RU2480787C1 - Method and system for remote detection of objects - Google Patents
Method and system for remote detection of objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480787C1 RU2480787C1 RU2011137466/07A RU2011137466A RU2480787C1 RU 2480787 C1 RU2480787 C1 RU 2480787C1 RU 2011137466/07 A RU2011137466/07 A RU 2011137466/07A RU 2011137466 A RU2011137466 A RU 2011137466A RU 2480787 C1 RU2480787 C1 RU 2480787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- output
- code
- scanning
- reflected signal
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и, более точно, к способам и системам для обнаружения на расстоянии объектов различной природы, которые могут быть скрыты от наблюдателя оптически непрозрачными преградами, а также для визуального наблюдения за этими объектами.The present invention relates to the field of measurement technology and, more precisely, to methods and systems for the detection of objects of various nature at a distance that can be hidden from the observer by optically opaque obstacles, as well as for visual observation of these objects.
Обнаруживаемыми объектами могут быть живые существа (люди, животные) и неодушевленные предметы, выполненные из металла, дерева, пластмассы, других физических материалов и их комбинаций. В частности, это могут быть металлические предметы, например оружие, спрятанное в вещах, или другие металлические предметы, представляющие угрозу. В процессе обнаружения этих объектов они могут быть неподвижными или могут перемещаться.Detected objects can be living things (people, animals) and inanimate objects made of metal, wood, plastic, other physical materials and their combinations. In particular, it can be metal objects, for example, weapons hidden in things, or other metal objects that pose a threat. In the process of detecting these objects, they can be motionless or can move.
Оптически непрозрачными преградами могут быть вещи, одежда, любые материалы, стены, завалы и т.п. Преграды могут быть влажными.Optically opaque barriers can be things, clothes, any materials, walls, rubble, etc. Obstacles may be wet.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в самых различных областях применения. В частности, оно может быть использовано в охранных комплексах, аэропортах, на стадионах и других местах скопления людей для обнаружения оружия, скрытого в одежде или вещах, а также для визуального наблюдения за людьми, скрывающими его. Однако сфера применения предлагаемого изобретения гораздо шире. Так, оно может быть использовано для обнаружения вибрирующих объектов и измерения уровня их вибрации, а также для обнаружения человека, находящегося под завалами, по изменению положения поверхности его грудной клетки при дыхании.The present invention can be used in a wide variety of applications. In particular, it can be used in security complexes, airports, stadiums and other crowded places to detect weapons hidden in clothes or things, as well as for visual observation of people hiding them. However, the scope of the invention is much wider. So, it can be used to detect vibrating objects and measure their vibration level, as well as to detect a person under the rubble by changing the position of the surface of his chest during breathing.
Уровень техникиState of the art
Предлагаемые способ и система для обнаружения объектов относятся к способам и устройствам, основанным на отражении электромагнитных волн (класс МПК G01S 13).The proposed method and system for detecting objects relates to methods and devices based on the reflection of electromagnetic waves (IPC class G01S 13).
Известны способ и система для дистанционного обнаружения металлических предметов, например оружия, описанные в патенте США №US 6,720,905 от 2002 г. по классу США 342.22. В этом патенте они названы способом и системой для обнаружения замаскированного оружия, а также способом и системой для обнаружения угрозы.A known method and system for the remote detection of metal objects, such as weapons, are described in US patent No. US 6,720,905 from 2002 according to US class 342.22. In this patent, they are called a method and system for detecting camouflaged weapons, as well as a method and system for detecting a threat.
Способ по этому патенту заключается в том, что сканируют электромагнитным излучением контролируемое пространство, в котором могут находиться металлические предметы, представляющие потенциальную угрозу, и определяют наличие этих предметов при превышении заданного порога выходным сигналом приемника отраженного сигнала. Система по этому патенту содержит узел сканирования электромагнитным излучением некоторого контролируемого пространства, в котором могут находиться металлические предметы, представляющие потенциальную угрозу, а также соединенный с этим узлом приемник отраженного сигнала, дисплей, видеокамеру и соединенный с ними процессор, в котором обеспечена фиксация обнаружения металлического предмета при превышении заданного порога выходным сигналом указанного приемника.The method according to this patent consists in scanning a controlled space with electromagnetic radiation, in which metal objects representing a potential threat can be located, and determining the presence of these objects when a predetermined threshold is exceeded by the output signal of the reflected signal receiver. The system according to this patent contains an electromagnetic radiation scanning unit of a certain controlled space in which metal objects representing a potential threat can be located, as well as a reflected signal receiver connected to this node, a display, a video camera and a processor connected to them, in which a detection of a metal object is provided when the specified threshold is exceeded by the output signal of the specified receiver.
В этой системе узел сканирования выполнен в виде радара с линзовой антенной, сканирование которой обеспечивается за счет механического перемещения. Хотя в указанном патенте структура радара не раскрыта, очевидно, что он, как всякий радар, содержит также электронный передающий тракт, соединенный с названной антенной, и приемник отраженного сигнала, соединенный с процессором. В этой системе сигнал обнаружения металлического предмета формируется, если амплитуда выходного сигнала приемника отраженного сигнала превышает некоторый заданный порог. Этот порог может вычисляться, либо задаваться пользователем (оператором).In this system, the scanning unit is made in the form of a radar with a lens antenna, the scanning of which is ensured by mechanical movement. Although the structure of the radar is not disclosed in this patent, it is obvious that, like any radar, it also contains an electronic transmitting path connected to the aforementioned antenna and a reflected signal receiver connected to the processor. In this system, a metal object detection signal is generated if the amplitude of the output signal of the reflected signal receiver exceeds a predetermined threshold. This threshold can be calculated or set by the user (operator).
Эти способ и система имеют следующие недостатки.These method and system have the following disadvantages.
Два недостатка зависят от использования в них импульсного или непрерывного электромагнитного излучения. Если используется импульсное излучение, то это затрудняет обнаружение металлических предметов на небольшом расстоянии (менее 4 м) из-за малого времени (менее 10 пс) распространения электромагнитной волны на таком расстоянии и еще меньшей длительности отраженного сигнала. Если же используется непрерывное излучение, то примененное в радаре, входящем в прототип системы, амплитудное детектирование немодулированного или амплитудномодулированного отраженного сигнала и фиксация обнаружения металлических предметов по превышению заданного порога амплитудой выходного сигнала свидетельствует о том, что прототип способа и прототип системы имеют низкую помехоустойчивость при обнаружении металлических предметов.Two disadvantages depend on the use of pulsed or continuous electromagnetic radiation. If pulsed radiation is used, this makes it difficult to detect metallic objects at a short distance (less than 4 m) due to the short time (less than 10 ps) of the propagation of an electromagnetic wave at such a distance and even shorter duration of the reflected signal. If continuous radiation is used, then the amplitude detection of an unmodulated or amplitude-modulated reflected signal and the detection of metal objects that exceed the specified threshold by the amplitude of the output signal used in the radar included in the prototype system indicate that the prototype method and the prototype system have low noise immunity when detecting metal objects.
Еще один недостаток этих способа и системы состоит в том, что они не различают металлические предметы, представляющие потенциальную угрозу, и металлические предметы, которые не представляют потенциальной угрозы и стационарно находятся в секторе сканирования, например решетки ограждения.Another disadvantage of these method and system is that they do not distinguish between metallic objects that represent a potential threat and metal objects that do not pose a potential threat and are stationary in the scanning sector, for example, a fence grate.
Недостатки этой системы заключаются также в низкой скорости сканирования и в недостаточной надежности линзовой антенны из-за ее механического перемещения для изменения направления излучения (диаграммы направленности).The disadvantages of this system are also the low scanning speed and insufficient reliability of the lens antenna due to its mechanical movement to change the direction of radiation (radiation pattern).
Известны также способы и системы обнаружения объектов, основанные на излучении сверхширокополосного импульсного (зондирующего) сигнала в одном или нескольких направлениях, приеме и обработке отраженных сигналов (см. патент России №2384860 от 2009 г., МПК G01S 13/04, «Способ обнаружения людей и движущихся объектов за преградой и устройство для его осуществления»). В этих способе и устройстве дополнительно излучают непрерывный монохроматический сигнал в направлении зоны поиска для того, чтобы затем в результате обработки отраженного сигнала определить, содержатся ли в нем частоты, соответствующие дыханию человека. Способ и устройство по этому патенту имеют следующие недостатки:There are also known methods and systems for detecting objects based on the emission of an ultra-wideband pulse (probe) signal in one or several directions, receiving and processing reflected signals (see Russian patent No. 2384860 from 2009, IPC G01S 13/04, “Method for detecting people and moving objects beyond the barrier and a device for its implementation "). In this method and device, a continuous monochromatic signal is additionally emitted in the direction of the search zone so that, as a result of processing the reflected signal, it is determined whether it contains frequencies corresponding to human breathing. The method and apparatus of this patent have the following disadvantages:
- не способны различить металлические и неметаллические предметы, так как отраженный сигнал поступает от большой площади отражения, что не дает возможность определить от какого предмета этот сигнал поступил;- they are not able to distinguish between metallic and nonmetallic objects, since the reflected signal comes from a large reflection area, which makes it impossible to determine from what object this signal came from;
- требуют большого времени обнаружения объекта (более 1 секунды, реально - от 2-х до 10-ти секунд) из-за большой длительности математической обработки отраженного сигнала, производимой для определения наличия в нем частот, соответствующих дыханию человека;- require a long time to detect the object (more than 1 second, actually - from 2 to 10 seconds) due to the long duration of the mathematical processing of the reflected signal, performed to determine the presence in it of frequencies corresponding to human breathing;
- имеют низкую точность определения координат объекта из-за широкой диаграммы направленности антенн, входящих в состав устройства обнаружения объектов, и отсутствия сканирования пространства по большому количеству (более 1000) точек наблюдения, необходимому для обеспечения высокой точности определения;- have low accuracy in determining the coordinates of the object due to the wide radiation pattern of the antennas that make up the device for detecting objects, and the lack of scanning space for a large number (more than 1000) of observation points necessary to ensure high accuracy of determination;
- имеют низкую достоверность различения объектов разного размера из-за широкой диаграммы направленности антенн, входящих в состав устройства обнаружения объектов, и отсутствия сканирования пространства по большому количеству (более 1000) точек наблюдения, необходимому для обеспечения высокой достоверности различения размеров объекта;- have a low reliability of distinguishing objects of different sizes due to the wide radiation pattern of the antennas that make up the device for detecting objects, and the lack of scanning space for a large number (more than 1000) of observation points necessary to ensure high reliability of distinguishing the size of the object;
- не позволяют оперативно просматривать контролируемое пространство, поскольку используют фиксированные направления излучения.- do not allow to quickly view the controlled space, because they use fixed directions of radiation.
Прототипами предлагаемых способа и системы являются способ и система для дистанционного обнаружения металлических предметов, описанные в патенте России №2.327.189 от 2006 г. (опубл. в 2008 г.), МПК G01S 13/88, «Способ и система для дистанционного обнаружения металлических предметов, например оружия» и в идентичном ему патенте США тех же авторов US 7,683,822 от 2007 г. (опубл. в 2010 г.), пат. класс США 342/22, «Method and System for Remotely Detecting Metall Items».The prototypes of the proposed method and system are a method and system for remote detection of metal objects described in Russian patent No. 2.327.189 of 2006 (published in 2008), IPC G01S 13/88, “Method and system for remote detection of metal objects, for example, weapons ”and in an identical US patent of the same authors US 7,683,822 from 2007 (published in 2010), US Pat. US Class 342/22, Method and System for Remotely Detecting Metall Items.
Прототип способа заключается в том, что сканируют электромагнитным излучением контролируемое пространство, в котором могут находиться металлические предметы, представляющие потенциальную угрозу, и осуществляют следующие действия:The prototype of the method consists in scanning the controlled space in which the metallic objects representing a potential threat are scanned by electromagnetic radiation and carry out the following actions:
- в качестве электромагнитного излучения используют непрерывный частотномодулированный сверхвысокочастотный сигнал;- as electromagnetic radiation using a continuous frequency-modulated microwave signal;
- в начальный период сканирования, когда в секторе сканирования не допускается нахождение металлических предметов, представляющих потенциальную угрозу, запоминают в процессоре коды амплитуды выходных сигналов приемника отраженного сигнала для всех направлений излучения;- in the initial period of scanning, when metal objects of a potential threat are not allowed in the scanning sector, the amplitude codes of the output signals of the reflected signal receiver for all directions of radiation are stored in the processor;
- фиксируют в процессоре обнаружение металлических предметов, представляющих потенциальную угрозу, в последующих периодах сканирования, если при каком-либо направлении излучения выполняется одно из двух условий сравнения:- they fix in the processor the detection of metal objects that pose a potential threat in subsequent periods of scanning, if one of two comparison conditions is fulfilled for any direction of radiation:
Аi>A0+Δ или Аi<A0-Δ,A i > A 0 + Δ or A i <A 0 -Δ,
где Аi - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;where A i is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, period of scanning for any direction of radiation;
A0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, при котором получен код амплитуды Аi;A 0 is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction at which the amplitude code A i is obtained;
Δ>0 - допуск отклонения кода амплитуды A0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала.Δ> 0 is the tolerance of the deviation of the amplitude code A 0 , taking into account permissible changes in the reflected signal.
Прототип системы содержит узел сканирования электромагнитным излучением контролируемого пространства, в котором могут находиться металлические предметы, представляющие потенциальную угрозу, а также соединенный с этим узлом приемник отраженного сигнала, дисплей, видеокамеру и соединенный с ними процессор. Узел сканирования выполнен в виде фазированной антенной решетки, излучающей непрерывный частотномодулированный сверхвысокочастотный сигнал, управляющие входы этой решетки соединены с выходами процессора, а в процессоре обеспечены запоминание кодов амплитуды выходных сигналов приемника отраженного сигнала для всех направлений излучения в начальный период сканирования, когда в секторе сканирования не допускается нахождение металлических предметов, представляющих потенциальную угрозу, и фиксация обнаружения этих предметов в последующих периодах сканирования, если при каком-либо направлении излучения выполняется одно из двух условий сравнения:The prototype of the system contains an electromagnetic radiation scanning unit of the controlled space, which may contain metal objects that represent a potential threat, as well as a reflected signal receiver connected to this node, a display, a video camera, and a processor connected to them. The scanning unit is made in the form of a phased antenna array emitting a continuous frequency-modulated microwave signal, the control inputs of this array are connected to the processor outputs, and the processor stores the codes of the amplitude of the output signals of the reflected signal receiver for all directions of radiation in the initial scanning period when it is allowed to find metal objects that pose a potential threat, and fix the detection of these objects in the after uyuschih scanning periods, if any radiation direction of one of the two comparison conditions:
Аi>A0+Δ или Аi<A0-Δ,A i > A 0 + Δ or A i <A 0 -Δ,
где Аi - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;where A i is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, period of scanning for any direction of radiation;
A0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, при котором получен код амплитуды Аi;A 0 is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction at which the amplitude code A i is obtained;
Δ>0 - допуск отклонения кода амплитуды A0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала (этот допуск может задаваться пользователем (оператором) по аналогии с тем, как задается порог в прототипе).Δ> 0 is the tolerance of the deviation of the amplitude code A 0 , taking into account the permissible changes in the reflected signal (this tolerance can be set by the user (operator) by analogy with how the threshold is set in the prototype).
По сравнению со способом и системой, описанными в рассмотренном патенте США 6,720,905, прототипы предлагаемых способа и системы обеспечивают помехоустойчивость при обнаружении металлических предметов, позволяют не фиксировать обнаружение металлических предметов, которые стационарно находятся в секторе сканирования и не представляют угрозы, позволяют расширить диапазон допустимых расстояний от предлагаемой системы до обнаруживаемых объектов, а также увеличить скорость сканирования и надежность системы.Compared with the method and system described in US Pat. No. 6,720,905, prototypes of the proposed method and system provide noise immunity for detecting metal objects, not detecting metal objects that are stationary in the scanning sector and do not pose a threat, and expand the range of acceptable distances from the proposed system to detectable objects, and also increase the scanning speed and reliability of the system.
По сравнению со способом и устройством, описанными в упомянутом патенте России №2384860, прототипы предлагаемых способа и системы позволяют обнаруживать металлические предметы, обеспечивают автоматическое сканирование всего контролируемого пространства, существенно (примерно в 100 раз) меньшее время обнаружения объекта (0,02 секунды), значительно большую точность определения координат объекта и высокую достоверность различения объектов разного размера за счет сканирования контролируемого пространства по большому количеству (более 1000) точек наблюдения, но не позволяет обнаруживать людей, скрытых оптически непрозрачной преградой.Compared with the method and device described in the aforementioned Russian patent No. 2384860, the prototypes of the proposed method and system can detect metal objects, provide automatic scanning of the entire controlled space, significantly (about 100 times) shorter detection time of the object (0.02 seconds), significantly greater accuracy in determining the coordinates of the object and high reliability of distinguishing objects of different sizes by scanning a controlled space for a large number (more than 1000) then EC surveillance, but does not allow detection of people hidden optically opaque barrier.
Однако прототип способа и прототип системы имеют следующие недостатки.However, the prototype method and the prototype system have the following disadvantages.
Одним из этих недостатков является недостаточная помехоустойчивость, не позволяющая обнаруживать неметаллические объекты, в том числе живые существа, а также любые объекты сквозь влажные преграды.One of these disadvantages is the lack of noise immunity, which does not allow detecting non-metallic objects, including living things, as well as any objects through wet obstacles.
Другой их недостаток состоит в достаточно высоком уровне шумов, затрудняющем работу пользователя (оператора) и снижающим достоверность результатов обнаружения.Another disadvantage is the rather high noise level, which impedes the work of the user (operator) and reduces the reliability of the detection results.
Существенный недостаток прототипа способа и прототипа системы заключается также в недостаточно большой дальности обнаружения (до 5 метров), что не позволяет использовать их во многих областях применения.A significant disadvantage of the prototype method and the prototype of the system also lies in the insufficiently large detection range (up to 5 meters), which does not allow their use in many fields of application.
Раскрытие (сущность) изобретенияDisclosure (essence) of the invention
Задачей предлагаемого изобретения является разработка основанных на отражении электромагнитных волн таких способа и системы для дистанционного обнаружения объектов, которые по сравнению с прототипом обеспечили бы технический результат в виде одновременного достижения следующих целей:The objective of the invention is to develop based on the reflection of electromagnetic waves of such a method and system for remote detection of objects, which in comparison with the prototype would provide a technical result in the form of simultaneously achieving the following goals:
- обеспечения возможности обнаружения объектов различной природы, которые могут быть скрыты оптически непрозрачными преградами (в том числе влажными), в частности обнаружения металлических предметов, обнаружение живых существ, например обнаружения человека, находящегося под завалом;- providing the ability to detect objects of various nature that can be hidden by optically opaque obstacles (including wet), in particular the detection of metal objects, the detection of living things, for example, the detection of a person under the rubble;
- увеличение чувствительности приемника отраженного сигнала;- increase the sensitivity of the receiver of the reflected signal;
- увеличения дальности обнаружения объектов;- increase the range of detection of objects;
- повышения помехоустойчивости при обнаружении объектов;- increase noise immunity when detecting objects;
- повышения достоверности результатов обнаружения объектов;- increase the reliability of the results of detection of objects;
- снижения уровня шумов, облегчающего работу оператора.- noise reduction, facilitating the work of the operator.
Достижение указанных целей позволяет расширить сферу применения предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом.Achieving these goals allows you to expand the scope of the invention in comparison with the prototype.
Этот технический результат достигается благодаря предлагаемому способу дистанционного обнаружения объектов, при котором сканируют непрерывным частотномодулированным сверхвысокочастотным сигналом контролируемое пространство, в котором могут находиться обнаруживаемые объекты, определяют наличие этих объектов по выходному сигналу приемника отраженного сигнала и фиксируют их обнаружение в процессоре, запоминают в процессоре коды амплитуды выходных сигналов приемника отраженного сигнала для всех направлений излучения в начальный период сканирования и при этом осуществляют следующие действия:This technical result is achieved thanks to the proposed method for remote detection of objects, in which a controllable space in which the detected objects can be located is scanned by a continuous frequency-modulated microwave signal, the presence of these objects is determined by the output signal of the reflected signal receiver and their detection is recorded in the processor, amplitude codes are stored in the processor the output signals of the receiver of the reflected signal for all directions of radiation in the initial Heat-scanning, and thus carry out the following steps:
в приемнике отраженного сигнала принимают отраженный сигнал одновременно по нескольким приемным трактам, в каждом из которых смещают фазу непрерывного частотномодулированного сигнала на величину, соответствующую этому приемному тракту, и демодулируют усиленный отраженный сигнал посредством перемножения его с указанным непрерывным частотномодулированным сигналом со смещенной фазой, после чего формируют выходной сигнал приемника отраженного сигнала путем суммирования выходных сигналов всех указанных приемных трактов и затем фиксируют в процессоре обнаружение объектов в периодах сканирования, следующих после начального периода сканирования, если при каком-либо направлении излучения выполняется одно из двух условий сравнения:in the receiver of the reflected signal, the reflected signal is received simultaneously along several receiving paths, in each of which the phase of the continuous frequency-modulated signal is shifted by the value corresponding to this receiving path, and the amplified reflected signal is demodulated by multiplying it with the specified continuous frequency-modulated signal with a shifted phase, and then form the output signal of the receiver of the reflected signal by summing the output signals of all these receiving paths and then fix ruyut detection of objects in a processor in the scanning period following the initial scanning period, if any radiation direction of one of the two comparison conditions:
(Аi+Аi-1)/2>А0+Δ или (Ai+Ai-1)/2<A0-Δ,(A i + A i-1 ) / 2> A 0 + Δ or (A i + A i-1 ) / 2 <A 0 -Δ,
где i - порядковый номер периода сканирования кроме начального периода (i=1, 2, …);where i is the sequence number of the scanning period except the initial period (i = 1, 2, ...);
Ai - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, i-ом периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;A i is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, i-th scanning period for any direction of radiation;
Ai-1 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в (i-1)-ом периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A i-1 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the (i-1) -th scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
A0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A 0 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
Δ>0 - допуск отклонения кода A0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала.Δ> 0 is the tolerance of the deviation of the code A 0 , taking into account permissible changes in the reflected signal.
Получению этого технического результата способствует то, что устанавливают рабочую частоту непрерывного частотномодулированного сверхвысокочастотного сигнала в диапазоне от 2550 до 2650 МГц.This technical result is facilitated by the fact that the operating frequency of the continuous frequency-modulated microwave signal is set in the range from 2550 to 2650 MHz.
Этот же технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемой системе для дистанционного обнаружения объектов, содержащей узел сканирования непрерывным частотномодулированным сигналом контролируемого пространства, в котором могут находиться обнаруживаемые объекты, выполненный в виде передающей фазированной антенной решетки, а также соединенный с этим узлом приемник отраженного сигнала, дисплей, видеокамеру и соединенный с ними процессор, в котором обеспечены запоминание кодов амплитуды выходных сигналов приемника отраженного сигнала для всех направлений излучения в начальный период сканирования и фиксация обнаружения этих объектов в последующих периодах сканирования, предусмотрено следующее:The same technical result is achieved due to the fact that in the proposed system for remote detection of objects containing a scanning unit with a continuous frequency-modulated signal of a controlled space, in which there can be detected objects made in the form of a transmitting phased antenna array, as well as a reflected signal receiver connected to this node , a display, a video camera, and a processor connected to them, in which the amplitude codes of the output signals of the receiver are stored trazhennogo signal for all of the radiation directions in the initial period of the scan detection and fixing these objects in subsequent scanning periods, provided:
приемник отраженного сигнала выполнен в виде приемной фазированной антенной решетки, представляющей несколько независимых приемных трактов, и аналого-цифрового преобразователя, у которого выход соединен с информационным входом процессора, а вход соединен с выходами всех указанных приемных трактов, каждый из которых содержит гетеродинную приемную структуру со смесителем и регулятор фазы, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя, причем управляющие входы гетеродинной приемной структуры каждого из указанных трактов соединены с выходами процессора, и при этом в процессоре обеспечена фиксация обнаружения объектов в периодах сканирования, следующих после начального периода сканирования, если при каком-либо направлении излучения выполняется одно из двух условий сравнения:the reflected signal receiver is made in the form of a receiving phased antenna array representing several independent receiving paths, and an analog-to-digital converter, in which the output is connected to the information input of the processor, and the input is connected to the outputs of all these receiving paths, each of which contains a heterodyne receiving structure with a mixer and a phase regulator, the output of which is connected to the heterodyne input of the mixer, the control inputs of the heterodyne receiving structure of each of these paths being are dined with the outputs of the processor, and at the same time, the processor provides a fix for detecting objects in the scanning periods following the initial scanning period if one of two comparison conditions is fulfilled for any direction of radiation:
(Аi+Аi-1)/2>А0+Δ или (Ai+Ai-1)/2<A0-Δ,(A i + A i-1 ) / 2> A 0 + Δ or (A i + A i-1 ) / 2 <A 0 -Δ,
где i - порядковый номер периода сканирования кроме начального периода (i=1, 2, …);where i is the sequence number of the scanning period except the initial period (i = 1, 2, ...);
Аi - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, i-ом периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;And i is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, i-th period of scanning for any direction of radiation;
Ai-1 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в (i-1)-ом периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A i-1 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the (i-1) -th scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
A0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A 0 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
Δ>0 - допуск отклонения кода A0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала.Δ> 0 is the tolerance of the deviation of the code A 0 , taking into account permissible changes in the reflected signal.
Технический результат достигается также благодаря тому, что в предлагаемой системе передающие и приемные антенны, входящие соответственно в передающие и приемные фазированные антенные решетки, имеют разную (противоположную) поляризацию. Например, если передающие антенны имеют вертикальную поляризацию, то необходимо, чтобы приемные антенны имели горизонтальную поляризацию.The technical result is also achieved due to the fact that in the proposed system, the transmitting and receiving antennas included respectively in the transmitting and receiving phased antenna arrays have different (opposite) polarization. For example, if the transmitting antennas have vertical polarization, then it is necessary that the receiving antennas have horizontal polarization.
Получению этого технического результата способствует то, что в предлагаемой системе в передающей и приемной фазированных антенных решетках использована рабочая частота непрерывного частотномодулированного сверхвысокочастотного сигнала в диапазоне от 2550 до 2650 МГц.This technical result is facilitated by the fact that in the proposed system, in the transmitting and receiving phased antenna arrays, the operating frequency of the continuous frequency-modulated microwave signal in the range from 2550 to 2650 MHz is used.
Получение технического результата в предлагаемых способе и системе обусловлено следующим.Obtaining a technical result in the proposed method and system is due to the following.
В предлагаемых способе и системе обеспечение возможности обнаружения объектов различной природы, которые могут быть скрыты оптически непрозрачными преградами, в том числе обнаружения металлических предметов и живых существ, достигается за счет повышения помехоустойчивости при обнаружении объектов при одновременном повышения чувствительности приемника отраженного сигнала.In the proposed method and system, the ability to detect objects of various nature that can be hidden by optically opaque obstacles, including the detection of metal objects and living things, is achieved by increasing noise immunity when detecting objects while increasing the sensitivity of the reflected signal receiver.
Повышение помехоустойчивости при обнаружении объектов и снижение уровня шумов на экране дисплея достигается в предлагаемых способе и системе тем, что в них в условиях сравнения, от результата которых зависит фиксация обнаружения объекта, используется код усредненной величины Аi,ср выходного сигнала приемника отраженного сигнала:An increase in noise immunity during the detection of objects and a decrease in the noise level on the display screen is achieved in the proposed method and system by the fact that in them, under comparison conditions, the detection of the object depends on the result of which, the code of the averaged value A i, cp of the output signal of the reflected signal receiver is used:
Ai,cp=(Ai+Ai-1)/2,A i, cp = (A i + A i-1 ) / 2,
где все величины определены выше.where all values are defined above.
Повышение чувствительности приемника отраженного сигнала и увеличение дальности обнаружения объекта достигается тем, что в предлагаемом способе в приемнике отраженного сигнала принимают отраженный сигнал одновременно по нескольким приемным трактам, в каждом из которых смещают фазу непрерывного частотномодулированного сигнала на величину, соответствующую этому приемному тракту, и демодулируют усиленный отраженный сигнал посредством перемножения его с указанным непрерывным частотномодулированным сигналом со смещенной фазой, после чего формируют выходной сигнал приемника отраженного сигнала путем суммирования выходных сигналов всех указанных приемных трактов, и тем, что в предлагаемой системе приемник отраженного сигнала выполнен в виде приемной фазированной антенной решетки, представляющей несколько независимых приемных трактов, и аналого-цифрового преобразователя, у которого выход соединен с информационным входом процессора, а вход соединен с выходами всех указанных приемных трактов, каждый из которых содержит гетеродинную приемную структуру со смесителем и регулятор фазы, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя, причем управляющие входы гетеродинной приемной структуры каждого из указанных трактов соединены с выходами процессора.Increasing the sensitivity of the reflected signal receiver and increasing the detection range of the object is achieved by the fact that in the proposed method, the reflected signal is received in the reflected signal receiver along several receiving paths, in each of which the phase of the continuous frequency-modulated signal is shifted by an amount corresponding to this receiving path, and the amplified reflected signal by multiplying it with the specified continuous frequency-modulated signal with a shifted phase, last why form the output signal of the reflected signal receiver by summing the output signals of all these receiving paths, and the fact that in the proposed system the reflected signal receiver is made in the form of a phased receiving antenna array representing several independent receiving paths, and an analog-to-digital converter with an output connected to the information input of the processor, and the input is connected to the outputs of all these receiving paths, each of which contains a heterodyne receiving structure from the mixer m and phase controller, whose output is connected to the local oscillator input of the mixer, wherein the control inputs of the heterodyne receiver structure of each of said paths are connected to the processor outputs.
В прототипе использовался один приемный тракт с чувствительностью 5 мкВ, а в предлагаемой системе используются несколько приемных трактов с той же чувствительностью каждый. За счет сложения полезного сигнала на их объединенном выходе общая чувствительность приемника отраженного сигнала, т.е. чувствительность системы, увеличилась примерно пропорционально количеству приемных трактов.The prototype used one receive path with a sensitivity of 5 μV, and the proposed system uses several receive paths with the same sensitivity each. By adding the useful signal to their combined output, the overall sensitivity of the reflected signal receiver, i.e. the sensitivity of the system increased approximately in proportion to the number of receiving paths.
Увеличение чувствительности системы и использование разной поляризации передающих и приемных антенн позволило увеличить дальность обнаружения до 15-ти метров, в то время как в прототипе она была до 5-ти метров.Increasing the sensitivity of the system and the use of different polarization of transmitting and receiving antennas allowed to increase the detection range to 15 meters, while in the prototype it was up to 5 meters.
В предлагаемых способе и системе повышение достоверности результатов обнаружения объектов достигается за счет повышения помехоустойчивости при обнаружении объектов, а облегчение работы пользователя (оператора) достигается благодаря снижению уровня помех на экране дисплея.In the proposed method and system, increasing the reliability of the results of detection of objects is achieved by increasing the noise immunity when detecting objects, and facilitating the work of the user (operator) is achieved by reducing the level of interference on the display screen.
Выбор диапазона рабочей частоты излучаемого непрерывного частотномодулированного сверхвысокочастотного сигнала в диапазоне от 2550 до 2650 МГц в предлагаемых способе и системе способствует получению технического результата, поскольку позволяет получить следующие преимущества:The choice of the operating frequency range of the emitted continuous frequency-modulated microwave signal in the range from 2550 to 2650 MHz in the proposed method and system helps to obtain a technical result, since it allows to obtain the following advantages:
- обеспечивает возможность работы сквозь преграды с повышенной влажностью;- provides the ability to work through obstacles with high humidity;
- позволяет использовать компактные фазированные антенные решетки, поскольку для эффективной их работы расстояние между антеннами зависит от рабочей частоты излучаемого сигнала и должно быть не меньше, чем ½ длины рабочей волны;- allows the use of compact phased antenna arrays, since for their effective operation the distance between the antennas depends on the working frequency of the emitted signal and should be no less than ½ of the working wavelength;
- позволяет использовать минимальные размеры передающих и приемных антенн, обусловленные выбранным диапазоном рабочих частот излучаемого сигнала.- allows you to use the minimum size of the transmitting and receiving antennas, due to the selected range of operating frequencies of the emitted signal.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой системы.The drawing shows a functional diagram of the proposed system.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Описание предлагаемой системыDescription of the proposed system
Предлагаемая система содержит передающую фазированную антенную решетку 1, излучающую непрерывный частотномодулированный сверхвысокочастотный сигнал, приемник 2 отраженного сигнала, процессор 3, дисплей 4 и видеокамеру 5.The proposed system contains a phased transmitting antenna array 1 emitting a continuous frequency-modulated microwave signal, a reflected signal receiver 2, a processor 3, a display 4 and a video camera 5.
Передающая фазированная антенная решетка 1 содержит модулирующий генератор 6, СВЧ-генератор 7, вход которого соединен с выходом генератора 6, и набор модулей 8 передающей фазированной антенной решетки 1.The transmitting phased antenna array 1 contains a modulating generator 6, a microwave generator 7, the input of which is connected to the output of the generator 6, and a set of modules 8 of the transmitting phased antenna array 1.
Генератор 6 служит для формирования модулирующего сигнала, а СВЧ-генератор 7 - для формирования непрерывного частотномодулированного сверхвысокочастотного сигнала.The generator 6 is used to generate a modulating signal, and the microwave generator 7 is used to generate a continuous frequency-modulated microwave signal.
Каждый модуль 8 передающей фазированной антенной решетки 1 состоит из двухвходового регулятора 9 фазы (называемого также фазовращателем), двухвходового передающего усилителя 10 и соединенной с его выходом передающей антенны 11. Первые входы всех регуляторов 9 объединены и являются общим входом всех модулей 8, который соединен с выходом СВЧ-генератора 7. Первый вход передающего усилителя 10 служит для подачи сигнала с выхода регулятора 9.Each module 8 of the transmitting phased antenna array 1 consists of a two-input phase regulator 9 (also called a phase shifter), a two-input transmit amplifier 10 and a transmit antenna 11 connected to its output. The first inputs of all the regulators 9 are combined and are the common input of all modules 8, which is connected to the output of the microwave generator 7. The first input of the transmitting amplifier 10 serves to supply a signal from the output of the regulator 9.
Второй вход регулятора 9 служит для регулирования фазы, а второй вход передающего усилителя 10 служит для регулирования усиления. Указанные вторые входы регулятора 9 фазы и передающего усилителя 10 всех модулей 8 являются управляющими входами передающей фазированной антенной решетки 1, которые соединены с выходами процессора 3.The second input of the regulator 9 serves to control the phase, and the second input of the transmitting amplifier 10 serves to control the gain. These second inputs of the phase controller 9 and the transmitting amplifier 10 of all modules 8 are the control inputs of the transmitting phased antenna array 1, which are connected to the outputs of the processor 3.
Конструктивно передающие антенны 11 расположены на равном расстоянии одна от другой в плоскости, перпендикулярной осевому направлению излучения. Для формирования остронаправленного (или, иначе говоря, узконаправленного) электромагнитного излучения и изменения его направления минимальное количество модулей 8 в фазированной антенной решетке 1 равно четырем.Structurally, the transmitting antennas 11 are located at an equal distance from one another in a plane perpendicular to the axial direction of radiation. For the formation of a highly directional (or, in other words, narrowly) electromagnetic radiation and a change in its direction, the minimum number of modules 8 in the phased array 1 is four.
Приемник 2 отраженного сигнала выполнен в виде приемной фазированной антенной решетки, которую будем также обозначать номером 2. Приемная фазированная антенная решетка 2 содержит набор модулей 12 и установленный на объединенном выходе этих модулей 12 аналого-цифровой преобразователь 13, выход которого соединен с информационным входом процессора 3.The receiver 2 of the reflected signal is made in the form of a receiving phased antenna array, which we will also denote by number 2. A receiving phased antenna array 2 contains a set of modules 12 and an analog-to-digital converter 13 installed at the combined output of these modules 12, the output of which is connected to the information input of processor 3 .
Каждый модуль 12 представляет независимый приемный тракт и, следовательно, приемная фазированная антенная решетка 2 представляет несколько независимых приемных трактов.Each module 12 represents an independent receiving path and, therefore, the phased receiving antenna array 2 represents several independent receiving paths.
Каждый модуль 12 содержит приемную антенну 14, соединенную с ней последовательную гетеродинную структуру, состоящую из двухвходового антенного усилителя 15, двухвходового смесителя 16, фильтра 17, усилителя 18, и двухвходового регулятора 19 фазы. Выход регулятора 19 фазы соединен с гетеродинным входом смесителя 16.Each module 12 contains a receiving antenna 14 connected to it by a serial heterodyne structure consisting of a two-input antenna amplifier 15, a two-input mixer 16, a filter 17, an amplifier 18, and a two-input phase regulator 19. The output of the phase controller 19 is connected to the heterodyne input of the mixer 16.
Первые входы регуляторов 19 фазы всех модулей 12 соединены с выходом СВЧ-генератора 7.The first inputs of the phase controllers 19 of all modules 12 are connected to the output of the microwave generator 7.
Второй вход регулятора 19 фазы служит для регулирования фазы, а второй вход антенного усилителя 15 служит для регулирования коэффициента усиления. Указанные вторые входы регулятора 19 фазы и антенного усилителя 15 являются управляющими входами приемной фазированной антенной решетки 2, или, иначе говоря, приемника 2 отраженного сигнала.The second input of the phase controller 19 serves to control the phase, and the second input of the antenna amplifier 15 serves to control the gain. These second inputs of the phase controller 19 and the antenna amplifier 15 are the control inputs of the receiving phased antenna array 2, or, in other words, the receiver 2 of the reflected signal.
Конструктивно приемные антенны 14 в приемной фазированной антенной решетке 2 (т.е. в приемнике 2), расположены на равном расстоянии одна от другой в плоскости, перпендикулярной осевому направлению излучения. Для формирования остронаправленной (или, иначе говоря, узконаправленной) диаграммы приема отраженного излучения и изменения ее направления минимальное количество модулей в приемной фазированной антенной решетке равно четырем.Structurally, the receiving antennas 14 in the receiving phased antenna array 2 (i.e., in the receiver 2) are located at an equal distance from one another in a plane perpendicular to the axial direction of radiation. For the formation of a highly directional (or, in other words, narrowly directed) pattern of receiving reflected radiation and changing its direction, the minimum number of modules in the receiving phased antenna array is four.
Передающие антенны 11 и приемные антенны 14, входящие соответственно в передающие и приемные фазированные антенные решетки 1 и 2, имеют разную (противоположную) поляризацию. Например, если передающие антенны 11 имеют вертикальную поляризацию, то приемные антенны 14 имеют горизонтальную поляризацию.Transmitting antennas 11 and receiving antennas 14 included in the transmitting and receiving phased antenna arrays 1 and 2, respectively, have different (opposite) polarization. For example, if the transmitting antennas 11 are vertically polarized, then the receiving antennas 14 are horizontally polarized.
Дисплей 4 соединен с выходом процессора 3, а видеокамера 5 - со входом процессора 3.The display 4 is connected to the output of the processor 3, and the camcorder 5 is connected to the input of the processor 3.
Процессор 3 обеспечивает выполнение следующих функций:The processor 3 provides the following functions:
- формирование сигналов управления регуляторами 9 фазы и передающими усилителями 10 для обеспечения сканирования некоторого контролируемого пространства остронаправленным излучением передающей фазированной антенной решетки 1;- the formation of control signals for phase 9 controllers and transmitting amplifiers 10 to ensure scanning of a certain controlled space with highly directional radiation of a transmitting phased antenna array 1;
- формирование сигналов управления антенными усилителями 14 и регуляторами 19 фазы для обеспечения сканирования некоторого контролируемого пространства остронаправленной диаграммой приема отраженного излучения приемной фазированной антенной решетки 2;- the formation of control signals for antenna amplifiers 14 and phase controllers 19 to ensure scanning of a certain controlled space with a highly directional pattern of reflected radiation reception of a receiving phased antenna array 2;
- фиксацию обнаружения объекта, который может представлять интерес, и фиксацию направления излучения, в котором обнаружен этот объект;- fixing the detection of an object that may be of interest, and fixing the direction of radiation in which this object is detected;
- формирование координат местоположения обнаруженного объекта, определяемых направлением излучения, в котором этот объект обнаружен;- the formation of the coordinates of the location of the detected object, determined by the direction of radiation in which this object is detected;
- прием видеоизображения сектора сканирования от видеокамеры 5;- receiving video images of the scanning sector from the camcorder 5;
- совмещение на экране дисплея 4 видеоизображения сектора сканирования и координат местоположения обнаруженного объекта.- the combination on the screen of the display 4 of the video image of the scanning sector and the coordinates of the location of the detected object.
В процессоре 3 обеспечено запоминание кодов амплитуды А0 выходных сигналов приемника 2 для всех направлений излучения в начальный (0-й) период сканирования. Ниже будет показано, что эти коды будут использованы при последующих обнаружениях объектов.In the processor 3, the amplitude codes A 0 of the output signals of the receiver 2 are stored for all directions of radiation in the initial (0th) scanning period. It will be shown below that these codes will be used in subsequent discoveries of objects.
В процессоре 3 обеспечена фиксация обнаружения объектов в периодах сканирования, следующих после начального периода сканирования, если при каком-либо направлении излучения выполняется одно из двух условий сравнения:In processor 3, the detection of objects in the scanning periods following the initial scanning period is secured if one of the two comparison conditions is fulfilled for any direction of radiation:
илиor
где i - порядковый номер периода сканирования, кроме начального периода (i=1, 2, …);where i is the serial number of the scanning period, except for the initial period (i = 1, 2, ...);
Ai - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, i-ом периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;A i is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, i-th scanning period for any direction of radiation;
Ai-1 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в (i-1)-ом периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A i-1 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the (i-1) -th scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
A0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Аi;A 0 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
Δ>0 - допуск отклонения кода A0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала (этот допуск может задаваться пользователем (оператором)).Δ> 0 is the deviation tolerance of code A 0 , which takes into account permissible changes in the reflected signal (this tolerance can be set by the user (operator)).
Условия (1) и (2) обусловлены непрерывностью излучения фазированной антенной решетки 1. Условие (1) выполняется, если в каком-либо направлении излучения фаза отраженного сигнала в 0-м периоде сканирования совпадает с фазой отраженного сигнала в i-м (i>0) периоде сканирования. Условие (2) выполняется, если в каком-либо направлении излучения фаза отраженного сигнала в 0-м периоде сканирования противоположна фазе отраженного сигнала в i-м (i>0) периоде сканирования.Conditions (1) and (2) are determined by the continuity of the radiation of the phased antenna array 1. Condition (1) is satisfied if the phase of the reflected signal in the 0th scanning period coincides with the phase of the reflected signal in the ith one in any direction of the radiation (i> 0) scan period. Condition (2) is fulfilled if the phase of the reflected signal in the 0th scanning period in the direction of the radiation is opposite to the phase of the reflected signal in the ith (i> 0) scanning period.
Описание работы предлагаемой системыDescription of the proposed system
Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.
Передающая фазированная антенная решетка 1 формирует остронаправленное электромагнитное излучение, которым она сканирует некоторое пространство, называемое пространственным сектором сканирования или просто сектором сканирования, либо сценой. В секторе сканирования располагаются объекты, которые могут представлять интерес для пользователя (оператора), а также объекты, не представляющие интереса для пользователя. К таким объектам, например, могут относиться металлические решетки ограждения. Необходимое для сканирования изменение направления остронаправленного электромагнитного излучения в секторе сканирования производится по управляющим сигналам процессора 3, подаваемым на управляющие входы передающей фазированной антенной решетки 1, а именно на вторые входы регуляторов 9 фазы и передающих усилителей 10 всех модулей 8.The transmitting phased antenna array 1 generates a highly directional electromagnetic radiation with which it scans a certain space, called a spatial scanning sector or simply a scanning sector, or a scene. In the scanning sector are objects that may be of interest to the user (operator), as well as objects that are not of interest to the user. Such objects, for example, may include metal grating fencing. The change in direction of highly directional electromagnetic radiation necessary for scanning in the scanning sector is made according to the control signals of the processor 3 supplied to the control inputs of the transmitting phased antenna array 1, namely, to the second inputs of the phase 9 controllers and transmitting amplifiers 10 of all modules 8.
Модулирующий генератор 6 формирует сигнал, который модулирует выходной сигнал СВЧ-генератора 7. Непрерывный частотномодулированный сверхвысокочастотный выходной сигнал СВЧ-генератора 7 поступает на входы всех модулей 8 передающей фазированной антенной решетки 1. В каждом модуле 8 фаза этого сигнала регулируется регулятором 9, а амплитуда - усилителем 10. Сигнал с выхода усилителя 10 в каждом модуле 8 излучается передающей антенной 11. Излучаемые антеннами 11 электромагнитные волны суммируются в секторе сканирования и образуют остронаправленное излучение, направление которого может быть изменено за счет изменения фазы выходного сигнала СВЧ-генератора 7 в регуляторах 9 фазы.The modulating generator 6 generates a signal that modulates the output signal of the microwave generator 7. A continuous frequency-modulated microwave output signal of the microwave generator 7 is supplied to the inputs of all modules 8 of the transmitting phased antenna array 1. In each module 8, the phase of this signal is regulated by regulator 9, and the amplitude amplifier 10. The signal from the output of amplifier 10 in each module 8 is emitted by the transmitting antenna 11. The electromagnetic waves emitted by the antennas 11 are summed in the scanning sector and form sharply directed nd the radiation direction of which can be changed by changing the phase of the microwave generator 7, the output signal in phase adjusters 9.
При нахождении объекта в секторе сканирования электромагнитное излучение отражается от этого объекта, и отраженный сигнал принимается приемником 2 (т.е., приемной фазированной решеткой 2). В приемнике 2 отраженный сигнал выделяется приемными антеннами 14 во всех модулях 12 и усиливается антенными усилителями 15.When an object is in the scanning sector, electromagnetic radiation is reflected from this object, and the reflected signal is received by the receiver 2 (i.e., a receiving phased array 2). At receiver 2, the reflected signal is extracted by receiving antennas 14 in all modules 12 and amplified by antenna amplifiers 15.
Управляемые процессором 3 регуляторы 19 фазы смещают фазу непрерывного частотномодулированного сигнала СВЧ-генератора 7 индивидуально для каждого модуля 12 на величину, задаваемую процессором 3 для каждого приемного тракта, т.е. для каждого модуля 12, и подают непрерывный частотномодулированный сигнал со смещенной фазой на смесители 16 в своих модулях 12. Это смещение фазы производят для изменения направления приема отраженного излучения, соответствующего диаграмме приема отраженного сигнала.The 19 phase controllers controlled by the processor 3 shift the phase of the continuous frequency-modulated signal of the microwave generator 7 individually for each module 12 by the amount specified by the processor 3 for each receiving path, i.e. for each module 12, and a continuous frequency-modulated phase-shifted signal is supplied to the mixers 16 in their modules 12. This phase shift is performed to change the direction of reception of the reflected radiation corresponding to the reception diagram of the reflected signal.
Далее, в каждом модуле 12 выходной сигнал антенного усилителя 15 демодулируется в смесителе 16 посредством перемножения его с непрерывным частотномодулированным сигналом со смещенной фазой, подаваемым регулятором 19 фазы.Further, in each module 12, the output signal of the antenna amplifier 15 is demodulated in the mixer 16 by multiplying it with a continuous frequency-modulated phase-shifted signal supplied by the phase controller 19.
Демодулированный сигнал на выходе смесителя 16 фильтруется фильтром 17 и усиливается до требуемого уровня усилителем 17.The demodulated signal at the output of the mixer 16 is filtered by a filter 17 and amplified to the desired level by an amplifier 17.
На объединенном выходе всех приемных трактов, т.е. на входе аналого-цифрового преобразователя 13 формируется аналоговый выходной сигнал приемника 2 путем суммирования выходных сигналов усилителей 18 всех модулей 12. Этот выходной аналоговый сигнал приемника 2 преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 13 в цифровой код. Этот код подается в процессор 3, который производит его обработку, как будет показано ниже.At the combined output of all receiving paths, i.e. at the input of the analog-to-digital converter 13, the analog output signal of the receiver 2 is formed by summing the output signals of the amplifiers 18 of all modules 12. This output analog signal of the receiver 2 is converted in the analog-to-digital converter 13 into a digital code. This code is fed to processor 3, which processes it, as will be shown below.
Сканирование контролируемого пространства передающей фазированной антенной решеткой 1 производится периодами, в каждом из которых остронаправленное излучение подается по всем направлениям излучения по одному разу. Аналогичным образом сканирование контролируемого пространства приемной фазированной антенной решеткой 2 производится такими же периодами, в каждом из которых отраженное излучение, соответствующее остронаправленной диаграмме приема, принимается по всем направлениям излучения по одному разу. Каждому направлению излучения передающей фазированной антенной решетки 1 соответствует одинаковое с ним направление отраженного излучения, принимаемого приемной фазированной антенной решеткой 2.Scanning of the controlled space by the transmitting phased antenna array 1 is carried out by periods in each of which sharply directed radiation is supplied once in all directions of radiation. Similarly, scanning of the controlled space by the receiving phased antenna array 2 is carried out in the same periods, in each of which the reflected radiation corresponding to the highly directional reception diagram is received in all directions of radiation once. Each direction of radiation of the transmitting phased antenna array 1 corresponds to the same direction of reflected radiation received by the receiving phased antenna array 2.
Перед началом работы предлагаемой системы в пространственном секторе сканирования могут находиться объекты, как представляющие интерес, так и не представляющие интереса для пользователя. Если эти объекты будут оставаться неподвижными, то, как будет показано ниже, они не будут обнаружены предлагаемой системой. Это обстоятельство может быть использовано для того, чтобы не обнаруживать объекты, не представляющими интереса. Для этого перед началом работы предлагаемой системы в пространственном секторе сканирования оставляются только неподвижные объекты, стационарно в нем находящиеся и не представляющие интереса для пользователя. Такими объектами могут быть, например, металлические решетки ограждения.Before the work of the proposed system in the spatial sector of scanning can be objects, both of interest and not of interest to the user. If these objects remain motionless, then, as will be shown below, they will not be detected by the proposed system. This circumstance can be used in order not to detect objects of no interest. To do this, before starting the work of the proposed system in the spatial scanning sector, only stationary objects are left stationary in it and not of interest to the user. Such objects may be, for example, metal gratings of the fence.
В начальном (или, иначе говоря, нулевом) периоде сканирования коды амплитуды A0 выходных сигналов приемника 2, полученные в каждом направлении излучения, запоминаются в памяти процессора 3.In the initial (or, in other words, zero) scanning period, the amplitude codes A 0 of the output signals of the receiver 2 received in each direction of the radiation are stored in the memory of the processor 3.
В последующих i-x (i>0) периодах сканирования процессор 3 сравнивает коды амплитуды выходных сигналов Аi с полученным ранее кодом амплитуды A0 для каждого направления излучения и фиксирует обнаружение объекта, если выполняется одно из приведенных выше условий (1) или (2).In subsequent ix (i> 0) scan periods, processor 3 compares the amplitude codes of the output signals A i with the previously obtained amplitude code A 0 for each direction of radiation and records the detection of an object if one of the above conditions (1) or (2) is satisfied.
Если для какого-либо направления излучения выполняется одно из условий (1) или (2), то процессор 3 формирует координаты местоположения обнаруженного объекта, определяемые этим направлением излучения.If one of the conditions (1) or (2) is satisfied for any direction of radiation, then the processor 3 generates the coordinates of the location of the detected object, determined by this direction of radiation.
Если ни одно из условий (1) и (2) не выполняется, то считается, что объект, представляющий интерес в направлении излучения, не появился. При этом возможно, что код амплитуды A0 соответствует неподвижному объекту, стационарно находящемуся в секторе сканирования и не представляющему интереса. Если этот объект переместится в последующие периоды сканирования, то он будет обнаружен, так как выполнится одно из приведенных выше условий (1) или (2).If none of the conditions (1) and (2) is satisfied, then it is considered that the object of interest in the direction of radiation has not appeared. In this case, it is possible that the amplitude code A 0 corresponds to a fixed object stationary in the scanning sector and not of interest. If this object moves in subsequent periods of scanning, it will be detected, since one of the above conditions (1) or (2) will be fulfilled.
Из видеокамеры 5 видеоизображение всего сектора сканирования передается в процессор 3. Он совмещает это видеоизображение с координатами местоположения обнаруженного объекта, определяемыми направлением излучения, в котором обнаружен этот объект, и передает совмещенную картину на дисплей 4. В результате на экране дисплея 4 наблюдается совмещенное видеоизображение сектора сканирования и координат местоположения обнаруженного объекта.From the video camera 5, the video image of the entire scanning sector is transmitted to the processor 3. It combines this video image with the location coordinates of the detected object, determined by the direction of radiation in which this object is detected, and transmits the combined picture to display 4. As a result, the combined video image of the sector is observed on the display screen 4 scan and location coordinates of the detected object.
Claims (6)
(Аi+Аi-1)/2>А0+Δ или (Аi+Аi-1)/2<А0-Δ,
где i - порядковый номер периода сканирования кроме начального периода (i=1, 2, …);
Аi - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, i-ом периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;
Ai-1 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в (i-1)-ом периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Ai;
А0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Ai;
Δ>0 - допуск отклонения кода А0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала.1. A method for remote detection of objects, in which a controllable space in which detectable objects can be located is scanned with a continuous frequency-modulated microwave signal, the presence of these objects is determined by the output signal of the reflected signal receiver and their detection is recorded in the processor, they are stored in the processor in the initial scanning period codes of the amplitude of the output signals of the receiver of the reflected signal for all directions of radiation, characterized in that the receiver is reflected of the received signal, the reflected signal is received simultaneously along several receiving paths, in each of which the phase of the continuous frequency-modulated signal is shifted by the value corresponding to this receiving path, and the amplified reflected signal is demodulated by multiplying it with the specified continuous frequency-modulated signal with a shifted phase, after which form the output signal of the receiver of the reflected signal by summing the output signals of all these receiving paths and then fix in the processor about the appearance of objects in the scanning periods following after the initial scanning period, if one of the two comparison conditions is fulfilled for any direction of radiation:
(A i + A i-1 ) / 2> A 0 + Δ or (A i + A i-1 ) / 2 <A 0 -Δ,
where i is the sequence number of the scanning period except the initial period (i = 1, 2, ...);
And i is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, i-th period of scanning for any direction of radiation;
A i-1 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the (i-1) -th scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
And 0 is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction in which the code A i was obtained;
Δ> 0 is the tolerance of the deviation of code A 0 , taking into account permissible changes in the reflected signal.
(Ai+Ai-1)/2>A0+Δ или (Аi+Аi-1)/2<А0-Δ,
где i - порядковый номер периода сканирования, кроме начального периода (i=1, 2, …);
Ai - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в любом последующем, после начального, i-ом периоде сканирования при каком-либо направлении излучения;
Ai-1 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в (i-1)-ом периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Ai;
А0 - код амплитуды сигнала на выходе приемника отраженного сигнала в начальном периоде сканирования при том же направлении излучения, в котором получен код Ai;
Δ>0 - допуск отклонения кода А0, учитывающий допустимые изменения отраженного сигнала.4. A system for remote detection of objects, comprising a scanning unit with a continuous frequency-modulated signal of a controlled space, in which there can be detected objects, made in the form of a transmitting phased antenna array, a reflected signal receiver, a processor, a display connected to the output of the specified processor, and a video camera connected to the input of this processor, and the transmitting phased antenna array includes a microwave generator that sets the scan signal, and modules, Each of them includes a transmitting antenna, the inputs of these modules and the input of the reflected signal receiver used to transmit the scan signal are connected to the output of the microwave generator, the control inputs of these modules are connected to the outputs of the processor, and the processor stores the amplitude codes of the output signals of the receiver the reflected signal for all directions of radiation in the initial period of scanning and fixing the detection of these objects in subsequent periods of scanning, characterized in that the receiver of the reflected The needle is made in the form of a receiving phased antenna array representing several independent receiving paths, and an analog-to-digital converter, in which the output is connected to the information input of the processor, and the input is connected to the outputs of all these receiving paths to summarize their output signals, each of the receiving paths consists of a two-input phase regulator, a receiving antenna and a heterodyne structure connected to it, containing an antenna amplifier with a control input connected in series, two a travel mixer, the first input of which is connected to the output of the antenna amplifier, the filter and the output amplifier, the output of the phase regulator is connected to the second input of the mixer, the first input of the phase regulator of each of these paths is connected to the output of the microwave generator included in the transmitting phased antenna array, and the second the input of the phase regulator and the control input of the antenna amplifier of each of these paths are connected to the outputs of the processor, and at the same time, the processor ensures that objects are detected during scanning periods, trace after the initial period of scanning, if for any direction of radiation one of the two conditions of comparison is fulfilled:
(A i + A i-1 ) / 2> A 0 + Δ or (A i + A i-1 ) / 2 <A 0 -Δ,
where i is the serial number of the scanning period, except for the initial period (i = 1, 2, ...);
A i is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in any subsequent, after the initial, i-th scanning period for any direction of radiation;
A i-1 is the code of the signal amplitude at the output of the reflected signal receiver in the (i-1) -th scanning period for the same radiation direction in which the code A i was received;
And 0 is the code of the amplitude of the signal at the output of the reflected signal receiver in the initial scanning period for the same radiation direction in which the code A i was obtained;
Δ> 0 is the tolerance of the deviation of code A 0 , taking into account permissible changes in the reflected signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137466/07A RU2480787C1 (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Method and system for remote detection of objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137466/07A RU2480787C1 (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Method and system for remote detection of objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011137466A RU2011137466A (en) | 2013-03-20 |
| RU2480787C1 true RU2480787C1 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49123429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011137466/07A RU2480787C1 (en) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | Method and system for remote detection of objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2480787C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580828C1 (en) * | 2014-12-29 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Radar device for measuring location of after-penetration object |
| RU2741868C1 (en) * | 2020-06-10 | 2021-01-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Device for remote detection of hidden dangerous objects |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9766324B2 (en) | 2015-05-06 | 2017-09-19 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Multiple antenna communication system configured to detect objects |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1038039A (en) * | 1975-09-11 | 1978-09-05 | Westinghouse Canada Limited | Apparatus for locating non-linear junctions between metallic materials and/or semiconductive materials |
| US5334981A (en) * | 1992-04-09 | 1994-08-02 | Hughes Missile Systems Company | Airborne metal detecting radar |
| RU2133971C1 (en) * | 1997-06-09 | 1999-07-27 | Штейншлейгер Вольф Бенционович | Method of remote detection of objects concealed under man clothes and device to implement it |
| RU2213999C2 (en) * | 2001-07-04 | 2003-10-10 | Заренков Вячеслав Адамович | Device for detection of anti-transport mines |
| RU53446U1 (en) * | 2005-11-28 | 2006-05-10 | Закрытое акционерное общество "АФРУС" | LUGGAGE FACILITIES |
| RU2301432C2 (en) * | 2004-12-20 | 2007-06-20 | Петр Витальевич Петров | Mode of detection of objects concealed under cloth |
| RU2327189C2 (en) * | 2006-04-28 | 2008-06-20 | Николай Юрьевич Данилов | Method and system of remote detection of metallic objects, like weapons |
| US7639173B1 (en) * | 2008-12-11 | 2009-12-29 | Honeywell International Inc. | Microwave planar sensor using PCB cavity packaging process |
| US20100085234A1 (en) * | 2003-08-15 | 2010-04-08 | L-3 Communications Cyterra Corporation | Mine detection |
-
2011
- 2011-09-12 RU RU2011137466/07A patent/RU2480787C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1038039A (en) * | 1975-09-11 | 1978-09-05 | Westinghouse Canada Limited | Apparatus for locating non-linear junctions between metallic materials and/or semiconductive materials |
| US5334981A (en) * | 1992-04-09 | 1994-08-02 | Hughes Missile Systems Company | Airborne metal detecting radar |
| RU2133971C1 (en) * | 1997-06-09 | 1999-07-27 | Штейншлейгер Вольф Бенционович | Method of remote detection of objects concealed under man clothes and device to implement it |
| RU2213999C2 (en) * | 2001-07-04 | 2003-10-10 | Заренков Вячеслав Адамович | Device for detection of anti-transport mines |
| US20100085234A1 (en) * | 2003-08-15 | 2010-04-08 | L-3 Communications Cyterra Corporation | Mine detection |
| RU2301432C2 (en) * | 2004-12-20 | 2007-06-20 | Петр Витальевич Петров | Mode of detection of objects concealed under cloth |
| RU53446U1 (en) * | 2005-11-28 | 2006-05-10 | Закрытое акционерное общество "АФРУС" | LUGGAGE FACILITIES |
| RU2327189C2 (en) * | 2006-04-28 | 2008-06-20 | Николай Юрьевич Данилов | Method and system of remote detection of metallic objects, like weapons |
| US7639173B1 (en) * | 2008-12-11 | 2009-12-29 | Honeywell International Inc. | Microwave planar sensor using PCB cavity packaging process |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580828C1 (en) * | 2014-12-29 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Radar device for measuring location of after-penetration object |
| RU2741868C1 (en) * | 2020-06-10 | 2021-01-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | Device for remote detection of hidden dangerous objects |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011137466A (en) | 2013-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8791852B2 (en) | Standoff range sense through obstruction radar system | |
| US6518915B2 (en) | Impulse radar security system | |
| US10359511B2 (en) | Surveillance apparatus having a radar sensor | |
| Ferris Jr et al. | Survey of current technologies for through-the-wall surveillance (TWS) | |
| US8368586B2 (en) | Person-borne improvised explosive device detection | |
| US7355545B2 (en) | Through the wall ranging with triangulation using multiple spaced apart radars | |
| Ahmad et al. | Multi-location wideband synthetic aperture imaging for urban sensing applications | |
| US7460052B2 (en) | Multiple frequency through-the-wall motion detection and ranging using a difference-based estimation technique | |
| Borek | An overview of through the wall surveillance for homeland security | |
| Hunt | Use of a frequency-hopping radar for imaging and motion detection through walls | |
| CN105785368B (en) | A kind of concealment dangerous material detection method based on video SAR | |
| US10768292B2 (en) | Surveillance apparatus having a radar sensor | |
| Kapilevich et al. | Detecting hidden objects on human body using active millimeter wave sensor | |
| US7528764B2 (en) | Through the wall ranging with triangulation using multiple spaced apart radars | |
| RU2480787C1 (en) | Method and system for remote detection of objects | |
| RU2327189C2 (en) | Method and system of remote detection of metallic objects, like weapons | |
| Jana et al. | Compensation of wall effect for through wall tracking of moving targets | |
| IL265930A (en) | Detection apparatus and method | |
| Kapilevich et al. | Non-imaging microwave and millimetre-wave sensors for concealed object detection | |
| Chetty et al. | A low-cost through-the-wall FMCW radar for stand-off operation and activity detection | |
| Giannì et al. | Obstacle detection system involving fusion of multiple sensor technologies | |
| CN112634566B (en) | Intelligent electronic fence construction method and system based on millimeter waves | |
| JP2005295469A (en) | Monitoring system | |
| RU2489706C1 (en) | Method of detecting diversionary terrorist agents and system for realising said method | |
| Rovnáková et al. | Experimental comparison of two UWB radar systems for through-wall tracking application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160801 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160913 |