolution, the first and second signals are generated that carry information about changes in the amplitude and phase of the reflected signal corresponding to a certain range, information about movements, respiration, and heartbeat is extracted by analysis of these signals, characterized in that the electromagnetic sounding of the soil is carried out in the search area of the bombarded biological objects with plane-polarized modulated signal and receiving signals with right and left circular polarization, reflected from the biological object, while the reflected signal with right circular polarization is gated in time proportional to the depth of the biological object, and the reflected signal with left circular polarization is converted in frequency using the local oscillator voltage, as which use a high-frequency signal shifted in frequency by a value equal to the intermediate frequency, isolate the voltage of the intermediate frequency, multiply it from the reflected signal of the right circular polarization, select the harmonic voltage at a stable frequency of the local oscillator, limit it in amplitude, measure the phase shift between the reflected signals with the right and left circular polarization at a stable frequency of the local oscillator, compare the measured value of the phase shift with a reference value and make a decision based on the results of comparison about the presence of a biological object in the search zone and a detailed analysis of the signal reflected from it. 2. Устройство для обнаружения живых объектов, включающее последовательно соединенные высокочастотный генератор, направленный ответвитель и импульсный модулятор, второй вход которого соединен с первым выходом генератора модулирующих импульсов, антенный блок, квадаратурный демодулятор, гетеродинный вход которого соединен с вторым выходом направленного ответвителя, первый и второй предварительные усилители, вход одного из которых соединен с первым выходом квадратурного демодулятора, первый и второй полосовые фильтры, входы которых соединены с выходами предварительных усилителей, первый и второй мультиплексоры, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров, а входы управления через блок управления мультиплексорами - с вторым выходом генератора модулирующих импульсов, первый и второй многоканальные полосовые фильтры, входы которых соединены с выходами мультиплексоров, первый и второй демультиплексоры, входы которых соединены с выходами многоканальных полосовых фильтров, а входы управления через блок управления демультиплексорами - с третьим выходом генератора модулирующих импульсов, первый и второй короткозамыкающие электронные ключи, входы которых соединены с выходами демультиплексоров, а входы управления - с первым выходом блока цифровой обработки, первый и второй низкочастотные усилители, входы которых соединены с выходами короткозамыкающих электронных ключей, а выходы - с входами аналого-цифрового преобразователя, блок индикации, соединенный через блок цифровой обработки с выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено поляризатором, двумя усилителями высокой частоты, тремя ключами, устройством сдвига частоты, перемножителем, смесителем, усилителем промежуточной частоты, узкополосным фильтром, амплитудным ограничителем, фазовым детектором и блоком сравнения, причем антенный блок выполнен в виде одной передающей антенны и двух приемных антенн, к выходу импульсного модулятора последовательно подключены поляризатор и передающая антенна, выход первой приемной антенны через первый усилитель высокой частоты подключен к радиочастотному входу квадратурного демодулятора, к выходу второй приемной антенны последовательно подключены второй усилитель высокой частоты, первый ключ, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления мультиплексорами, перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом устройства сдвига частоты, блок сравнения и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход подключен к второму входу блока индикации, вход второго предварительного усилителя через второй ключ соединен с вторым выходом квадратурного демодулятора и выходом блока сравнения, к второму выходу направленного ответвителя последовательно подключены устройство сдвига частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, и усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, передающая антенна излучает модулированный зондирующий сигнал с линейной поляризацией.2. A device for detecting living objects, including a series-connected high-frequency generator, a directional coupler and a pulse modulator, the second input of which is connected to the first output of the modulating pulse generator, an antenna unit, a quadrature demodulator, the local oscillator input of which is connected to the second output of the directional coupler, the first and second preamplifiers, the input of one of which is connected to the first output of the quadrature demodulator, the first and second bandpass filters, the inputs of which are the first and second multiplexers, the inputs of which are connected to the outputs of the bandpass filters, and the control inputs through the multiplexer control unit to the second output of the modulating pulse generator, the first and second multichannel bandpass filters, the inputs of which are connected to the outputs of the multiplexers, the first and the second demultiplexers, the inputs of which are connected to the outputs of the multi-channel bandpass filters, and the control inputs through the control unit of the demultiplexers - with the third output of the generator torus of modulating pulses, the first and second short-circuit electronic keys, the inputs of which are connected to the outputs of the demultiplexers, and the control inputs are the first output of the digital processing unit, the first and second low-frequency amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the short-circuit electronic keys, and the outputs are with the inputs of the analog -digital converter, an indication unit connected through a digital processing unit to the output of an analog-to-digital converter, characterized in that it is equipped with a polarizer, two amplifiers high frequency, three keys, a frequency shifter, a multiplier, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase detector and a comparison unit, the antenna unit being made as one transmitting antenna and two receiving antennas, to the output of the pulse modulator in series a polarizer and a transmitting antenna are connected, the output of the first receiving antenna through the first high-frequency amplifier is connected to the radio frequency input of the quadrature demodulator, to the output of the second the second receiving antenna, the second high-frequency amplifier is connected in series, the first key, the second input of which is connected to the first output of the multiplexer control unit, a multiplier, a narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase detector, the second input of which is connected to the output of the frequency shift device, the comparison unit, and the third key , the second input of which is connected to the output of the phase detector, and the output is connected to the second input of the display unit, the input of the second pre-amplifier is connected through the second key to the second the output of the quadrature demodulator and the output of the comparison unit, a frequency shifter, a mixer, the second input of which is connected to the output of the first high-frequency amplifier, and an intermediate-frequency amplifier, the output of which is connected to the second input of the multiplier, the transmitting antenna emits a modulated probe linear polarized signal.
RU2003129629/09A 2003-09-25 2003-09-25 Method for detection of living objects and device for its realization RU2260816C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129629/09A RU2260816C2 (en) 2003-09-25 2003-09-25 Method for detection of living objects and device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129629/09A RU2260816C2 (en) 2003-09-25 2003-09-25 Method for detection of living objects and device for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003129629A RU2003129629A (en) 2005-04-10
RU2260816C2 true RU2260816C2 (en) 2005-09-20

Family

ID=35611239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003129629/09A RU2260816C2 (en) 2003-09-25 2003-09-25 Method for detection of living objects and device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260816C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480785C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Device for detecting weakly vibrating objects
RU2480786C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Device for detecting weakly pulsating objects
RU2480784C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Biorythm detector
RU2482511C1 (en) * 2011-12-21 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Detector

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480785C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Device for detecting weakly vibrating objects
RU2480786C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Device for detecting weakly pulsating objects
RU2480784C1 (en) * 2011-12-21 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Biorythm detector
RU2482511C1 (en) * 2011-12-21 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Detector

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003129629A (en) 2005-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2313108C2 (en) Mode of detection living objects and an arrangement for its execution
US20210033724A1 (en) Multi-target life detection method based on radar signal and detection radar
US6031482A (en) Method and system for sensing and locating a person, e.g. under an avalanche
US7671784B2 (en) Computerized tomography using radar
JP3877783B2 (en) A method for finding the position of a living organism and a microwave probe using the
US6466155B2 (en) Method and apparatus for detecting a moving object through a barrier
US7570200B2 (en) Stepped frequency radar
US10983209B2 (en) Accurate signal compensations for UWB radar imaging in dispersive medium
US20090189740A1 (en) Method and system for detecting vital signs of living bodies
RU2260816C2 (en) Method for detection of living objects and device for its realization
RU2626313C1 (en) Substance remote detecting method and device for its implementation
Wei et al. Digitally assisted low IF architecture for noncontact vital sign detection
Radzicki et al. Standoff CW radar for through-the-wall detection of human heartbeat signatures
Ramadhamy et al. Clutter Reduction in Detecting Trapped Human Respiration Under Rubble for FMCW Radar System
RU2392852C2 (en) Impulse superbroadband sensor of remote breath and heartbeat monitoring
RU2498279C1 (en) Method for remote detection of substance
RU2442186C1 (en) The method of location of living objects and the device for the performance of the above method
RU2234112C1 (en) Geophysical radar
RU2433423C1 (en) Subsurface probing device
RU2402787C1 (en) Method of finding vessels in distress
RU2159942C1 (en) Procedure detecting location of living objects and microwave locator for realization of procedure
RU2141119C1 (en) Method detecting animated objects and device for its implementation
RU2723987C1 (en) Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation
RU2234694C2 (en) Device for probing building constructions
Meshulam et al. Microwave-Based Remote Bio-Sensing behind Walls