RU2451953C1 - Mine detector - Google Patents

Mine detector Download PDF

Info

Publication number
RU2451953C1
RU2451953C1 RU2010154803/28A RU2010154803A RU2451953C1 RU 2451953 C1 RU2451953 C1 RU 2451953C1 RU 2010154803/28 A RU2010154803/28 A RU 2010154803/28A RU 2010154803 A RU2010154803 A RU 2010154803A RU 2451953 C1 RU2451953 C1 RU 2451953C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
output
input
transmitting
detector
Prior art date
Application number
RU2010154803/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Валерий Антонович Шубарев (RU)
Валерий Антонович Шубарев
Николай Николаевич Иванов (RU)
Николай Николаевич Иванов
Мария Юрьевна Ковешникова (RU)
Мария Юрьевна Ковешникова
Евгений Александрович Михайлов (RU)
Евгений Александрович Михайлов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авангард"
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 Открытое акционерное общество "Авангард" filed Critical Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority to RU2010154803/28A priority Critical patent/RU2451953C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451953C1 publication Critical patent/RU2451953C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: mine detector has a power supply unit 1, a transmitting unit 2, a transmitting antenna 3, receiving antennae 4 and 5, a receiving unit 6, a thermal imager 7, an amplitude detector 8, a temperature measuring device 9, delay lines 10 and 11, subtracting units 12 and 13, integrating units 14 and 15, dividers 16 and 17, a reference voltage generating unit 18, a reference temperature generating unit 19, comparator units 20 and 21, switches 22, 23, 35 and 36, needle indicators 24 and 25, a strobe generator 26, a stroboscopic converter mixer 27, a correlator 28, a controlled delay unit 29, a multiplier 30, a low-pass filter 31, an optimal control 32, a range detector 33 and a flip-flop 34.
EFFECT: high reliability of detection and identification of subsurface objects, including mines, by excluding the interfering direct radiation of the transmitter and signals reflected from the air-ground boundary surface.
1 tbl, 1 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам, предназначенным для обнаружения инородных образований в почве, а конкретно мин, в частности противопехотных.The proposed device relates to the field of instrumentation, in particular to devices designed to detect foreign bodies in the soil, and specifically mines, in particular anti-personnel.

Проблема поиска и обнаружения мин чрезвычайно актуальна. Число их, находящихся в почве, измеряется сотнями миллионов, ежегодно к ним прибавляется 2,0-2,5 миллиона новых, а обезвреживается в лучшем случае 100 тысяч мин в год. На минных полях гибнут или получают увечья не только военнослужащие во время боевых действий, но и гражданские лица, посещающие места былых сражений. Мировая общественность последние годы поднимает вопрос о запрещении мин как вида оружия.The problem of searching and detecting mines is extremely relevant. The number of them in the soil is measured in hundreds of millions, annually 2.0-2.5 million new ones are added to them, and at best 100 thousand mines are neutralized. In minefields, not only military personnel are killed or injured during the hostilities, but also civilians visiting places of past battles. The world community in recent years raises the issue of banning mines as a type of weapon.

Современные средства обнаружения мин недалеко ушли от уровня Второй мировой войны.Modern means of detecting mines are not far from the level of World War II.

Известны устройства для обнаружения в почве инородных образований, в том числе и мин (авт. свид. СССР №336463, 380910, 411268, 417675, 734957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1462217, 1657988, 1781577, 1800219; патенты РФ №1806390, 2011110, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2206108; патенты США №3045116, 3744289, 4091322, 4289019; патент Великобритании №1349120; патенты Франции №2374628, 2504651; патент Германии №3112829; патенты Японии №46-11.795, 55-6.856, 63-22.531; Дикарев В.И., Койнаш Б.В., Сальников В.П., Сандулов Ю.А. Взрывоопасные объекты. Методы и средства поиска, обнаружения, обезвреживания и утилизации. - СПб. 2001 г. и другие).Known devices for detecting foreign formations in the soil, including mines (ed. Certificate of the USSR No. 336463, 380910, 411268, 417675, 734957, 930034, 932098, 941776, 947666, 1079946, 1208402, 1368685, 1462217, 1657988, 1781577 , 1800219; RF patents No. 1806390, 2011110, 2036372, 2047039, 2047815, 2053436, 2084757, 2206108; US patents No. 3045116, 3744289, 4091322, 4289019; UK patent No. 1349120; France patents No. 2374628, 2504651; German patent No. 3112829; Japan patents Nos. 46-11.795, 55-6.856, 63-22.531; Dikarev V.I., Koinash B.V., Salnikov V.P., Sandulov Yu.A. Explosive Hazardous Objects, Methods and Means of Search, Detection, Disinfection and utilization. - St. Petersburg, 2001 and others).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Миноискатель" (патент РФ №2206108, G01V 3/12, 2002), который и выбран в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is the Mine Detector (RF patent No. 2206108, G01V 3/12, 2002), which is selected as a prototype.

Известное устройство обеспечивает повышение помехоустойчивости, чувствительности и надежности обнаружения в почве мин, в том числе и неметаллических, например пластиковых, в условиях сильных помех естественного и искусственного происхождения.The known device provides increased noise immunity, sensitivity and reliability of detection in the soil of mines, including non-metallic, such as plastic, in conditions of strong interference of natural and artificial origin.

Однако надежные обнаружения и идентификация подповерхностных объектов, в том числе и мин, на различной глубине залегания в ряде случаев затруднены из-за мешающего прямого излучения передатчика и сигналов, отраженных от границы раздела воздух - грунт.However, reliable detection and identification of subsurface objects, including mines, at various depths is difficult in some cases due to interfering direct radiation from the transmitter and signals reflected from the air-ground interface.

Технической задачей изобретения является повышение надежности обнаружения и идентификации подповерхностных объектов, в том числе и мин, за счет исключения мешающего прямого излучения передатчика и сигналов, отраженных от границы раздела воздух - грунт.An object of the invention is to increase the reliability of detection and identification of subsurface objects, including mines, by eliminating interfering direct radiation from the transmitter and signals reflected from the air-ground interface.

Поставленная задача решается тем, что миноискатель, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные блок питания, передающий блок и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну и приемный блок, последовательно включенные вторую приемную антенну и тепловизор, последовательно включенные амплитудный детектор, первую линию задержки, первый блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, первый блок интегрирования, первый блок деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, и первый стрелочный индикатор, последовательно включенные измеритель температуры, вторую линию задержки, второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры, второй блок интегрирования, второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонной температуры, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры, и второй стрелочный индикатор, при этом в качестве передающего блока использован многочастотный источник СВЧ-энергии, антенны выполнены рупорными и объединены в антенный блок, укрепленный на штанге, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен формирователем строба, смесителем стробоскопического преобразователя, блоком регулируемой задержки, перемножителем, фильтром нижних частот, экстремальным регулятором, индикатором дальности, триггером, третьим и четвертым ключами, причем ко второму выходу передающего блока последовательно подключены смеситель стробоскопического преобразователя, второй вход которого соединен с выходом формирователя строба, триггер, второй вход которого соединен со вторым выходом блока регулируемой задержки, и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом приемного блока, а выход подключен ко входу амплитудного детектора, ко второму выходу передающего блока последовательно подключены перемножитель, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом приемного блока, фильтр нижних частот, экстремальный регулятор и блок регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор дальности, к выходу триггера подключен четвертый ключ, вход которого соединен с выходом тепловизора, а выход подключен к входу измерителя температуры.The problem is solved in that a mine detector, containing, in accordance with the closest analogue, a serially connected power supply unit, a transmitting unit and a transmitting antenna, a serially connected first receiving antenna and a receiving unit, serially connected a second receiving antenna and a thermal imager, serially connected amplitude detector, the first a delay line, a first subtraction unit, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector, the first integration unit, the first division unit, the second input which of the second is connected to the output of the reference voltage generating unit, the first key, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector, and the first dial indicator, a temperature meter in series, a second delay line, and a second block subtraction, the second input of which is connected to the output of the temperature meter, the second integration unit, the second division unit, the second input of which is connected to the output of the second subtraction unit, the second unit equalization, the second input of which is connected to the output of the reference temperature generating unit, the second key, the second input of which is connected to the output of the temperature meter, and the second dial indicator, while a multi-frequency microwave energy source is used as a transmitting unit, the antennas are made horn and combined into an antenna the block mounted on the rod differs from the closest analogue in that it is equipped with a strobe driver, a stroboscopic converter mixer, an adjustable delay unit, a multiplier, f low-frequency filter, extreme regulator, range indicator, trigger, third and fourth keys, and a mixer of a stroboscopic converter, the second input of which is connected to the output of the gate driver, is connected to the second output of the transmitting block, a trigger, the second input of which is connected to the second output of the adjustable delay unit , and a third key, the second input of which is connected to the output of the receiving unit, and the output is connected to the input of the amplitude detector, to the second output of the transmitting unit a multiplier is connected, the second input of which is connected through an adjustable delay unit to the output of the receiving unit, a low-pass filter, an extreme regulator and an adjustable delay unit, whose range indicator is connected to the second output, a fourth key is connected to the trigger output, the input of which is connected to the thermal imager output, and the output is connected to the input of the temperature meter.

Структурная схема миноискателя представлена на чертеже. Глубина проникновения энергии СВЧ-излучения в зависимости от длины волны в различных грунтах представлена в таблице. Анализ указанной таблицы свидетельствует о том, что для облучения почвы целесообразно использовать многочастотный источник СВЧ-энергии.The structural diagram of the mine detector is shown in the drawing. The penetration depth of microwave energy depending on the wavelength in various soils is presented in the table. An analysis of this table indicates that it is advisable to use a multi-frequency microwave energy source for irradiating the soil.

Миноискатель содержит последовательно включенные блок 1 питания, передающий блок 2 и передающую антенну 3, последовательно включенные первую приемную антенну 4, приемный блок 6, третий ключ 35, амплитудный детектор 8, первую линию 10 задержки, первый блок 12 вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 8, первый блок 14 интегрирования, первый блок 16 деления, второй вход которого соединен с выходом первого блока 12 вычитания, первый блок 20 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 18 формирования эталонного напряжения, первый ключ 22, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 8, и первый стрелочный индикатор 24, последовательно включенные вторую приемную антенну 5, тепловизор 7, четвертый ключ 36, второй вход которого соединен с выходом триггера 34, измеритель 9 температуры, вторую линию 11 задержки, второй блок 13 вычитания, второй вход которого соединен с выходом измерителя 9 температуры, второй блок 15 интегрирования, второй блок 17 деления, второй вход которого соединен с выходом блока 13 вычитания, второй блок 21 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 19 формирования эталонной температуры, второй ключ 23, второй вход которого соединен с выходом измерителя 9 температуры, и второй стрелочный индикатор 25, последовательно подключенные ко второму выходу передающего блока 2 смеситель 27 стробоскопического преобразователя, второй вход которого соединен с выходом формирователя 26 строба, триггер 34, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 29 регулируемой задержки, а выход подключен ко второму входу третьего ключа 35, последовательно подключенные ко второму выходу передающего блока 2 перемножитель 30, второй вход которого через блок 29 регулируемой задержки соединен с выходом приемного блока 6, фильтр 31 нижних частот, экстремальный регулятор 32, блок 29 регулируемой задержки и индикатор 33 дальности. Антенны 3, 4 и 5 выполнены рупорными, объединены в антенный блок и укреплены на штанге.The mine detector includes serially connected power supply unit 1, transmitting unit 2 and transmitting antenna 3, serially connected first receiving antenna 4, receiving unit 6, third key 35, amplitude detector 8, first delay line 10, first subtraction unit 12, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector 8, the first integration unit 14, the first division unit 16, the second input of which is connected to the output of the first subtraction unit 12, the first comparison unit 20, the second input of which is connected to the output of the reference generating unit 18 voltage, the first key 22, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector 8, and the first dial indicator 24, sequentially connected to the second receiving antenna 5, the thermal imager 7, the fourth key 36, the second input of which is connected to the output of the trigger 34, temperature meter 9, the second a delay line 11, a second subtraction unit 13, the second input of which is connected to the output of the temperature meter 9, a second integration unit 15, a second division unit 17, the second input of which is connected to the output of the subtraction unit 13, the second comparison unit 21, the second the input of which is connected to the output of the reference temperature generating unit 19, the second key 23, the second input of which is connected to the output of the temperature meter 9, and the second dial indicator 25 connected in series to the second output of the transmitting unit 2, the mixer 27 of the stroboscopic converter, the second input of which is connected to the output a gate former 26, a trigger 34, the second input of which is connected to the second output of the adjustable delay unit 29, and the output is connected to the second input of the third key 35, connected in series e to the second output of the transmitting unit 2, a multiplier 30, the second input of which through the adjustable delay unit 29 is connected to the output of the receiving unit 6, a low-pass filter 31, an extreme regulator 32, an adjustable delay unit 29 and a range indicator 33. Antennas 3, 4 and 5 are made horn, combined into an antenna unit and mounted on a rod.

Миноискатель работает следующим образом.The mine detector works as follows.

Основным режимом работы миноискателя является режим "Поиск". Этот режим устанавливается автоматически при включении прибора и используется при поиске и обнаружении подповерхностных объектов, в том числе и мин.The main mode of the mine detector is the "Search" mode. This mode is set automatically when the device is turned on and is used when searching and detecting subsurface objects, including mines.

При подаче на миноискатель напряжений питания передающий блок 2 формирует зондирующий СВЧ-сигнал, излучаемый передающей антенной 3 в направлении поверхности Земли.When applying voltage to the mine detector, the transmitting unit 2 generates a probing microwave signal emitted by the transmitting antenna 3 in the direction of the Earth's surface.

Обнаружение подповерхностных объектов, в том числе и мин, в режиме "Поиск" осуществляется сапером путем перемещения перед собой вправо-влево антенного блока, содержащего антенны 3-5 и укрепленного на штанге (не показан на чертеже), и движением вперед в заданном направлении. При этом необходимо следить за тем, чтобы антенный блок перемещался параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии (не более 5 см от нее). Скорость перемещения антенного блока выбирается в зависимости от условий поиска и должен быть в пределах 0,1…1,0 м/с. В процессе поиска необходимо чередовать поперечные и продольные перемещения антенного блока таким образом, чтобы после каждого взмаха справа налево или слева направо антенный блок перемещался вперед на расстояние до 20 см (на величину своего линейного размера). При этом необходимо следить за тем, чтобы был обследован весь проверяемый участок местности.Detection of subsurface objects, including mines, in the "Search" mode is carried out by a sapper by moving an antenna block containing antennas 3-5 and mounted on a rod (not shown in the drawing) in front of it to the right and left, and moving it forward in a given direction. In this case, it is necessary to ensure that the antenna unit moves parallel to the surface being examined at a fixed distance (no more than 5 cm from it). The speed of movement of the antenna unit 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 displacements of the antenna unit so that after each swing from right to left or left to right, the antenna unit moves forward up to 20 cm (by the size of its linear size). In this case, it is necessary to ensure that the entire checked area is examined.

Электромагнитная волна, отражающаяся от подповерхностного объекта (мины), воздействует на приемную антенну 4. На эту же антенну воздействует мешающее прямое излучение передатчика 2 и сигнал, отраженный от границы раздела воздух - грунт.An electromagnetic wave reflected from a subsurface object (mine) acts on the receiving antenna 4. The same antenna is affected by interfering direct radiation from the transmitter 2 and the signal reflected from the air-ground interface.

Часть энергии зондирующего сигнала со второго выхода передающего блока 2 поступает на первый вход смесителя 27 стробоскопического преобразователя, на второй вход которого подается короткий строб-импульс с выхода формирователя 26 строба. Сформированный в смесителе 27 импульс, представляющий собой мгновенное значение зондирующего периодического сигнала, поступает на установочный вход триггера 34. Триггер 34 переводится в первое (нулевое) состояние, при котором на его выходе формируется отрицательное напряжение.Part of the energy of the probe signal from the second output of the transmitting unit 2 is supplied to the first input of the mixer 27 of the stroboscopic converter, the second input of which is supplied with a short strobe pulse from the output of the gate former 26. The pulse generated in the mixer 27, which is the instantaneous value of the probing periodic signal, is supplied to the installation input of the trigger 34. The trigger 34 is transferred to the first (zero) state, in which a negative voltage is generated at its output.

Сигналы, отраженные от границы раздела сред и от подповерхностного объекта, поступают с выхода приемного блока 6 через блок 29 регулируемой задержки на первый вход перемножителя 30, на второй вход которого подается зондирующий сигнал со второго выхода передающего блока 2. Блок 29 регулируемой задержки, перемножитель 30, фильтр 31 нижних частот и экстремальный регулятор 32 образуют коррелятор 28. На выходе перемножителя 30 образуется низкочастотное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), которое выделяется фильтром 31 нижних частот. Экстремальный регулятор 32 поддерживает корреляционную функцию R(τ) на максимальном уровне, обеспечивая величину задержки τ, равной τз The signals reflected from the interface and from the subsurface object are received from the output of the receiving unit 6 through the adjustable delay unit 29 to the first input of the multiplier 30, the second input of which is supplied with a sounding signal from the second output of the transmitting unit 2. The adjustable delay unit 29, the multiplier 30 , the low-pass filter 31 and the extreme controller 32 form a correlator 28. At the output of the multiplier 30, a low-frequency voltage is generated proportional to the correlation function R (τ), which is highlighted by the low-pass filter 31 from. Extreme controller 32 maintains the correlation function R (τ) at the maximum level, providing a delay value τ equal to τ s

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где h - расстояние от передающей антенны 3 до подповерхностного объекта (мины),where h is the distance from the transmitting antenna 3 to the subsurface object (mines),

h=h1+h2;h = h 1 + h 2 ;

h1 - расстояние от передающей антенны 3 до Земли;h 1 is the distance from the transmitting antenna 3 to the Earth;

h2 - глубина залегания подповерхностного объекта (мины) в грунте;h 2 - the depth of the subsurface object (mines) in the ground;

с - скорость распространения радиоволн.C is the propagation velocity of radio waves.

Напряжение, пропорциональное h, поступает на вход индикатора 33 дальности и на второй вход триггера 34 со второго выхода блока 29 регулируемой задержки. Триггер 34 переводится во второе (единичное) состояние, при котором на его выходе формируется положительное напряжение. Это напряжение поступает на управляющие входы ключей 35 и 36, открывая их. Ключи 22, 23, 35 и 36 в исходном состоянии всегда закрыты. Блок 29 регулируемой задержки необходим для наиболее полного управления влиянием отражений от границы раздела сред на работу амплитудного детектора 8, измерителя 9 температуры и последующих блоков. Блок 29 регулируемой задержки обеспечивает задержку переменной, что позволяет устранять влияние прямого излучения передающей антенны 3 и сигналов, отраженных от границы раздела воздух - грунт и от слоев различной глубины залегания, т.е. осуществляет «стробирование по вертикали», которое обеспечивает последовательный просмотр подповерхностного пространства от границы раздела воздух - грунт до слоев различной глубины и определение h=h1+h2, которое фиксируется индикатором 33 дальности.A voltage proportional to h is supplied to the input of the range indicator 33 and to the second input of the trigger 34 from the second output of the adjustable delay unit 29. The trigger 34 is translated into the second (single) state, in which a positive voltage is generated at its output. This voltage is supplied to the control inputs of the keys 35 and 36, opening them. Keys 22, 23, 35 and 36 in the initial state are always closed. The adjustable delay unit 29 is necessary for the most complete control of the influence of reflections from the media interface on the operation of the amplitude detector 8, temperature meter 9, and subsequent blocks. The adjustable delay unit 29 provides a variable delay, which eliminates the influence of direct radiation of the transmitting antenna 3 and signals reflected from the air-ground interface and from layers of different depths, i.e. carries out "vertical gating", which provides sequential viewing of the subsurface space from the air - soil interface to layers of various depths and determining h = h 1 + h 2 , which is fixed by the range indicator 33.

«Стробирование по горизонтали» позволяет на фоне вариаций электромагнитного поля, не связанных с электромагнитной волной, отражающейся от подповерхностного объекта (мины), надежно выделять в подповерхностных слоях подповерхностные объекты (мины). Для исключения влияния периодических и квазистационарных вариаций электромагнитного поля Земли осуществляют периодические измерения напряженности поля и операцию нормирования разностного сигнала двух последовательных измерений, т.е. интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал. Операция сравнения нормированного сигнала с заданным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии подповерхностного объекта (мины).“Horizontal gating” allows against the background of electromagnetic field variations not related to the electromagnetic wave reflected from the subsurface object (mines), it is possible to reliably select subsurface objects (mines) in the subsurface layers. To exclude the influence of periodic and quasi-stationary variations of the Earth’s electromagnetic field, periodic measurements of the field strength and the operation of normalizing the difference signal of two successive measurements are carried out, i.e. integrate the difference signal, divide the difference signal into the integrated difference signal. The operation of comparing a normalized signal with a given threshold value allows you to make a decision about the presence or absence of a subsurface object (mine).

Для этого напряжение с выхода приемного блока 6 через открытый ключ 35 поступает на вход измерителя напряженности электромагнитного поля, в качестве которого может быть использован амплитудный детектор 8.To do this, the voltage from the output of the receiving unit 6 through the open key 35 is supplied to the input of the electromagnetic field strength meter, which can be used as an amplitude detector 8.

В каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений напряженности отраженного электромагнитного поля. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого сигнал, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией 10 задержки до момента сравнения его с последующим сигналом в блоке 12 вычитания. Операции интегрирования разностного сигнала и деления разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производится в блоках 14 и 16. В блоке 20 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, задаваемого блоком 18.At each observation point, at least two consecutive measurements of the intensity of the reflected electromagnetic field are made. Then, the operation of subtracting two consecutive measurements is performed. For this, the signal corresponding to the previous measurement is delayed by the delay line 10 until it is compared with the subsequent signal in the subtraction unit 12. The operations of integrating the difference signal and dividing the difference signal by the integrated difference signal are performed in blocks 14 and 16. In block 20, the normalized signal is compared with the threshold value of the signal specified by block 18.

Операция сравнения нормированного сигнала с заданным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии подповерхностного объекта (мины). Если нормированный сигнал превышает пороговое значение, то в блоке 20 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 22, открывая его. В исходном состоянии ключ 22 всегда закрыт. ри этом напряжение с выхода амплитудного детектора 8 через открытый ключ 22 поступает на стрелочный индикатор 24.The operation of comparing a normalized signal with a given threshold value allows you to make a decision about the presence or absence of a subsurface object (mine). If the normalized signal exceeds a threshold value, then a constant voltage is generated in the comparison unit 20, which is supplied to the control input of the key 22, opening it. In the initial state, key 22 is always closed. In this case, the voltage from the output of the amplitude detector 8 through the public key 22 is supplied to the dial indicator 24.

Многочастотный источник 2 СВЧ-энергии обеспечивает облучение почвы и находящихся в ней объектов, в том числе и мин. При этом в зависимости от типа почвы выбирается соответствующая длина волны СВЧ-излучения (таблица). При сложном характере почвы могут использоваться две и более длин волн одновременно или последовательно.A multi-frequency source of 2 microwave energy provides irradiation of the soil and objects located in it, including mines. In this case, depending on the type of soil, the appropriate wavelength of microwave radiation is selected (table). With the complex nature of the soil, two or more wavelengths can be used simultaneously or sequentially.

Возникающее температурное поле поверхности в результате нагрева слоя почвы на облучаемом участке воспринимается приемной антенной 5, тепловизором 7 и через ключ 36 измеряется измерителем 9 температуры. При этом в каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений температурного поля. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого тепловой сигнал, соответствующий предшествующему измерению, задерживается до момента сравнения его с последующим тепловым сигналом (температурой) в блоке 13 вычитания. Операции интегрирования разности температур и деления разности температур на проинтегрированную разность температур производится в блоках 15 и 17. В блоке 21 осуществляется сравнение нормированной температуры с пороговым значением температуры, задаваемым блоком 19. В случае превышения заданного порогового значения в блоке 19 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 23, открывая его. При этом измерения температуры с выхода измерителя 9 через открытый ключ 23 поступают на стрелочный индикатор 25.The resulting temperature field of the surface as a result of heating the soil layer in the irradiated area is perceived by the receiving antenna 5, the thermal imager 7 and is measured by the temperature meter 9 through the key 36. At the same time, at least two consecutive measurements of the temperature field are made at each observation point. Then, the operation of subtracting two consecutive measurements is performed. For this, the thermal signal corresponding to the previous measurement is delayed until it is compared with the subsequent thermal signal (temperature) in the subtraction unit 13. The operations of integrating the temperature difference and dividing the temperature difference by the integrated temperature difference are performed in blocks 15 and 17. In block 21, the normalized temperature is compared with the temperature threshold value set by block 19. If the specified threshold value is exceeded, a constant voltage is generated in block 19, which is supplied to the control input of the key 23, opening it. In this case, temperature measurements from the output of the meter 9 through the public key 23 are received on the dial indicator 25.

Предлагаемый миноискатель должен иметь следующие параметры:The proposed mine detector must have the following parameters:

1. Частота разогревающего почву СВЧ-излучения1. The frequency of the soil warming microwave radiation

Длина волны должна быть сравнима с глубиной проникновения излучения в почву и с размером искомого предмета (мина), обладающего иными, чем почва, теплофизическими свойствами. При этом следует учесть и нелинейный характер поглощения СВЧ-энергии в материалах, увеличивающегося с повышением частоты (таблица).The wavelength should be comparable with the depth of radiation penetration into the soil and with the size of the desired object (mine), which has thermophysical properties other than the soil. In this case, one should take into account the nonlinear nature of the absorption of microwave energy in materials, which increases with increasing frequency (table).

Таким образом, максимальную частоту следует выбирать из условия, чтобы волна не "обтекала" мину, т.е. длина волны не должна существенно превышать размер искомого предмета. Отсюда следует, что максимальную длину волны целесообразно брать не более 50...60 см, а минимальную частоту излучения соответственно порядка 500 МГц. При использовании нескольких длин они могут применяться последовательно или параллельно.Thus, the maximum frequency should be chosen so that the wave does not "flow around" the mine, i.e. the wavelength should not significantly exceed the size of the desired item. It follows that it is advisable to take the maximum wavelength no more than 50 ... 60 cm, and the minimum radiation frequency, respectively, of the order of 500 MHz. When using multiple lengths, they can be applied in series or in parallel.

2. Мощность СВЧ-излучения2. The power of microwave radiation

Эту мощность можно оценить из условия необходимости разогрева слоя почвы до заданного уровня, определяемого возможностью индикации подповерхностного объекта, при этом размеры слоя почвы определяются тактико-техническими требованиями поиска мин. Таким образом, для оценки мощности можно использовать следующие данные:This power can be estimated from the condition of the need to warm the soil layer to a predetermined level, determined by the ability to indicate a subsurface object, while the dimensions of the soil layer are determined by the tactical and technical requirements of the min search. Thus, the following data can be used to estimate power:

1 - толщина разогреваемого слоя порядка 5 см (глубина укладки противопехотной мины);1 - the thickness of the heated layer of the order of 5 cm (laying depth of anti-personnel mines);

S - облучаемая поверхность 0,5·0,5 м2 (больше размеров мины, но меньше величины шага сапера);S is the irradiated surface of 0.5 · 0.5 m 2 (more than the size of the mine, but less than the step size of the sapper);

c - теплоемкость почв 0,75±0,9 кДж/кг·°C;c - soil heat capacity 0.75 ± 0.9 kJ / kg · ° C;

ρ - плотность почв 900…1600 кг/м3;ρ - soil density 900 ... 1600 kg / m 3 ;

Δt - время облучения (время между шагами сапера по заминированному полю) не более 2 мин;Δt — irradiation time (time between steps of a sapper along a mined field) not more than 2 min;

ΔT - прирост температуры, регистрируемой датчиком, составляющий для современных средств контроля (тепловизор с измерителем температуры, матрицы из высокочувствительных термопар и т.д.) величину ~0,1°C, однако для надежного обнаружения это значение надо увеличить в пять раз.ΔT is the temperature increase recorded by the sensor, which for modern monitoring means (a thermal imager with a temperature meter, arrays of highly sensitive thermocouples, etc.) is ~ 0.1 ° C; however, for reliable detection, this value must be increased by a factor of five.

Учитывая, что при длине волны излучения ~12 м мощность Р СВЧ-излучения затухает в почве в 2…3 раза, получим:Considering that at a radiation wavelength of ~ 12 m, the power P of microwave radiation decays in the soil 2 ... 3 times, we get:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

т.е. излучаемая мощность должна составить сотни ватт.those. radiated power should be hundreds of watts.

3. Чувствительность миноискателя3. Mine detector sensitivity

Предлагаемое устройство регистрирует не абсолютную температуру облучаемой поверхности, а ее прирост, отсекая постоянный неинформативный для поставленной задачи электромагнитный и тепловой фоны. Это легко осуществить, разделив время облучения, равное времени измерения температуры, на отдельные интервалы, величину и число которых можно задавать произвольно. Кроме того, для исключения неинформативных электромагнитного и теплового фонов осуществляются периодические измерения напряженности электромагнитного и температурного полей поверхности и операции нормирования разности напряженностей и температур двух последовательных измерений. Операции сравнения нормированных разностей температур и сигнала с заданными пороговыми значениями позволяют повысить достоверность принятия решения о наличии или отсутствии мины.The proposed device does not record the absolute temperature of the irradiated surface, but its growth, cutting off the constant electromagnetic and thermal backgrounds that are not informative for the task. This is easy to do by dividing the irradiation time equal to the temperature measurement time into separate intervals, the value and number of which can be set arbitrarily. In addition, to exclude uninformative electromagnetic and thermal backgrounds, periodic measurements of the electromagnetic and temperature fields of the surface and the normalization of the difference between the intensities and temperatures of two consecutive measurements are carried out. The operations of comparing normalized temperature and signal differences with predetermined threshold values make it possible to increase the reliability of deciding on the presence or absence of a mine.

Использование в предлагаемом устройстве именно прироста температуры и напряженности электромагнитного поля в качестве регистрируемых параметров позволяет:Using in the proposed device it is the increase in temperature and electromagnetic field intensity as registered parameters allows you to:

- использовать известные из радиотехники методы и устройства выделения и анализа переменных сигналов на фоне постоянных составляющих;- use methods and devices known from radio engineering for the isolation and analysis of variable signals against a background of constant components;

- повысить информативность выявления мин, ибо лишь габариты мины и различные теплофизические свойства мин и почвы отражаются на искажении теплового потока, проявляясь в контуре искажающего тепловой поток предмета. Как правило, мины имеют некоторые правильные конфигурации (круг, прямоугольник, кольцо), обусловленные технологией изготовления мин. Помехи же (булыжники, корни растений, обломки кирпича и др.) имеют очертания неправильной формы. Чем выше чувствительность различения ΔТ, тем резче проявляются контуры искажающего тепловой поток предмета.- to increase the information content of the identification of mines, because only the dimensions of the mines and various thermophysical properties of mines and soil are reflected in the distortion of the heat flux, manifesting itself in the contour of the object distorting the heat flux. As a rule, mines have some correct configurations (circle, rectangle, ring), due to the technology of making mines. The interference (cobblestones, plant roots, fragments of bricks, etc.) have irregular shapes. The higher the discrimination sensitivity ΔТ, the sharper the contours of the object distorting the heat flux appear.

Современные медицинские тепловизоры и измерители температуры могут различать прирост температуры ΔT до 0,1°C. Естественно, чем выше чувствительность ΔТ регистрирующего устройства, тем меньше уровень мощности, необходимый для облучения почвы.Modern medical thermal imagers and temperature meters can distinguish between temperature increases ΔT up to 0.1 ° C. Naturally, the higher the sensitivity ΔT of the recording device, the lower the power level required for irradiating the soil.

4. Массогабаритные характеристики миноискателя4. Mass and size characteristics of the mine detector

Массогабаритные характеристики миноискателя также определяются тактико-техническими требованиями его эксплуатации: миноискатель должен быть автономным и обслуживаться персоналом из 1-2 человек.The overall dimensions of the mine detector are also determined by the tactical and technical requirements of its operation: the mine detector must be autonomous and serviced by personnel of 1-2 people.

Массогабаритные характеристики миноискателя складываются из четырех частей:The overall dimensions of the mine detector are composed of four parts:

а) многочастотный передающий блок СВЧ-излучений. В случае использования маломощных магнетронов масса и габариты передающего блока составляют 4…6 кг и 7…10 дм3 соответственно;a) multi-frequency transmitting unit of microwave radiation. In the case of using low-power magnetrons, the mass and dimensions of the transmitting unit are 4 ... 6 kg and 7 ... 10 dm 3, respectively;

б) источник питания. В случае использования аккумулятора (например, от автомобиля КамАЗ) масса 25 кг, а габариты 5 дм3;b) power source. In the case of using a battery (for example, from a KamAZ car), the mass is 25 kg, and the dimensions are 5 dm 3 ;

в) измеритель температурного поля. В случае использования тепловизора и измерителя температуры масса 2…3 кг и габариты 3 дм3;c) temperature field meter. In the case of using a thermal imager and a temperature meter, the mass is 2 ... 3 kg and dimensions 3 dm 3 ;

г) устройство защиты сапера от СВЧ-излучения. В принципе, возможно использовать просто спецодежду.d) a device to protect the sapper from microwave radiation. In principle, it is possible to use just overalls.

Проблема защиты - тема отдельного технического решения, и для предлагаемого миноискателя важно, что масса защитных устройств не должна превышать 2…3 кг.The protection problem is the topic of a separate technical solution, and for the proposed mine detector it is important that the mass of protective devices should not exceed 2 ... 3 kg.

Следовательно, даже при использовании комбинации известных устройств получаем габариты миноискателя на уровне 20 дм3, а массу порядка 35 кг. Такие характеристики уже приемлемы для автономного обслуживания персоналом из 1…3 человека, хотя не исключена возможность их снижения (например, повышением чувствительности измерителя температуры, снижением массы аккумулятора и др).Therefore, even when using a combination of known devices, we obtain the dimensions of the mine detector at the level of 20 dm 3 , and the mass is about 35 kg. Such characteristics are already acceptable for autonomous servicing by personnel of 1 ... 3 people, although it is possible that they can be reduced (for example, by increasing the sensitivity of the temperature meter, reducing the mass of the battery, etc.).

Предлагаемый миноискатель позволяет повысить помехоустойчивость, чувствительность и надежность обнаружения в почве мин, в том числе неметаллических, например пластиковых, в условиях сильных помех естественного и искусственного происхождения. Это достигается за счет исключения вариаций электромагнитного и температурного полей, не связанных с отраженным электромагнитным полем и с теплофизическими параметрами мин: тепловые помехи естественного (Солнце) и искусственного (промышленные установки, трубопроводы с горячей водой, тепловые трубы и т.д.) происхождения, использованием многочастотного источника СВЧ-энергии и применением рупорных антенн.The proposed mine detector allows you to increase the noise immunity, sensitivity and reliability of detection in the soil of mines, including non-metallic, such as plastic, in conditions of strong interference of natural and artificial origin. This is achieved by eliminating variations in the electromagnetic and temperature fields that are not related to the reflected electromagnetic field and the thermophysical parameters of mines: thermal interference of natural (Sun) and artificial (industrial installations, pipelines with hot water, heat pipes, etc.) origin, using a multi-frequency microwave energy source and using horn antennas.

Таким образом, предлагаемый миноискатель по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения позволяет повысить надежность обнаружения и идентификации подповерхностных объектов, в том числе и мин, а также определить дальность h от передающей антенны 3 до подповерхностного объекта (мины) и глубину h2 его залегания в грунте. Это достигается путем исключения мешающего прямого излучения передатчика 2 и сигналов, отраженных от границы раздела воздух - грунт.Thus, the proposed mine detector in comparison with the prototype and other technical solutions of a similar purpose can improve the reliability of detection and identification of subsurface objects, including mines, as well as determine the distance h from the transmitting antenna 3 to the subsurface object (mines) and its depth h 2 occurrence in the ground. This is achieved by eliminating the interfering direct radiation of the transmitter 2 and the signals reflected from the air-ground interface.

Характеристики проникновения радиоволн в почвуCharacteristics of penetration of radio waves into the soil Тип почвыSoil type Длина волны, смWavelength, cm Коэффициент затухания, дБ/мAttenuation coefficient, dB / m Глубина проникновения при ослаблении в 100 раз, мDepth of penetration when attenuating 100 times, m 1. Мерзлая почва1. Frozen soil 300300 4,24.2 4,54,5 2. Сухая почва2. Dry soil 500500 0,80.8 2525 3. Кварцевый песок3. Quartz sand 3,03.0 2,02.0 1010 4. Песчаный грунт с влажностью: 3%4. Sandy soil with moisture: 3% 33 300300 0,070,07 12%12% 6060 33 6,76.7 5. Глинистый грунт с влажностью: 3%5. Clay soil with moisture: 3% 33 11001100 0,020.02 12%12% 6060 1212 1,61,6

Claims (1)

Миноискатель, содержащий последовательно включенные блок питания, передающий блок и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну и приемный блок, последовательно включенные вторую приемную антенну и тепловизор, последовательно включенные амплитудный детектор, первую линию задержки, первый блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, первый блок интегрирования, первый блок деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, и первый стрелочный индикатор, последовательно включенные измеритель температуры, вторую линию задержки, второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры, второй блок интегрирования, второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом второго блока вычитания, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонной температуры, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя температуры, и второй стрелочный индикатор, при этом в качестве передающего блока использован многочастотный источник СВЧ-энергии, антенны выполнены рупорными и объединены в антенный блок, укрепленный на штанге, отличающийся тем, что он снабжен формирователем строба, смесителем стробоскопического преобразователя, блоком регулируемой задержки, перемножителем, фильтром нижних частот, экстремальным регулятором, индикатором дальности, триггером, третьим и четвертым ключами, причем ко второму выходу передающего блока последовательно подключены смеситель стробоскопического преобразователя, второй вход которого соединен с выходом формирователя строба, триггер, второй вход которого соединен со вторым выходом блока регулируемой задержки, и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом приемного блока, а выход подключен ко входу амплитудного детектора, ко второму выходу передающего блока последовательно подключены перемножитель, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом приемного блока, фильтр нижних частот, экстремальный регулятор и блок регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор дальности, к выходу триггера подключен четвертый ключ, вход которого соединен с выходом тепловизора, а выход подключен к входу измерителя температуры. Mine detector containing a serially connected power supply unit, a transmitting unit and a transmitting antenna, a serially connected first receiving antenna and a receiving unit, serially connected a second receiving antenna and a thermal imager, serially connected amplitude detector, a first delay line, a first subtraction unit, the second input of which is connected to the output amplitude detector, the first integration unit, the first division unit, the second input of which is connected to the output of the subtraction unit, the first comparison unit, the second input to connected to the output of the reference voltage generating unit, the first key, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector, and the first dial indicator, a temperature meter connected in series, a second delay line, a second subtraction unit, the second input of which is connected to the output of the temperature meter, the second block integration, the second division unit, the second input of which is connected to the output of the second subtraction unit, the second comparison unit, the second input of which is connected to the output of the standard formation unit temperature, the second key, the second input of which is connected to the output of the temperature meter, and the second dial indicator, while a multi-frequency microwave energy source is used as a transmitting unit, the antennas are made horn and combined into an antenna unit mounted on a rod, characterized in that it is equipped with a strobe driver, a stroboscopic converter mixer, an adjustable delay unit, a multiplier, a low-pass filter, an extreme regulator, a range indicator, a trigger, a third and a h with fourth keys, and a mixer of a stroboscopic converter, the second input of which is connected to the output of the gate driver, a trigger, the second input of which is connected to the second output of the adjustable delay unit, and a third key, the second input of which is connected to the output of the receiving unit, connected to the second output of the transmitting block, and the output is connected to the input of the amplitude detector, a multiplier is connected in series to the second output of the transmitting unit, the second input of which is through the adjustable delay unit connected to the output of the receiving unit, a low-pass filter, an extreme controller and an adjustable delay unit, the range indicator is connected to the second output of the trigger, a fourth key is connected to the trigger output, the input of which is connected to the output of the thermal imager, and the output is connected to the input of the temperature meter.
RU2010154803/28A 2010-12-30 2010-12-30 Mine detector RU2451953C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154803/28A RU2451953C1 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Mine detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154803/28A RU2451953C1 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Mine detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451953C1 true RU2451953C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010154803/28A RU2451953C1 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Mine detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451953C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2634453C1 (en) * 2016-05-19 2017-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Method of preventing threat to planet by estimating dimensions of passive space objects
RU2660391C1 (en) * 2017-03-16 2018-07-06 Григорий Николаевич Щербаков Nonlinear radar ranging device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2122224C1 (en) * 1997-12-25 1998-11-20 Научно-производственное предприятие "Маргатеп" Method of detection of mines in ground
RU2124758C1 (en) * 1997-10-02 1999-01-10 Слипченко Николай Николаевич Antivehicular mine detector
US6343534B1 (en) * 1998-10-08 2002-02-05 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Landmine detector with a high-power microwave illuminator and an infrared detector
RU2206108C1 (en) * 2002-04-23 2003-06-10 Заренков Вячеслав Адамович Mine detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124758C1 (en) * 1997-10-02 1999-01-10 Слипченко Николай Николаевич Antivehicular mine detector
RU2122224C1 (en) * 1997-12-25 1998-11-20 Научно-производственное предприятие "Маргатеп" Method of detection of mines in ground
US6343534B1 (en) * 1998-10-08 2002-02-05 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Landmine detector with a high-power microwave illuminator and an infrared detector
RU2206108C1 (en) * 2002-04-23 2003-06-10 Заренков Вячеслав Адамович Mine detector

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2634453C1 (en) * 2016-05-19 2017-10-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук Method of preventing threat to planet by estimating dimensions of passive space objects
RU2660391C1 (en) * 2017-03-16 2018-07-06 Григорий Николаевич Щербаков Nonlinear radar ranging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kasban et al. A comparative study of landmine detection techniques
US9086483B2 (en) Systems and methods for detecting and/or identifying materials
US7319233B2 (en) System, device, and method for detecting and characterizing explosive devices and weapons at safe standoff distances
CN104090305A (en) Non-imaging type and not-contact type microwave security inspection device and method based on microwave radars
RU2667695C1 (en) Lunar soil sounding method
RU2451953C1 (en) Mine detector
Wang et al. Remote sensing of lightning by a ground-based microwave radiometer
RU2206108C1 (en) Mine detector
Kesar Underground anomaly detection by electromagnetic shock waves
RU2375729C1 (en) Geophysical radar
RU2206107C1 (en) Procedure detecting mines in ground
Barrowes et al. Detection of conductivity voids and landmines using high frequency electromagnetic induction
Pochanin et al. GPR for pavement monitoring
Susek et al. Buried objects detection using noise radar
RU2122224C1 (en) Method of detection of mines in ground
RU2501032C1 (en) Method of determining permeability of barrier for broadband radar probing radiation
Franko et al. Thermography and Possibilities of its Application in Practice
CN104569997A (en) Laser striking alarming system based on thermotropic ultrasonic
Sjokvist et al. Thermal effects on solar radiated sand surfaces containing landmines—a heat transfer analysis
Santulli IR thermography for the detection of buried objects: A short review
Du et al. Study on ground penetrating radar in detecting of zero-temperature boundary under the railway bed
Mejibovsky et al. Geometric-optical model of radio wave refraction in multilayered subsoil media and its verification via GPR experiment
Sharma et al. Passive remote sensing of a buried object using a 29.9 GHz radiometer
Mohana et al. Landmine characterization applying GPR assessment and modeling approaches
Combrinck Transient electromagnetic exploration techniques: can they be applied to the landmine discrimination problem?

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151231