RU2510015C1 - Method for remote detection of substance - Google Patents

Method for remote detection of substance Download PDF

Info

Publication number
RU2510015C1
RU2510015C1 RU2012146769/28A RU2012146769A RU2510015C1 RU 2510015 C1 RU2510015 C1 RU 2510015C1 RU 2012146769/28 A RU2012146769/28 A RU 2012146769/28A RU 2012146769 A RU2012146769 A RU 2012146769A RU 2510015 C1 RU2510015 C1 RU 2510015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
multiplier
unit
synchronizer
Prior art date
Application number
RU2012146769/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Большаков
Евгений Николаевич Свиридович
Виктор Иванович Дикарев
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 RU2012146769/28A priority Critical patent/RU2510015C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510015C1 publication Critical patent/RU2510015C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: disclosed system relates to radio means which employ magnetic resonance to search for and detect primarily narcotic and explosive substances in items to be inspected, as well as polarisation selection and phase analysis to search for and detect narcotics packed in a non-metal casing and located in concealment environments, for example in the abdominal cavity of a person, used to transport narcotics, luggage, suitcases, briefcases, bags etc. The system comprises a transmitting antenna 1, a transmitter 2, a pulse generator 3, a synchroniser 4, first 5 and second 13 receiving antennae, first 6 and second 14 receivers, a storage device 7, the inspected substance 8, a narcotic substance 9 placed in a concealment environment, an antenna unit 10, a time delay unit 11, a switch 12, a mixer 15, a heterodyne 16, an intermediate frequency amplifier 17, multipliers 18, 23, 24, 26 and 27, a narrow-band filter 19, a phase detector 20, a comparator unit 21, a recording unit 22, a 90° phase changer 25, a scaling multiplier 28, a subtractor unit 29 and an adder 30.
EFFECT: high sensitivity when measuring small phase shifts which correspond to low-contrast narcotics via fourfold amplification thereof.
1 dwg

Description

Изобретение система относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования предметов, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и может найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блокпостах, автопарковках, железнодорожных вокзалах и т.п.The invention relates to radio equipment using magnetic resonance for searching and detecting mainly drugs and explosives in the composition of objects presented for research, as well as polarization selection and phase analysis for searching and detecting drugs packed in a non-metallic shell and located in covering environments, for example in the abdominal cavity of a person used to transport narcotic drugs, luggage, suitcases, diplomats, bags, etc., and may find application operation at airports, customs terminals, roadblocks, car parks, railway stations, etc.

Известны способы и системы дистанционного обнаружения вещества (патенты РФ №№2128832, 2148817, 2150105, 2161300, 2165104, 2179716, 2185614, 2226686, 2244942, 2249202, 2340913, 2377549; патенты США №№4756866, 5986455, 6194898, 6392408; патенты Великобритании №№2159626, 2254923, 2289344, 2293.885; Гречишкин В.Д. и др. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т.163, №10; Дикарев В.И., Заренков В.А., Заренков Д.В. Обнаружение взрывоопасных объектов, оружия, наркотиков, опасных газов и радиоактивных загрязнений. СПб, 2004 и др.).Known methods and systems for the remote detection of substances (RF patents No. 2128832, 2148817, 2150105, 2161300, 2165104, 2179716, 2185614, 2226686, 2244942, 2249202, 2340913, 2377549; US patents No. 47756866, 5986455, 6194898, 6392; No. 2159626, 2254923, 2289344, 2293.885; Grechishkin V.D. et al. Local NQR in solids, Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1993, v.163, No. 10; Dikarev V.I., Zarenkov V.A., Zarenkov D.V. Detection of explosive objects, weapons, drugs, hazardous gases and radioactive contamination (St. Petersburg, 2004, etc.).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система дистанционного обнаружения вещества» (патент РФ №2377549, G01N 24/00, 2008), которая и выбрана в качестве прототипа.Of the known systems closest to the proposed is the "System for remote detection of substances" (RF patent No. 2377549, G01N 24/00, 2008), which is selected as a prototype.

Указанная система основана на дистанционном обнаружении вещества с использованием дистанционного возбуждения электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе с последующим измерением отклика, по наличию которого делается заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучается на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируется на частоте модуляции, а также на поляризационной селекции и фазовом анализе для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, сумках, чемоданах, дипломатах и т.п.The specified system is based on remote detection of a substance using remote excitation by an electromagnetic wave of magnetic resonance in a substance, followed by measurement of the response, the presence of which makes a conclusion about the presence of this substance, while the exciting electromagnetic signal is emitted at a frequency much higher than the frequency of the magnetic resonance of the substance to be detected, and modulate the emitted exciting electromagnetic signal by polarization at the magnetic resonance frequency, and the response p it is recorded on the modulation frequency, as well as on polarization selection and phase analysis for the search and detection of drugs packed in a non-metallic shell and located in covering environments, for example, in the abdominal cavity of a person used to transport drugs, baggage, bags, suitcases, diplomats, etc. .P.

Недостатком известной системы является низкая чувствительность при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малоконтрастным наркотическим веществам.A disadvantage of the known system is the low sensitivity when measuring small phase shifts corresponding to low-contrast narcotic substances.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малоконтрастным наркотическим веществам, путем их «усиления» в четыре раза.An object of the invention is to increase the sensitivity when measuring small phase shifts corresponding to low-contrast narcotic substances, by four times their "amplification".

Поставленная задача решается тем, что система дистанционного обнаружения вещества, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом исследуемое вещество, наркотическое средство, помещенное в укрывающую среду, последовательно включенные синхронизатор, генератор импульсов, передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, накопитель, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, и блок регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, первый перемножитель, узкополосный фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, последовательно подключенные к четвертому выходу синхронизатора блок временной задержки и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, а выход подключен к второму входу первого перемножителя, при этом передающая антенна, первая и вторая приемные антенны снабжены поляризаторами и объединены в антенный блок, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена вторым, третьим, четвертым и пятым перемножителями, фазовращателем на 90°, масштабирующим перемножителем, блоком вычитания и сумматором, причем к выходу фазового детектора последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, блок вычитания и сумматор, выход которого соединен с входом блока сравнения, к выходу фазового детектора последовательно подключены фазовращатель на 90°, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90°, и пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход подключен к второму входу сумматора, второй вход блока вычитания через масштабирующий перемножитель, соединен с выходами второго и четвертого перемножителей.The problem is solved in that a system for remote detection of a substance containing, in accordance with the closest analogue, a test substance, a narcotic drug placed in a covering medium, a synchronizer, a pulse generator, a transmitter, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, and a transmitting antenna, the first receiving antenna in series, the first receiver, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer, a drive, the second input of which is inen with the third output of the synchronizer, and the registration unit, the second input of which is connected to the output of the comparison unit, the second receiving antenna is connected in series, the second receiver, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer, the mixer, the second input of which is connected to the local oscillator output, an intermediate frequency amplifier , the first multiplier, a narrow-band filter and a phase detector, the second input of which is connected to the local oscillator output, the time block is connected in series to the fourth output of the synchronizer delays and a key, the second input of which is connected to the output of the first receiver, and the output is connected to the second input of the first multiplier, while the transmitting antenna, the first and second receiving antennas are equipped with polarizers and combined into an antenna unit, differs from the closest analogue in that it is equipped with a second , the third, fourth and fifth multipliers, a 90 ° phase shifter, a scaling multiplier, a subtraction unit and an adder, and a second multiplier, the second input of which is connected in series to the output of the phase detector connected to the output of the phase detector, the third multiplier, the second input of which is connected to the output of the second multiplier, the subtraction unit and the adder, the output of which is connected to the input of the comparison unit, the phase shifter 90 °, the fourth multiplier, the second input of which is connected to the output of the phase detector with the output of the phase shifter by 90 °, and the fifth multiplier, the second input of which is connected to the output of the fourth multiplier, and the output is connected to the second input of the adder, the second input of the subtraction unit through scale an aberrant multiplier connected to the outputs of the second and fourth multipliers.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на чертеже. Система содержит исследуемое вещество 8, наркотическое средство 9, помещенное в укрывающую среду, последовательно включенные синхронизатор 4, генератор 3 импульсов, передатчик 2, второй вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора 4, и передающую антенну 1, последовательно включенные первую приемную антенну 5, первый приемник 6, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, накопитель 7, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, и блок 22 регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока 21 сравнения, последовательно включенные вторую приемную антенну 13, второй приемник 14, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, смеситель 15, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, усилитель 17 промежуточной частоты, первый перемножитель 18, узкополосный фильтр 19, фазовый детектор 20, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, второй перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 20, третий перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя 23, блок 29 вычитания и сумматор 30, выход которого соединен с входом блока 21 сравнения. К выходу фазового детектора 20 последовательно подключены фазовращатель 25 на 90°, четвертый перемножитель 26, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя 25 на 90°, и пятый перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя 26, а выход подключен к второму входу сумматора 30. Второй вход блока 29 вычитания через масштабирующий перемножитель 28 соединен с выходами второго 23 и четвертого 26 перемножителей. К четвертому выходу синхронизатора 4 последовательно подключены блок 11 временной задержки и ключ 12, второй вход которого соединен с выходом первого приемника 6, а выход подключен к второму входу первого перемножителя 18.The structural diagram of the proposed system is presented in the drawing. The system contains the test substance 8, narcotic drug 9, placed in a shelter, sequentially connected synchronizer 4, pulse generator 3, transmitter 2, the second input of which is connected to the second output of synchronizer 4, and transmitting antenna 1, sequentially connected to the first receiving antenna 5, the first a receiver 6, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer 4, a drive 7, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer 4, and a recording unit 22, the second input of which is connected to the output loka 21 comparison, sequentially connected to the second receiving antenna 13, the second receiver 14, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer 4, the mixer 15, the second input of which is connected to the output of the local oscillator 16, an amplifier 17 of an intermediate frequency, the first multiplier 18, a narrow-band filter 19, a phase detector 20, the second input of which is connected to the output of the local oscillator 16, the second multiplier 23, the second input of which is connected to the output of the phase detector 20, the third multiplier 24, the second input of which is connected to the output of the second the life of the device 23, the subtraction unit 29 and the adder 30, the output of which is connected to the input of the comparison unit 21. To the output of the phase detector 20, a phase shifter 25 is 90 ° connected, a fourth multiplier 26, the second input of which is connected to the output of the phase shifter 25 by 90 °, and a fifth multiplier 27, the second input of which is connected to the output of the fourth multiplier 26, and the output is connected to the second input the adder 30. The second input of the subtraction unit 29 through the scaling multiplier 28 is connected to the outputs of the second 23 and fourth 26 multipliers. To the fourth output of the synchronizer 4, a time delay unit 11 and a key 12 are connected in series, the second input of which is connected to the output of the first receiver 6, and the output is connected to the second input of the first multiplier 18.

Передающая антенна 1, первая 5 и вторая 13 приемные антенны снабжены поляризаторами и объединены в антенный блок 10.The transmitting antenna 1, the first 5 and the second 13 receiving antennas are equipped with polarizers and are combined in the antenna unit 10.

Предлагаемая система может работать в двух режимах.The proposed system can operate in two modes.

Первый режим основан на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в исследуемом веществе с последующим измерением частоты отклика.The first mode is based on remote excitation by an electromagnetic wave of magnetic resonance in the test substance with subsequent measurement of the response frequency.

Второй режим основан на радиомагнитном радиолокационном зондировании плоскополяризованной волной предполагаемого места закладки наркотического средства, упакованного в неметаллическую оболочку и размещенного в укрывающей среде, с последующим измерением сдвига фаз между двумя отраженными составляющими, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора электромагнитного поля.The second mode is based on radiomagnetic radar sensing by a plane-polarized wave of the alleged location of the drug, packed in a nonmetallic shell and placed in a covering medium, with subsequent measurement of the phase shift between the two reflected components, which generally have elliptical polarization with opposite directions of rotation of the electromagnetic field vector.

В первом режиме импульсы с частотой заполнения w1 (w1-w), формируемые в генераторе 3 импульсов, поступают в передатчик 2 и излучаются передающей антенной 1 в направлении исследуемого вещества 8. Последнее может располагаться, например, на теле человека под его одеждой. Передающая 1 и приемные 5, 13 антенны выполнены, например, в виде рупорных антенн, которые снабжены поляризаторами. Сигнал в передающую антенну 1 поступает с круглого волновода, на который, в свою очередь, с передатчика 2 подаются две ортогональные (по поляризации) составляющие, одна на частоте w1, а другая - на частоте (w1-w), в результате чего излучаемая антенной 1 волна будет модулирована по поляризации с частотой магнитного резонанса w.In the first mode, pulses with a filling frequency w 1 (w 1 -w), generated in the pulse generator 3, enter the transmitter 2 and are emitted by the transmitting antenna 1 in the direction of the test substance 8. The latter can be located, for example, on a person’s body under his clothes. Transmitting 1 and receiving 5, 13 antennas are made, for example, in the form of horn antennas, which are equipped with polarizers. The signal to the transmitting antenna 1 comes from a circular waveguide, to which, in turn, from the transmitter 2 are supplied two orthogonal (polarized) components, one at a frequency w 1 and the other at a frequency (w 1 -w), resulting in the wave 1 radiated by the antenna will be modulated by polarization with a magnetic resonance frequency w.

Исследуемое вещество 8, облученное электромагнитной волной, содержащей составляющую по частоте магнитного резонанса w, возбуждается и по окончании импульса облучения излучает сигнал отклика на этой же частоте. Сигнал отклика принимается приемной антенной 5, содержащей четыре ферритовых стержня диаметром 8 мм и длиной 138 мм, при этом на стержни намотаны катушки индуктивности, содержащие по 20 витков и соединенные параллельно. Работой системы управляет синхронизатор 4.The test substance 8, irradiated by an electromagnetic wave containing a component of the magnetic resonance frequency w, is excited and, at the end of the irradiation pulse, emits a response signal at the same frequency. The response signal is received by the receiving antenna 5, containing four ferrite rods with a diameter of 8 mm and a length of 138 mm, while the rods are wound inductors containing 20 turns and connected in parallel. The system is controlled by synchronizer 4.

Сигнал с приемной антенной 5 поступает на первый вход приемника 6, на второй вход которого поступает опорное напряжение с третьего выхода синхронизатора 4, запирающее приемник 6 на время излучения импульсов. С выхода приемника 6 сигналы поступают на вход накопителя 7, где они постепенно накапливаются, что позволяет увеличить дальность от приемной антенны 5 до исследуемого вещества 8 в 2-3 раза. На второй вход накопителя 7 поступает также опорное напряжение с третьего выхода синхронизатора 4, обеспечивающее синхронизацию накапливаемых импульсов.The signal with the receiving antenna 5 is supplied to the first input of the receiver 6, the second input of which receives the reference voltage from the third output of the synchronizer 4, which locks the receiver 6 for the duration of the emission of pulses. From the output of the receiver 6, the signals are fed to the input of the drive 7, where they gradually accumulate, which allows to increase the distance from the receiving antenna 5 to the test substance 8 by 2-3 times. The second input of the drive 7 also receives the reference voltage from the third output of the synchronizer 4, which ensures synchronization of the accumulated pulses.

В случае модуляции по поляризации излучаемого сигнала с частотой w, равной частоте магнитного резонанса исследуемого вещества 8, при частоте излучаемого сигнала w1>>w, вектор напряженности H ^

Figure 00000001
магнитного поля излучаемого электромагнитного сигнала содержит составляющую:In the case of modulation by polarization of the emitted signal with a frequency w equal to the frequency of the magnetic resonance of the test substance 8, at a frequency of the emitted signal w 1 >> w, the intensity vector H ^
Figure 00000001
the magnetic field of the radiated electromagnetic signal contains a component:

H ^ = C o s w 1 t ( S i n w t C o s w t )

Figure 00000002
H ^ = C o s w one t ( S i n w t C o s w t )
Figure 00000002

Исследуемое вещество 8 будет активно взаимодействовать с магнитном полем H ^

Figure 00000003
на частоте w (Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой электроники. СПб ГТУ, 2001). Поскольку частота w1 может быть выбрана достаточно высокой w1>>w, то в этом случае реализация передающей антенны 1 может быть осуществлена, например, с помощью техники антенн сверхвысоких частот (СВЧ), на которую модулированный по поляризации сигнал поступает из круглого волновода, на который, в свою очередь, поступают две линейно-поляризованные ортогональные волны H ^ '
Figure 00000004
и H ^ ' '
Figure 00000005
, частоты которых равны соответственно w1 и (w1-w).Test substance 8 will actively interact with the magnetic field H ^
Figure 00000003
at a frequency w (Dudkin V.I., Pakhomov L.N. Fundamentals of quantum electronics. St. Petersburg State Technical University, 2001). Since the frequency w 1 can be selected sufficiently high w 1 >> w, in this case, the implementation of the transmitting antenna 1 can be carried out, for example, using the technique of microwave antennas, to which the polarized modulated signal comes from a circular waveguide, which, in turn, receives two linearly polarized orthogonal waves H ^ ''
Figure 00000004
and H ^ '' ''
Figure 00000005
whose frequencies are respectively w 1 and (w 1 -w).

Переход на частоту возбуждающего излучения в диапазоне СВЧ позволяет обеспечить «дальнюю зону» для излучаемого электромагнитного сигнала уже при дальности в несколько десятков сантиметров. В результате на расстояниях порядка нескольких метров от излучателя обеспечивается уровень электромагнитного излучения, достаточный для возбуждения резонанса в веществе.The transition to the frequency of the exciting radiation in the microwave range allows you to provide a "far zone" for the emitted electromagnetic signal at a range of several tens of centimeters. As a result, at distances of the order of several meters from the emitter, the level of electromagnetic radiation is sufficient to excite resonance in the substance.

Во втором режиме генератор 3 импульсов формирует зондирующий импульс:In the second mode, the pulse generator 3 generates a probe pulse:

u1(t)=U1·Cos(w1t+φ1), 0≤t≤T,u 1 (t) = U 1 · Cos (w 1 t + φ 1 ), 0≤t≤T,

где U1, w1, φ1, T1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность импульса;where U 1 , w 1 , φ 1 , T 1 - amplitude, carrier frequency, initial phase and pulse duration;

который поступает на вход передатчика 2, а затем на вход передающей антенны 1, где он приобретает плоскую поляризацию и излучается в направлении поверхности укрывающей среды, под которой может находиться наркотическое средство 9.which goes to the input of the transmitter 2, and then to the input of the transmitting antenna 1, where it acquires a flat polarization and is emitted in the direction of the surface of the covering medium, under which the narcotic drug 9 can be.

Обнаружение наркотических средств в укрывающих средах осуществляется оператором путем перемещения антенного блока 10 над предполагаемым местом закладки наркотического средства 9. При этом в укрывающей среде создается электромагнитное поле путем его электромагнитного зондирования. При достижении зондирующим сигналом наркотического средства 9 происходит его частичное отражение в сторону поверхности укрывающей среды.Detection of narcotic drugs in covering environments is carried out by the operator by moving the antenna unit 10 above the proposed location of the narcotic drug 9. In this case, an electromagnetic field is created in the covering medium by electromagnetic sounding. When the probing signal reaches the drug 9, it partially reflects towards the surface of the covering medium.

Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от наркотического средства 9, на которое воздействует внешнее магнитное поле Земли, то она разделяется на две независимые составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора электромагнитного поля. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие имеют круговую поляризацию. Наркотическое средство 9 имеет отличные от укрывающей среды электрические параметры (проводимость и диэлектрическую проницаемость).When a plane-polarized electromagnetic wave is reflected from a narcotic drug 9, which is affected by the external magnetic field of the Earth, it is divided into two independent components, which in the general case have elliptical polarization with opposite directions of rotation of the electromagnetic field vector. At frequencies of the decimeter range, both components have circular polarization. Narcotic drug 9 has electrical parameters different from the covering medium (conductivity and permittivity).

Обе волны отражаются и распространяются с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами изменяются. Это явление обычно называют эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скоростью распространения и отражения сигналов с правой и левой круговой поляризацией от наркотического средства 9, находится из соотношенияBoth waves are reflected and propagated at different speeds, as a result of which the phase relations between these waves change. This phenomenon is usually called the Faraday effect, due to which the reflected signal experiences the rotation of the plane of polarization. The angle of rotation of the plane of polarization, which is determined by different speeds of propagation and reflection of signals with right and left circular polarization from narcotic drug 9, is found from the ratio

δ Z = 1 2 ( ϕ п ϕ л )

Figure 00000006
δ Z = one 2 ( ϕ P - ϕ l )
Figure 00000006

где φп, φл - фазовые запаздывания отраженных сигналов с правой (вращение плоскости поляризации по часовой стрелке) и левой (вращение плоскости поляризации против часовой стрелки) круговой поляризации соответственно.where φ p , φ l are the phase delays of the reflected signals from the right (rotation of the plane of polarization clockwise) and left (rotation of the plane of polarization counterclockwise) circular polarization, respectively.

Отраженный сигнал улавливается приемными антеннами 5 и 13. При этом приемная антенна 5 восприимчива только к отраженному сигналу с правой круговой поляризацией, а приемная антенна 13 - только к отраженному сигналу с левой круговой поляризацией.The reflected signal is captured by the receiving antennas 5 and 13. In this case, the receiving antenna 5 is susceptible only to the reflected signal with the right circular polarization, and the receiving antenna 13 is only sensitive to the reflected signal with the left circular polarization.

На выходе приемников 6 и 14 образуются следующие сигналы:The output of the receivers 6 and 14 produces the following signals:

un(t)=Uп·Cos[w1±Δw)t+φп],u n (t) = U p · Cos [w 1 ± Δw) t + φ p ],

uл(t)=Uл·Cos[(w1±Δw)t+φл], 0≤t≤T1,u l (t) = U l · Cos [(w 1 ± Δw) t + φ l ], 0≤t≤T 1 ,

где индексы «п» и «л» относятся соответственно к сигналам с правой и левой круговой поляризацией;where the indices "p" and "l" refer respectively to signals with right and left circular polarization;

±Δw - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным отражением и другими дестабилизирующими факторами.± Δw is the instability of the carrier frequency due to incoherent reflection and other destabilizing factors.

Сигнал uп(t) с выхода приемника 6 через ключ 12 поступает на первый вход перемножителя 18. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала глубине h залегания наркотического средства 9, перемножитель 18 стробируется по времени с помощью ключа 12, на управляющий вход которого поступают стробирующие импульсы, формируемые блоком 11 временной задержки. Последний управляется синхронизатором 4. Временная задержка импульсов определяется глубиной h залегания наркотического средства 9 в укрывающей среде. При изменении глубины меняется и время задержки.The signal u p (t) from the output of the receiver 6 through the key 12 is fed to the first input of the multiplier 18. In order for the measured phase difference to correspond to the depth h of the narcotic drug 9, the multiplier 18 is time-gated using the key 12, to the control input of which gating pulses are received, formed by the block 11 time delay. The latter is controlled by synchronizer 4. The time delay of the pulses is determined by the depth h of the occurrence of the drug 9 in the covering medium. When the depth changes, the delay time also changes.

Отраженный сигнал uл(t) с выхода приемника 14 поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16:The reflected signal u l (t) from the output of the receiver 14 is fed to the first input of the mixer 15, the second input of which is the voltage of the local oscillator 16:

uг(t)=Uг·Cos(wгг).u g (t) = U g Cos (w g + φ g ).

На выходе смесителя 15 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 17 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты:At the output of the mixer 15, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 17 is allocated voltage intermediate (differential) frequency:

Uпр(t)=Uпр·Cos[(wпр±Δw)t+φпр], 0≤t≤T1,U pr (t) = U pr · Cos [(w pr ± Δw) t + φ etc.], 0≤t≤T 1

где U п р = 1 2 U л U г

Figure 00000007
Where U P R = one 2 U l U g
Figure 00000007

wпр=w1-wГ - промежуточная частота;w CR = w 1 -w G - intermediate frequency;

φпрлг,φ ol = φ lg ,

которое поступает на второй вход перемножителя 18. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение:which is fed to the second input of the multiplier 18. At the output of the latter, a harmonic voltage is generated:

u2(t)=U2·Cos(wгt+φг+Δφ), 0≤t≤T1,u 2 (t) = U 2 · Cos (w g t + φ g + Δφ), 0≤t≤T 1 ,

где U 2 = 1 2 U п U п р

Figure 00000008
Where U 2 = one 2 U P U P R
Figure 00000008

Δφ=φпл - разность фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией,Δφ = φ pl is the phase difference between the reflected signals with right and left circular polarization,

которая выделяется узкополосным фильтром 19 и поступает на первый вход фазового детектора 20, на второй вход которого подается напряжение гетеродина uг(t). На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение:which is allocated by a narrow-band filter 19 and enters the first input of the phase detector 20, the second input of which the local oscillator voltage u g (t) is applied. The output of the latter forms a low-frequency voltage:

uн(Δφ)=Uн·CosΔφ,u n (Δφ) = U n CosΔφ,

где U н = 1 2 U 2 U г

Figure 00000009
Where U n = one 2 U 2 U g
Figure 00000009

пропорциональное измеряемому сдвигу фаз Δφ.proportional to the measured phase shift Δφ.

Это напряжение поступает на два входа второго перемножителя 23, на выходе которого образуется напряжениеThis voltage is supplied to the two inputs of the second multiplier 23, the output of which produces a voltage

u 3 ( Δ ϕ ) = U н 2 C o s 2 Δ ϕ

Figure 00000010
, u 3 ( Δ ϕ ) = U n 2 C o s 2 Δ ϕ
Figure 00000010
,

которое поступает на два входа третьего перемножителя 24. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is supplied to the two inputs of the third multiplier 24. At the output of the latter, voltage is generated

u 4 ( Δ ϕ ) = U н 4 C o s 4 Δ ϕ

Figure 00000011
. u four ( Δ ϕ ) = U n four C o s four Δ ϕ
Figure 00000011
.

Одновременно низкочастотное напряжение uн(Δφ) с выхода фазового детектора 20 поступает на вход фазовращателя 25 на 90°, на выходе которого формируется напряжениеAt the same time, the low-frequency voltage u n (Δφ) from the output of the phase detector 20 is fed to the input of the phase shifter 25 by 90 °, at the output of which a voltage is formed

U5(Δφ)=uн·Cos(Δφ+90°)=-Uн·SinΔφ,U 5 (Δφ) = u n Cos (Δφ + 90 °) = - U n SinΔφ,

которое поступает на два входа четвертого перемножителя 26. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is fed to the two inputs of the fourth multiplier 26. At the output of the latter, voltage is generated

u 6 ( Δ ϕ ) = U н 2 S i n 2 Δ ϕ

Figure 00000012
, u 6 ( Δ ϕ ) = U n 2 S i n 2 Δ ϕ
Figure 00000012
,

которое поступает на два входа пятого перемножителя 27. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is fed to the two inputs of the fifth multiplier 27. At the output of the latter, voltage is generated

u 7 ( Δ ϕ ) = U н 4 S i n 4 Δ ϕ

Figure 00000013
. u 7 ( Δ ϕ ) = U n four S i n four Δ ϕ
Figure 00000013
.

Напряжения из (Δφ) и u6(Δφ) поступают на два входа масштабирующего перемножителя 28, масштабирующий коэффициент Км которого выбирается равным 6 (Км=6). На выходе масштабирующего перемножителя 28 формируется напряжениеThe voltages from (Δφ) and u 6 (Δφ) are supplied to the two inputs of the scaling multiplier 28, the scaling coefficient K m of which is chosen equal to 6 (K m = 6). The output of the scaling multiplier 28 is formed voltage

u 8 ( Δ ϕ ) = 6 u 3 ( Δ ϕ ) u 6 ( Δ ϕ ) = 6 U н 4 C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ

Figure 00000014
. u 8 ( Δ ϕ ) = 6 u 3 ( Δ ϕ ) u 6 ( Δ ϕ ) = 6 U n four C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ
Figure 00000014
.

Напряжения u4(Δφ) и u8(Δφ) поступают на два входа блока 29 вычитания, на выходе которого формируется напряжениеThe voltage u 4 (Δφ) and u 8 (Δφ) are supplied to the two inputs of the subtraction unit 29, at the output of which a voltage is generated

u 9 ( Δ ϕ ) = u 4 ( Δ ϕ ) u 8 ( Δ ϕ ) = U н 4 C o s 4 Δ ϕ 6 U н 4 C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ

Figure 00000015
. u 9 ( Δ ϕ ) = u four ( Δ ϕ ) - u 8 ( Δ ϕ ) = U n four C o s four Δ ϕ - 6 U n four C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ
Figure 00000015
.

Напряжения u7(Δφ) и u9(Δφ) поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого формируется напряжениеVoltages u 7 (Δφ) and u 9 (Δφ) are supplied to two inputs of the adder 30, the output of which is formed voltage

u 10 ( Δ ϕ ) = u 9 ( Δ ϕ ) + u 7 ( Δ ϕ ) = U н 4 C o s 2 Δ ϕ 6 U н 4 C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ + U н 4 S i n 4 Δ ϕ = = U н 4 C o s 4 Δ ϕ = U 1 C o s Δ ϕ 1

Figure 00000016
u 10 ( Δ ϕ ) = u 9 ( Δ ϕ ) + u 7 ( Δ ϕ ) = U n four C o s 2 Δ ϕ - 6 U n four C o s 2 Δ ϕ S i n 2 Δ ϕ + U n four S i n four Δ ϕ = = U n four C o s four Δ ϕ = U one C o s Δ ϕ one
Figure 00000016

где U 1 = U н 4 , Δ ϕ 1 = 4 Δ ϕ

Figure 00000017
.Where U one = U n four , Δ ϕ one = four Δ ϕ
Figure 00000017
.

Следовательно, фазовый сдвиг «усиливается» в 4 раза.Therefore, the phase shift is "amplified" by 4 times.

Напряжение u10(Δφ) сравнивается в блоке 21 сравнения с эталонным напряжениемThe voltage u 10 (Δφ) is compared in the comparison unit 21 with the reference voltage

uэ(Δφэ)=uэ·CosΔφэ,u e (Δφ e ) = u e CosΔφ e ,

где Δφэ - неизменяемый фазовый сдвиг, получаемый при зондировании укрывающей среды при отсутствии наркотического средства 9.where Δφ e is the unchanged phase shift obtained by probing the covering medium in the absence of a narcotic drug 9.

Сдвиг фаз Δφэ определяется частотой зондирующего сигнала и электрическими параметрами укрывающей среды. Этот сдвиг фаз остается неизменным при зондировании укрывающей среды в отсутствии наркотических средств.The phase shift Δφ e is determined by the frequency of the probing signal and the electrical parameters of the covering medium. This phase shift remains unchanged when probing the shelter in the absence of drugs.

Если u10(Δφ)≈uэ(Δφэ), то в блоке 21 сравнения постоянное напряжение не формируется.If u 10 (Δφ) ≈u e (Δφ e ), then in the block 21 of the comparison, a constant voltage is not formed.

При u10(Δφ)>uэ(Δφэ) в блоке 21 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на второй вход блока 22 регистрации.When u 10 (Δφ)> u e (Δφ e ), a constant voltage is generated in the comparison unit 21, which is supplied to the second input of the registration unit 22.

Причем факт регистрации этого напряжения свидетельствует о наличии наркотического средства в данной укрывающей среде.Moreover, the fact of registration of this voltage indicates the presence of a narcotic in this sheltering environment.

Предлагаемая система обеспечивает поиск и обнаружение наркотических средств, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п.The proposed system provides the search and detection of drugs packaged in a non-metallic shell and located in covering environments, for example, in the abdominal cavity of a person used to transport drugs, luggage, suitcases, diplomats, bags, etc.

При этом предлагаемая система позволяет повысить достоверность поиска и обнаружения и разрешающую способность по глубине при определении местоположения наркотических средств, находящихся в укрывающих средах. Это достигается за счет использования поляризационной селекции и устранения неоднозначности фазовых измерений, что обеспечивается тем, что фазовые измерения осуществляются между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией, а не между зондирующими и отраженными сигналами. При этом фазовый сдвиг между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией измеряется на стабильной частоте wr гетеродина. Поэтому процесс измерения фазового сдвига Δφ инвариантен к нестабильности несущей частоты отраженного сигнала, возникающей при некогерентном отражении сигнала от наркотического средства и других дестабилизирующих факторах, что позволяет повысить точность измерения фазового сдвига Δφ, а следовательно, и точность определения местоположения наркотического средства.Moreover, the proposed system allows to increase the reliability of the search and detection and resolution in depth when determining the location of narcotic drugs in hiding environments. This is achieved through the use of polarization selection and the elimination of the ambiguity of phase measurements, which is ensured by the fact that phase measurements are carried out between the reflected signals with right and left circular polarization, and not between the probing and reflected signals. In this case, the phase shift between the reflected signals with right and left circular polarization is measured at a stable local oscillator frequency w r . Therefore, the process of measuring the phase shift Δφ is invariant to instability of the carrier frequency of the reflected signal arising from incoherent reflection of the signal from the drug and other destabilizing factors, which allows to increase the accuracy of measuring the phase shift Δφ, and therefore the accuracy of determining the location of the drug.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малоконтрастным наркотическим веществам. Это достигается за счет «усиления» малых фазовых сдвигов в соответствии с выражением:Thus, the proposed system in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased sensitivity when measuring small phase shifts corresponding to low-contrast narcotic substances. This is achieved by "amplification" of small phase shifts in accordance with the expression:

Cos4Δφ-6Cos2Δφ·Sin2Δφ+Sin4Δφ=Cos4Δφ,Cos 4 Δφ-6 Cos 2 Δφ Sin 2 Δφ + Sin 4 Δφ = Cos4Δφ,

в четыре раза.four times.

Claims (1)

Система дистанционного обнаружения вещества, содержащая исследуемое вещество, наркотическое средство, помещенное в укрывающую среду, последовательно включенные синхронизатор, генератор импульсов, передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, накопитель, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, и блок регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, второй вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, первый перемножитель, узкополосный фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, последовательно подключенные к четвертому выходу синхронизатора блок временной задержки и ключ, второй вход которого соединен с выходом первого приемника, а выход подключен к второму входу первого перемножителя, при этом передающая антенна, первая и вторая приемные антенны снабжены поляризаторами и объединены в антенный блок, отличающаяся тем, что она снабжена вторым, третьим, четвертым и пятым перемножителями, фазовращателем на 90°, масштабирующим перемножителем, блоком вычитания и сумматором, причем к выходу фазового детектора последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, блок вычитания и сумматор, выход которого соединен с входом блока сравнения, к выходу фазового детектора последовательно подключены фазовращатель на 90°, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90°, и пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход подключен к второму входу сумматора, второй вход блока вычитания через масштабирующий перемножитель соединен с выходами второго и четвертого перемножителей. A system for remote detection of a substance containing a test substance, a narcotic drug placed in a covering medium, a synchronizer, a pulse generator, a transmitter whose second input is connected to the second output of the synchronizer, and a transmitting antenna, a first receiving antenna, a first receiver, and a second input in series which is connected to the third output of the synchronizer, a drive, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer, and the registration unit, the second input of the cat the second receiver, the second input of which is connected to the third output of the synchronizer, a mixer, the second input of which is connected to the output of the local oscillator, an intermediate frequency amplifier, the first multiplier, a narrow-band filter and a phase detector, the second input which is connected to the output of the local oscillator, a time delay unit and a key, the second input of which is connected to the output of the first receiver, are connected in series to the fourth output of the synchronizer and the output is connected to the second input of the first multiplier, while the transmitting antenna, the first and second receiving antennas are equipped with polarizers and combined into an antenna unit, characterized in that it is equipped with a second, third, fourth and fifth multipliers, a 90 ° phase shifter, a scaling multiplier , a subtraction unit and an adder, and a second multiplier is connected to the output of the phase detector, the second input of which is connected to the output of the phase detector, a third multiplier, the second input of which is connected n with the output of the second multiplier, the subtraction unit and the adder, the output of which is connected to the input of the comparison unit, the phase shifter 90 °, the fourth multiplier, the second input of which is connected to the output of the phase shifter 90 °, and the fifth multiplier, the second input are connected to the output of the phase detector which is connected to the output of the fourth multiplier, and the output is connected to the second input of the adder, the second input of the subtraction unit through the scaling multiplier is connected to the outputs of the second and fourth multipliers.
RU2012146769/28A 2012-11-01 2012-11-01 Method for remote detection of substance RU2510015C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146769/28A RU2510015C1 (en) 2012-11-01 2012-11-01 Method for remote detection of substance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146769/28A RU2510015C1 (en) 2012-11-01 2012-11-01 Method for remote detection of substance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2510015C1 true RU2510015C1 (en) 2014-03-20

Family

ID=50279730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012146769/28A RU2510015C1 (en) 2012-11-01 2012-11-01 Method for remote detection of substance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510015C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173012U1 (en) * 2017-05-02 2017-08-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) DEVICE FOR DETECTING NON-METAL ITEMS HIDDEN UNDER CLOTHING OF PEOPLE

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2293885A (en) * 1994-09-29 1996-04-10 British Tech Group Nuclear quadrupole resonance detection of drugs or explosives
US6392408B1 (en) * 1998-05-06 2002-05-21 Quamtum Magnetics, Inc. Method and system for cancellation of extraneous signals in nuclear quadrupole resonance spectroscopy
RU2244942C2 (en) * 2003-03-03 2005-01-20 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" Method of remote detecting material
RU2308734C1 (en) * 2006-05-05 2007-10-20 Николай Николаевич Мусинский Method for remote detection of a substance
RU2340913C2 (en) * 2006-09-05 2008-12-10 Николай Николаевич Мусинский Remote substance detection method
RU2377549C1 (en) * 2008-07-25 2009-12-27 Вячеслав Адамович Заренков System of remote detection of substance

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2293885A (en) * 1994-09-29 1996-04-10 British Tech Group Nuclear quadrupole resonance detection of drugs or explosives
US6392408B1 (en) * 1998-05-06 2002-05-21 Quamtum Magnetics, Inc. Method and system for cancellation of extraneous signals in nuclear quadrupole resonance spectroscopy
RU2244942C2 (en) * 2003-03-03 2005-01-20 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" Method of remote detecting material
RU2308734C1 (en) * 2006-05-05 2007-10-20 Николай Николаевич Мусинский Method for remote detection of a substance
RU2340913C2 (en) * 2006-09-05 2008-12-10 Николай Николаевич Мусинский Remote substance detection method
RU2377549C1 (en) * 2008-07-25 2009-12-27 Вячеслав Адамович Заренков System of remote detection of substance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173012U1 (en) * 2017-05-02 2017-08-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) DEVICE FOR DETECTING NON-METAL ITEMS HIDDEN UNDER CLOTHING OF PEOPLE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7109705B2 (en) Method of and apparatus for nuclear quadrupole resonance testing a sample
US10371853B2 (en) Nuclear magnetic resonance system with feedback induction coils
US7170288B2 (en) Parametric nuclear quadrupole resonance spectroscopy system and method
US6777937B1 (en) Nuclear quadrupole resonance method and apparatus
RU2377549C1 (en) System of remote detection of substance
US10564231B1 (en) RF windowing for magnetometry
US6177794B1 (en) Use of earth field spin echo NMR to search for liquid minerals
RU2308734C1 (en) Method for remote detection of a substance
US9151720B2 (en) Device for testing a surface including an extraction unit for extracting a shifted frequency component and associated method
RU2626313C1 (en) Substance remote detecting method and device for its implementation
RU2498279C1 (en) Method for remote detection of substance
RU2340913C2 (en) Remote substance detection method
RU2510015C1 (en) Method for remote detection of substance
RU2488810C1 (en) Method for remote detection of substance
RU2335780C1 (en) Method of substance remote sensing and identification
RU2526594C1 (en) Method for remote detection of substance
Hacquin et al. Characterization of Alfvén cascades on the JET tokamak using a multi-channel O-mode reflectometer diagnostic
RU2507505C1 (en) Method of detecting and identifying explosives and narcotic drugs and apparatus for realising said method
EP0911650B1 (en) Apparatus and method for the detection of materials
CN112229801A (en) Device and method for measuring ytterbium radical birefringence effect under action of magnetic field
Peer Depth estimation and ray tracing model selection of buried utilities on ground penetrating radar data
GB2582793A (en) Apparatus for measuring magnetic field and associated methods
US3549987A (en) Laser epr system
RU2502092C2 (en) Method and apparatus for induction frequency probing
RU2723987C1 (en) Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation

Legal Events

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

Effective date: 20151102