RU2723987C1 - Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation - Google Patents

Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2723987C1
RU2723987C1 RU2019123149A RU2019123149A RU2723987C1 RU 2723987 C1 RU2723987 C1 RU 2723987C1 RU 2019123149 A RU2019123149 A RU 2019123149A RU 2019123149 A RU2019123149 A RU 2019123149A RU 2723987 C1 RU2723987 C1 RU 2723987C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
low
input
explosive
controlled object
Prior art date
Application number
RU2019123149A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Евгеньевич Стахно
Виктор Иванович Дикарев
Николай Петрович Парфенов
Сергей Алексеевич Алексеев
Original Assignee
Роман Евгеньевич Стахно
Виктор Иванович Дикарев
Николай Петрович Парфенов
Сергей Алексеевич Алексеев
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 Роман Евгеньевич Стахно, Виктор Иванович Дикарев, Николай Петрович Парфенов, Сергей Алексеевич Алексеев filed Critical Роман Евгеньевич Стахно
Priority to RU2019123149A priority Critical patent/RU2723987C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723987C1 publication Critical patent/RU2723987C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22—Fuels, explosives
    • G01N33/227—Explosives, e.g. combustive properties thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems

Abstract

FIELD: equipment for detection of explosive and narcotic substances.SUBSTANCE: disclosed method and device relate to detection of explosive and narcotic substances, in particular to methods and devices for detecting explosive and narcotic substances in various closed volumes and on human body, located in places of mass congestion of people. Device implementing disclosed method comprises transceiving antenna 1, antenna switch 2, transmitter 3, receiver 4, first 5, second 21 and third 29 high frequency amplifiers, analogue-to-digital converter 6, measuring device 7, memory unit 8, display unit 9, monitored object 10, processor 11, comparison unit 12, switch 13, first 14, second 22, third 30 and fourth 36 correlators, first 15, second 23, third 31 and fourth 37 multipliers, first 16, second 24, third 32 and fourth 38 low-pass filters, first 17, second 25, third 33 and fourth 39 low-frequency amplifiers, first 18, second 26, third 34 and fourth 40 units of controlled delay, first 20 and second 28 receiving antennas, range indicator 19, azimuth indicator 27, elevation angle indicator 35, orientation angle indicator 41, first 42, second 43 and third 44 differentiators.EFFECT: high accuracy of determining the location of a monitored object on which an explosive or narcotic substance is detected by using correlation function derivatives.2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, в частности, к способам и устройствам обнаружения взрывчатых и наркотических веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей.The proposed method and device relate to techniques for the detection of explosive and narcotic substances, in particular, to methods and devices for detecting explosive and narcotic substances in various closed volumes and on the body of a person located in crowded places.

Известны способы и устройства обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ (авторские свидетельства СССР №№ 1.131.138, 1.800.333, патенты РФ №№ 2.086.963, 2.150.105,2.161.300,2.179.716, 2.185.614, 2.226.686, 2.283.485, 2.436.073, 2.507.505, 2.632.564; патенты США №№ 4.529.710, 4.599.740, 4.651.085, 4.756.866, 5.668.734, 6.507.278; патент Великобритании № 1.033.452 и другие).Known methods and devices for the detection and identification of explosive and narcotic substances (USSR copyright certificates No. 1.131.138, 1.800.333, RF patents No. 2.086.963, 2.150.105,2.161.300,2.179.716, 2.185.614, 2.226 .686, 2.283.485, 2.436.073, 2.507.505, 2.632.564; US patents Nos. 4,529.710, 4,599.740, 4.651.085, 4.756.866, 5.668.734, 6.507.278; UK patent no. 1.033.452 and others).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления» (патент РФ № 2.632.564, GO1N 22/OO, 2016),которые и выбраны в качестве прототипов.Of the known methods and devices closest to the proposed are the "Method for the detection and identification of explosives and narcotic substances and a device for its implementation" (RF patent No. 2.632.564, GO1N 22 / OO, 2016), which are selected as prototypes.

Известные способ и устройство позволяют определять местоположение контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество. При этом повышение точности пеленгации контролируемого объекта достигается увеличением измерительных баз d1, d2, d3, а возникающая при этом неоднозначность устраняется корреляционной обработкой отраженных сигналов. Для этого измеряются временные задержки τз1 , τз2, τз3, и τз4, соответствующие максимуму корреляционных функций R1(τ),R2(τ),R3(τ) и R4(τ), где τ - текущая временная задержка.The known method and device allows you to determine the location of the controlled object on which an explosive or narcotic substance is detected. In this case, an increase in the accuracy of direction finding of the controlled object is achieved by increasing the measuring bases d 1 , d 2 , d 3 , and the resulting ambiguity is eliminated by correlation processing of the reflected signals. For this measured time delays τ P1, τ s2, τ P3 and τ P4 corresponding to the maximum correlation functions R 1 (τ), R 2 (τ), R3 (τ) and R 4 (τ), where τ - the current time delay.

Однако в области максимума корреляционные функции R1(τ) - R4(τ) имеют малую крутизну и изменяются незначительно при изменениях τ, что снижает точность определения местоположения контролируемого объекта. Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производных от корреляционных функций dR1(τ)/dτ, dR2(τ)/dτ, dR3(τ)/dτ, dR4(τ)/dτ. В точке τ=0 производные имеют значительную крутизну и, кроме того, меняют знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.However, in the region of the maximum, the correlation functions R 1 (τ) - R 4 (τ) have a small slope and vary slightly with changes in τ, which reduces the accuracy of determining the location of the controlled object. The shape of the derivatives of the correlation functions dR 1 (τ) / dτ, dR 2 (τ) / dτ, dR 3 (τ) / dτ, dR 4 (τ) / dτ is much more favorable for the search for the maximum. At the point τ = 0, the derivatives have a steep slope and, in addition, change sign depending on the position relative to the point τ = 0.

Таким образом, отыскание максимума корреляционных функций (максимальный принцип – экстремальная задача) заменяется минимальным принципом – стабилизацией нулевого значения регулируемой величины τ.Thus, finding the maximum of correlation functions (the maximum principle is an extremal problem) is replaced by the minimum principle - stabilization of the zero value of the controlled variable τ.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения местоположения контролируемого объекта путем использования производных корреляционных функций.An object of the invention is to increase the accuracy of determining the location of a controlled object by using derivative correlation functions.

Поставленная задача решается тем, что способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, облучение контролируемого объекта импульсным СВЧ-сигналом с заданными значениями несущей частоты зондирующих импульсов, их длительности и амплитуды, прием отраженного от контролируемого объекта сигнала, усиление и аналого-цифровое преобразование принятого сигнала и сравнение их с эталонными значениями измерительным средством, при этом предварительно в память измерительного средства записывают эталонные значения фазовых сдвигов, соответствующие диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых и наркотических веществ, облучение контролируемого объекта осуществляют в диапазоне частот от 300МГц до 150 ГГц при длительности зондирующих импульсов, не превышающей 10 мс, измеряют величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного и его интенсивность, по величине которой определяют коэффициент поглощения контролируемого объекта, сравнивают измеренную величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного с эталонными значениями, после чего по результатам сравнения с учетом определенного коэффициента поглощения контролируемого объекта определяют наличие взрывчатого или наркотического вещества и его тип по измеренным значениям азимута β, угла места α и угла ориентации Ψ точно и однозначно определяют местоположение контролируемого объекта, приемопередающей и двумя приемными антеннами образуют прямоугольный треугольник, в вершине которого помещают приемопередающую антенну, отличается от ближайшего аналога тем, что после обнаружения взрывчатого или наркотического вещества на контролируемом объекте отраженный сигнал, принятый приемопередающей антенной, дифференцируют по времени, продифференцируемый по времени сигнал перемножают с зондирующим сигналом, пропущенным через первый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной первой корреляционной функции

Figure 00000001
, где τ - текущая временная задержка, изменяют временную задержку τ для поддержания производной первой корреляционной функции
Figure 00000001
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз1, где τз1 =
Figure 00000002
, R – расстояние до контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество, c – скорость распространения радиоволн, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной первой корреляционной функции
Figure 00000001
, и определяют расстояние R до контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество, одновременно отраженный сигнал, принятый первой приемной антенной, разнесенной в горизонтальной плоскости на расстояние d1 от приемопередающей антенны, где d1 – измерительная база, дифференцируют по времени, продифференцированный по времени сигнал перемножают с отраженным сигналом, принятым приемопередающей антенной и пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной второй корреляционной функции
Figure 00000003
изменяют временную задержку τ для поддержания производной второй корреляционной функции
Figure 00000004
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз2, где τз2 = t1 – t2, t1, t2 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество, до приемопередающей и первой приемной антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной второй корреляционной функции
Figure 00000005
и определяют азимут на контролируемый объект β = arccos
Figure 00000006
τз2, отраженный сигнал, принятый второй приемной антенной, разнесенной в вертикальной плоскости от приемопередающей антенны на расстояние d2, где d2 – измерительная база, дифференцируют по времени, продифференцированный по времени сигнал перемножают с отраженным сигналом, принятым приемопередающей антенной и пропущенным через третий блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной третьей корреляционной функции
Figure 00000007
изменяют временную задержку τ для поддержания производной третьей корреляционной функции
Figure 00000008
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз3, где τз3 = t1 – t3, t1, t3 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта до приемопередающей и второй приемной антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной третьей корреляционной функции
Figure 00000007
и определяют угол места контролируемого объекта α = arccos
Figure 00000009
τз3, отраженный и продифференцированный по времени сигнал, принятый второй приемной антенной, перемножают с отраженным сигналом, принятым первой приемной антенной и пропущенным через четвертый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000010
изменяют временную задержку τ для поддержания производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000011
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз4, где τз4 = t4 – t5, t4, t5 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта до первой и второй приемных антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000011
, и определяют угол ориентации Ψ контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество.The problem is solved in that a method for detecting and identifying explosive and narcotic substances, including, in accordance with the closest analogue, irradiating the controlled object with a pulsed microwave signal with specified values of the carrier frequency of the probe pulses, their duration and amplitude, receiving a signal reflected from the controlled object, amplification and analog-to-digital conversion of the received signal and comparing them with the reference values by the measuring means, while the reference values of the phase shifts corresponding to the dielectric properties of the inclusions of certain types of explosive and narcotic substances are first recorded in the memory of the measuring means, the controlled object is irradiated in the frequency range from 300 MHz up to 150 GHz with a probe pulse duration not exceeding 10 ms, measure the phase shift of the received signal relative to the emitted signal and its intensity, the value of which determines the absorption coefficient of the object being monitored, the measured value of the phase shift of the received signal relative to the emitted signal is compared with the reference values, after which the presence of an explosive or narcotic substance and its type are determined from the measured azimuth β, elevation angle α and orientation angle по using the determined absorption coefficient of the controlled object accurately and unambiguously determine the location of the monitored object, the transceiver and two receiving antennas form a rectangular triangle at the top of which the transceiving antenna is placed, differs from the closest analogue in that after detecting an explosive or narcotic substance at the controlled object, the reflected signal received by the transceiving antenna is differentiated by time , a time-differentiated signal is multiplied with a probing signal passed through the first adjustable delay unit, a low-frequency voltage proportional to the derivative of the first correl function
Figure 00000001
where τ is the current time delay, the time delay τ is changed to maintain the derivative of the first correlation function
Figure 00000001
at the zero level, fix the time delay τ = τ z1, where τ z1 =
Figure 00000002
, R is the distance to the controlled object at which an explosive or narcotic substance is detected, c is the propagation velocity of the radio waves, the indicated equality is maintained, which corresponds to the zero value of the derivative of the first correlation function
Figure 00000001
, and determine the distance R to the controlled object at which an explosive or narcotic substance is detected, at the same time the reflected signal received by the first receiving antenna, spaced horizontally at a distance d 1 from the transceiver antenna, where d 1 is the measuring base, differentiated by time, differentiated in time, the signal is multiplied with the reflected signal received by the transceiver antenna and passed through the second adjustable delay unit, a low-frequency voltage is proportional to the derivative of the second correlation function
Figure 00000003
change the time delay τ to maintain the derivative of the second correlation function
Figure 00000004
at the zero level, fix the time delay τ = τ З2, where τ З2 = t 1 - t 2 , t 1, t 2 - the time taken by the reflected signals to distances from the controlled object, on which the explosive or narcotic substance was detected, to the transceiver and the first receiving antennas, respectively, support the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the second correlation function
Figure 00000005
and determine the azimuth to the controlled object β = arccos
Figure 00000006
τ z2 , the reflected signal received by the second receiving antenna, spaced apart in a vertical plane from the transceiving antenna by a distance d 2 , where d 2 is the measuring base, differentiate in time, the time-differentiated signal is multiplied with the reflected signal received by the transceiver antenna and passed through the third adjustable delay unit, emit a low-frequency voltage proportional to the derivative of the third correlation function
Figure 00000007
change the time delay τ to maintain the derivative of the third correlation function
Figure 00000008
at the zero level, fix the time delay τ = τ З3, where τ З3 = t 1 - t 3 , t 1, t 3 - the travel time of the reflected signals from the controlled object to the transceiver and the second receiving antenna, respectively, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the third correlation function
Figure 00000007
and determine the elevation angle of the controlled object α = arccos
Figure 00000009
τ h3 , the reflected and time-differentiated signal received by the second receiving antenna is multiplied with the reflected signal received by the first receiving antenna and passed through the fourth adjustable delay unit, a low-frequency voltage proportional to the derivative of the fourth correlation function is isolated
Figure 00000010
change the time delay τ to maintain the derivative of the fourth correlation function
Figure 00000011
at the zero level, fix the time delay τ = τ z4, where τ z4 = t 4 - t 5 , t 4, t 5 - the travel time of the reflected signals from the controlled object to the first and second receiving antennas, respectively, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the fourth correlation function
Figure 00000011
, and determine the orientation angle Ψ of the controlled object on which the explosive or narcotic substance is detected.

Ψ = arccos

Figure 00000012
τз4 Ψ = arccos
Figure 00000012
τ z4

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные передатчик, антенный переключатель, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый усилитель высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, процессор, вход-выход которого связан с передатчиком, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, и блок индикации, подключенный к выходу первого усилителя высокой частоты ключ, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого через первый блок регулируемой задержки соединен с выходом передатчика, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные первый блок регулируемой задержки и индикатор дальности, последовательно включенные первую приемную антенну и второй усилитель высокой частоты, последовательно включенные второй перемножитель, второй вход которого через второй блок регулируемой задержки соединен с выходом ключа, и второй фильтр нижних частот, ко второму выходу второго блока регулируемой задержки подключен индикатор азимута, последовательно включенные вторую приемную антенну и третий усилитель высокой частоты, последовательно включенные третий перемножитель, второй вход которого через третий блок регулируемой задержки соединен с выходом ключа, и третий фильтр нижних частот, ко второму выходу третьего блока регулируемой задержки подключен индикатор угла места, последовательно включенные четвертый перемножитель, второй вход которого через четвертый блок регулируемой задержки соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, и четвертый нижних частот, ко второму выходу четвертого блока регулируемой задержки подключен индикатор угла ориентации, приемопередающей и двумя приемными антеннами образован прямоугольный треугольник, в вершине которого помещена приемопередающая антенна, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено тремя дифференциаторами и четырьмя усилителями нижних частот, причем первый вход первого перемножителя через первый дифференциатор соединен с выходом ключа, первый вход второго перемножителя через второй дифференциатор соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, первый вход третьего и четвертого перемножителей через третий дифференциатор соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, выход первого фильтра нижних частот через первый усилитель нижних частот соединен со вторым входом первого блока регулируемой задержки, выход второго фильтра нижних частот через второй усилитель нижних частот соединен со вторым входом второго блока регулируемой задержки, выход третьего фильтра нижних частот через третий усилитель нижних частот соединен со вторым входом третьего блока регулируемой задержки, выход четвертого фильтра нижних частот через четвертый усилитель нижних частот соединен со вторым входом четвертого блока регулируемой задержки.The problem is solved in that a device for the detection and identification of explosive and narcotic substances, containing, in accordance with the closest analogue, a series-connected transmitter, an antenna switch, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, a first high-frequency amplifier, an analog-to-digital converter, a processor, the input-output of which is connected to the transmitter, a comparison unit, the second input of which is connected to the output of the memory unit, and an indication unit connected to the output of the first high-frequency amplifier, a key, the second input of which is connected to the output of the comparison unit, the first multiplier connected in series, the second whose input is connected to the output of the transmitter through the first adjustable delay unit, and the first low-pass filter, the first adjustable delay unit and the range indicator, the first receiving antenna and the second high-frequency amplifier, the second multiply connected in series An amplifier, the second input of which is connected to the key output through the second adjustable delay unit, and the second low-pass filter, the azimuth indicator, the second receiving antenna and the third high-frequency amplifier, the third multiplier, the second input are connected in series, to the second output of the second adjustable delay unit which through the third adjustable delay unit is connected to the key output, and the third low-pass filter, the elevation indicator is connected to the second output of the third adjustable delay unit, the fourth multiplier is connected in series, the second input of which is connected through the fourth adjustable delay unit to the output of the second high-frequency amplifier, and the fourth low frequency, an orientation angle indicator is connected to the second output of the fourth adjustable delay unit, a transceiver and two receiving antennas form a rectangular triangle, at the top of which a transceiver antenna is placed, differs from the nearest analogue in that it is equipped with three differentiators and four low-frequency amplifiers, the first input of the first multiplier through the first differentiator connected to the key output, the first input of the second multiplier through the second differentiator connected to the output of the second high-frequency amplifier, the first input of the third and fourth multipliers through the third the differentiator is connected to the output of the third high-frequency amplifier, the output of the first low-pass filter through the first low-frequency amplifier is connected to the second input of the first adjustable delay unit, the output of the second low-pass filter through the second low-frequency amplifier is connected to the second input of the second adjustable delay unit, the output of the third filter low pass through the third low-frequency amplifier is connected to the second input of the third adjustable delay unit, the output of the fourth low-pass filter through the fourth low-pass amplifier is connected to the second input of the fourth adjustable delay unit.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Взаимное расположение приемопередающей антенны 1, приемных антенн 20, 28 и контролируемого объекта 10 показано на фиг. 2. Вид корреляционных функций и их производных изображен на фиг. 3. The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in FIG. 1. The relative position of the transceiver antenna 1, receiving antennas 20, 28 and the monitored object 10 is shown in FIG. 2. A view of the correlation functions and their derivatives is shown in FIG. 3.

Устройство содержит последовательно включенные передатчик 3, антенный переключатель 2, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 1, первый усилитель 5 высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь 6, процессор 11, вход-выход которого связан с передатчиком 3, блок 12 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 8 памяти, и блок 9 индикации. К выходу первого усилителя 5 высокой частоты последовательно подключены ключ 13, второй вход которого соединен с выходом блока 12 сравнения, первый дифференциатор 42, первый перемножитель 15, второй вход которого через первый блок 18 регулируемой задержки соединен с выходом передатчика 3, первый фильтр 16 нижних частот и первый усилитель нижних частот17, выход которого соединен со вторым входом первого блока 18 регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор 19 дальности. К выходу первой приемной антенны 20 последовательно подключены второй усилитель 21 высокой частоты, второй дифференциатор 43, второй перемножитель 23, второй вход которого через второй блок 26 регулируемой задержки соединен с выходом ключа 13, второй фильтр 24 нижних частот и второй усилитель нижних частот 25, выход которого соединен со вторым входом второго блока 26 регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор 27 азимута.The device contains a series-connected transmitter 3, an antenna switch 2, the input-output of which is connected to a transceiver antenna 1, a first high-frequency amplifier 5, an analog-to-digital converter 6, a processor 11, the input-output of which is connected to a transmitter 3, a comparison unit 12, and a second the input of which is connected to the output of the memory unit 8, and the indication unit 9. To the output of the first high-frequency amplifier 5, a key 13 is connected in series, the second input of which is connected to the output of the comparison unit 12, the first differentiator 42, the first multiplier 15, the second input of which is connected to the output of the transmitter 3 through the first adjustable delay unit 18, the first low-pass filter 16 and a first low-frequency amplifier 17, the output of which is connected to the second input of the first adjustable delay unit 18, to the second output of which a range indicator 19 is connected. A second high-frequency amplifier 21, a second differentiator 43, a second multiplier 23, the second input of which is connected to the key output 13 through a second adjustable delay unit 26, a second low-pass filter 24 and a second low-pass amplifier 25, are connected to the output of the first receiving antenna 20 in series which is connected to the second input of the second adjustable delay unit 26, to the second output of which the azimuth indicator 27 is connected.

К выходу второй приемной антенны 28 последовательно подключены третий усилитель 29 высокой частоты, третий дифференциатор 44, третий перемножитель 31, второй вход которого через третий блок 34 регулируемой задержки соединен с выходом ключа 13, третий фильтр 32 нижних частот и третий усилитель нижних частот 33, выход которого соединен со вторым входом третьего блока 34 регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор 35 угла места. К выходу третьего дифференциатора 44 последовательно подключены четвертый перемножитель 37, второй вход которого через четвертый блок 40 регулируемой задержки соединен с выходом второго усилителя 21 высокой частоты, четвертый фильтр 38 нижних частот и четвертый усилитель нижних частот 39, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока 40 регулируемой задержки, ко второму выходу которого подключен индикатор 41 угла ориентации.A third high-frequency amplifier 29, a third differentiator 44, a third multiplier 31, the second input of which is connected to the key output 13 through a third adjustable delay unit 34, a third low-pass filter 32 and a third low-pass amplifier 33, are connected to the output of the second receiving antenna 28 in series which is connected to the second input of the third adjustable delay unit 34, to the second output of which the elevation angle indicator 35 is connected. To the output of the third differentiator 44, a fourth multiplier 37 is connected in series, the second input of which is connected through the fourth block 40 of adjustable delay to the output of the second high-frequency amplifier 21, the fourth low-pass filter 38 and the fourth low-frequency amplifier 39, the output of which is connected to the second input of the fourth block 40 adjustable delay, the second output of which is connected to the indicator 41 orientation angle.

Первый усилитель 5 высокой частоты и аналого-цифровой преобразователь 6 образуют приемник 4. Процессор 11, блок 12 сравнения и блок 8 памяти образуют измерительное средство 7. Первый перемножитель 15, первый фильтр 16 нижних частот, первый усилитель нижних частот 17 и первый блок 18 регулируемой задержки образуют первый коррелятор 14. Второй перемножитель 23, второй фильтр 24 нижних частот, второй усилитель 25 нижних частот, второй блок 26 регулируемой задержки образуют второй коррелятор 22. Третий перемножитель 31, третий фильтр 32 нижних частот, третий усилитель 33 нижних частот и третий блок 34 регулируемой задержки образуют третий коррелятор 30. Четвертый перемножитель 37, четвертый фильтр 38 нижних частот, четвертый усилитель 39 нижних частот и четвертый блок 40 регулируемой задержки образуют четвертый коррелятор 36.The first high-frequency amplifier 5 and the analog-to-digital converter 6 form a receiver 4. The processor 11, the comparison unit 12 and the memory unit 8 form the measuring means 7. The first multiplier 15, the first low-pass filter 16, the first low-pass amplifier 17 and the first adjustable block 18 the delays form the first correlator 14. The second multiplier 23, the second low-pass filter 24, the second low-pass amplifier 25, the second adjustable delay unit 26 form the second correlator 22. The third multiplier 31, the third low-pass filter 32, the third low-pass amplifier 33 and the third block 34 adjustable delays form a third correlator 30. A fourth multiplier 37, a fourth low-pass filter 38, a fourth low-pass amplifier 39, and a fourth adjustable delay unit 40 form a fourth correlator 36.

Приемопередающая антенна 1 и приемные антенны 20 и 28 размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине которого помещена приемопередающая антенна 1. Устройство содержит также контролируемый объект 10.The transmit-receive antenna 1 and the receive antennas 20 and 28 are placed in the form of a right triangle, at the top of which the transmit-receive antenna 1 is placed. The device also contains a monitored object 10.

Способ обнаружения и идентификации, взрывчатых и наркотических веществ осуществляется следующим образом. Контролируемый объект 10, подлежащий проверке на наличие взрывчатых или наркотических веществ, облучается слабым высокочастотным электромагнитным излучением. СВЧ-сигнал в диапазоне частот от 300 МГц до 150 ГГц длительностью, не превышающей 10 мс, формируется в передатчике 3. Для облучения контролируемого объекта 10 может быть сформирован импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов. В этом случае для каждой пачки импульсов задается свое значение несущей частоты, причем значение несущей частоты для последующей пачки импульсов либо увеличивают, либо уменьшают. Сформированный в передатчике 3 СВЧ-сигнал с заданными параметрами через антенный переключатель 2 поступает в антенну 1 и излучается в направлении контролируемого объекта 10. Поскольку мощность излучаемого (зондирующего) СВЧ-сигнала небольшая, проверке на наличие взрывчатых или наркотических веществ могут подвергаться непосредственно пассажиры либо люди, находящиеся в местах массовых мероприятий.The method of detection and identification of explosives and narcotic substances is as follows. The controlled object 10, which is subject to verification for the presence of explosive or narcotic substances, is irradiated with weak high-frequency electromagnetic radiation. A microwave signal in the frequency range from 300 MHz to 150 GHz with a duration not exceeding 10 ms is generated in the transmitter 3. To irradiate the controlled object 10, a pulsed microwave signal can be generated in the form of a sequence of bursts of pulses. In this case, for each burst of pulses its own value of the carrier frequency is set, and the value of the carrier frequency for the subsequent burst of pulses is either increased or decreased. The microwave signal generated in the transmitter 3 with the given parameters through the antenna switch 2 enters the antenna 1 and is emitted in the direction of the monitored object 10. Since the power of the emitted (probing) microwave signal is small, passengers or people can be directly tested for explosive or narcotic substances located in places of mass events.

Отраженные от контрольного объекта сигналы:Signals reflected from the control object:

u1(t) = U1 cos[ωc (t - τз1) + ф1 ],u 1 (t) = U 1 cos [ω c (t - τ з1 ) + ф 1 ],

u2(t) = U2 cos[ωc (t - τз2) + ф2 ],u 2 (t) = U 2 cos [ω c (t - τ з2 ) + ф 2 ],

u3(t) = U3 cos[ωc (t - τз3) + ф3 ], 0≤t≤Tc,u 3 (t) = U 3 cos [ω c (t - τ з3 ) + ф 3 ], 0≤t≤T c ,

где τз1 =

Figure 00000002
время задержки отраженного сигнала относительно зондирующего;where τ s1 =
Figure 00000002
delay time of the reflected signal relative to the probing;

τз2 =t1 – t2, τ s2 = t 1 - t 2,

τз3 =t1 – t3, τ s3 = t 1 - t 3,

t1, t2, t3 – время прохождения сигналом расстояний от контролируемого объекта 10 до приемопередающей 1, первой 20 и второй 28 приемных антенн соответственно;t 1 , t 2 , t 3 - the time the signal travels distances from the controlled object 10 to the transceiver 1, the first 20 and second 28 receiving antennas, respectively;

R – расстояние от приемопередающей антенны 1 до контролируемого объекта 10;R is the distance from the transceiver antenna 1 to the controlled object 10;

c – скорость распространения радиоволн;c is the propagation velocity of radio waves;

воспринимаются антеннами 1, 20 и 28 соответственно.perceived by antennas 1, 20 and 28, respectively.

Отраженный сигнал u1(t) воспринимается антенной 1 и поступает через антенный переключатель 2 на вход приемника 4, в котором он усиливается усилителем 5 высокой частоты и преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя 6 в вид, удобный для его дальнейшей обработки в измерительном средстве 7, выполненном, например, с использованием процессора 11,позволяющего осуществлять цифровую обработку принятого сигнала с определением величин его фазового сдвига относительно зондирующего и интенсивности с последующим сравнением в блоке 12 сравнения с эталонными значениями, записанными в блок 8 памяти. При наличии диэлектрических включений на контролируемом объекте 10 (в частности, на теле человека) параметры принятого сигнала будут отличаться от параметров принятого сигнала, отраженного от контролируемого объекта, не содержащего взрывчатых или наркотических веществ. Отличия будут заключаться в изменении фазы принятого сигнала и его интенсивности. Изменение фазы будет различным для различных диэлектриков. Сравнивая фазу принятого сигнала с записанными в блок 8 памяти эталонными значениями фазовых сдвигов, соответствующих диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых и наркотических веществ, можно идентифицировать взрывчатое или наркотическое вещество. Полученные данные могут отображаться на дисплее в блоке 9 индикации. В простейшем случае может быть использована индикаторная лампа, включение которой свидетельствует об обнаружении взрывчатых или наркотических веществ.The reflected signal u 1 (t) is received by the antenna 1 and enters through the antenna switch 2 to the input of the receiver 4, in which it is amplified by a high-frequency amplifier 5 and converted using an analog-to-digital converter 6 into a form convenient for its further processing in the measuring means 7 , performed, for example, using a processor 11, which allows digital processing of the received signal with the determination of its phase shift relative to the probe and intensity, followed by comparison in block 12 of comparison with the reference values recorded in block 8 of the memory. If there are dielectric inclusions on the controlled object 10 (in particular, on the human body), the parameters of the received signal will differ from the parameters of the received signal reflected from the controlled object that does not contain explosive or narcotic substances. The differences will be a change in the phase of the received signal and its intensity. The phase change will be different for different dielectrics. By comparing the phase of the received signal with the reference values of the phase shifts recorded in the memory unit 8, corresponding to the dielectric properties of the inclusions of certain types of explosive and narcotic substances, an explosive or narcotic substance can be identified. The obtained data can be displayed on the display unit 9 indication. In the simplest case, an indicator lamp can be used, the inclusion of which indicates the detection of explosive or narcotic substances.

При обнаружении взрывчатого или наркотического вещества на контролируемом объекте 10 на выходе блока 12 сравнения образуется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 13, открывая его. В исходном состоянии ключ 13 всегда закрыт. При этом отраженный сигнал u1(t) с выхода усилителя 5 высокой частоты через открытый ключ 13 и первый дифференциатор 42 поступают на первый вход первого перемножителя 15, на второй вход которого с выхода передатчика 3 через первый блок 18 регулируемой задержки поступает зондирующий сигналWhen an explosive or narcotic substance is detected at the controlled object 10, a constant voltage is generated at the output of the comparison unit 12, which is supplied to the control input of the key 13, opening it. In the initial state, the key 13 is always closed. In this case, the reflected signal u 1 (t) from the output of the high-frequency amplifier 5 through the public key 13 and the first differentiator 42 is fed to the first input of the first multiplier 15, the probing signal from the output of the transmitter 3 through the first block 18 of the adjustable delay

uc(t)= Uc cos[ωc (t - τ) + ϕc ], 0≤t≤Tc, u c (t) = U c cos [ω c (t - τ) + ϕ c ], 0≤t≤T c ,

где τ - переменная временная задержка, вводимая первым блоком 18 регулируемой задержки.where τ is a variable time delay introduced by the first adjustable delay unit 18.

Полученное на выходе перемножителя 15 напряжение пропускается через фильтр 16 нижних частот, на выходе которого формируется низкочастотное напряжение, пропорциональное производной первой корреляционной функции

Figure 00000013
Это напряжение через первый усилитель 17 нижних частот воздействует на управляющий вход первого блока 18 регулируемой задержки, поддерживают производную первой корреляционной функции
Figure 00000001
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз1, соответствующую нулевому значению производной первой корреляционной функции
Figure 00000001
, и по ее значению определяют расстояние R до контролируемого объекта. Индикатор 19 дальности, связанный со шкалой первого блока 18 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное значение дальности R до контролируемого объекта 10, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество R = c
Figure 00000014
.The voltage obtained at the output of the multiplier 15 is passed through a low-pass filter 16, the output of which forms a low-frequency voltage proportional to the derivative of the first correlation function
Figure 00000013
This voltage through the first low-frequency amplifier 17 acts on the control input of the first adjustable delay unit 18, support the derivative of the first correlation function
Figure 00000001
at the zero level, fix the time delay τ = τ s1 corresponding to the zero value of the derivative of the first correlation function
Figure 00000001
, and its value determines the distance R to the controlled object. The range indicator 19, associated with the scale of the first adjustable delay unit 18, allows you to directly read the measured value of the distance R to the controlled object 10, on which an explosive or narcotic substance is detected R = c
Figure 00000014
.

Отраженный сигнал u2(t) с выхода приемной антенны 20 через усилитель 21 высокой частоты и второй дифференциатор 43 поступает на первый вход второго перемножителя 23, на второй вход которого через второй блок 26 регулируемой задержки подается отраженный сигнал u1(t) с выхода первого усилителя 5 высокой частоты через открытый ключ 13. В этом случае шкала второго блока 26 регулируемой задержки (индикатор 27 азимута) градуируется непосредственно в значениях угловой координаты контролируемого объекта 10, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое веществоThe reflected signal u 2 (t) from the output of the receiving antenna 20 through the high-frequency amplifier 21 and the second differentiator 43 is fed to the first input of the second multiplier 23, to the second input of which the reflected signal u 1 (t) from the output of the first high-frequency amplifier 5 through a public key 13. In this case, the scale of the second adjustable delay unit 26 (azimuth indicator 27) is calibrated directly in the values of the angular coordinate of the controlled object 10 on which an explosive or narcotic substance is detected

β = arccos

Figure 00000006
τз2, β = arccos
Figure 00000006
τ z2,

где d1 – расстояние между приемопередающей 1 и приемной 20 антеннами (измерительная база);where d 1 is the distance between the transceiver 1 and the receiving 20 antennas (measuring base);

τз2 = t1 – t2, t1, t2 – время прохождения отраженных сигналов расстояний от контролируемого объекта до приемопередающей 1 и приемной 20 антенн соответственно.τ s2 = t 1 - t 2, t 1, t 2 is the travel time of the reflected signals of the distances from the controlled object to the transceiver 1 and the receiving 20 antennas, respectively.

Отраженный сигнал u3(t) с выхода приемной антенны 28 через усилитель 29 высокой частоты и третий дифференциатор 44 поступает на первый вход третьего перемножителя 31, на второй вход которого через третий блок 34 регулируемой задержки подается отраженный сигнал u1(t) с выхода первого усилителя 5 высокой частоты через открытый ключ 13. В этом случае шкала третьего блока 34 регулируемой задержки (индикатор 35 угла места) градуируется непосредственно в значениях угловой координаты контролируемого объекта 10, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество The reflected signal u 3 (t) from the output of the receiving antenna 28 through the high-frequency amplifier 29 and the third differentiator 44 is fed to the first input of the third multiplier 31, to the second input of which the reflected signal u 1 (t) from the output of the first high-frequency amplifier 5 through a public key 13. In this case, the scale of the third adjustable delay unit 34 (elevation indicator 35) is calibrated directly in the angular coordinates of the controlled object 10 on which an explosive or narcotic substance is detected

α = arccos

Figure 00000015
τз3, α = arccos
Figure 00000015
τ s3,

где d2 – расстояние между приемопередающей антенной 1 и второй приемной антенной (измерительная база);where d 2 is the distance between the transceiver antenna 1 and the second receiving antenna (measuring base);

τз3 = t1 – t3, t1, t3 – время прохождения отраженных сигналов расстояний от контролируемого объекта 10 до приемопередающей 1 и приемной 28 антенной соответственно.τ s3 = t 1 - t 3 , t 1 , t 3 - the transit time of the reflected signals of distances from the controlled object 10 to the transceiver 1 and the receiving 28 antenna, respectively.

Отраженный сигнал u3(t) с выхода приемной антенны 28 через усилитель 29 высокой частоты и третий дифференциатор44 поступает на первый вход четвертого перемножителя 37, на второй вход которого через четвертый блок 40 регулируемой задержки подается отраженный сигнал u2(t) с выхода второго усилителя 21 высокой частоты. В этом случае шкала четвертого блока 40 регулируемой задержки (индикатор 41угла ориентации) градуируется непосредственно в значениях угловой координаты контролируемого объекта 10, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое веществоThe reflected signal u 3 (t) from the output of the receiving antenna 28 through the high-frequency amplifier 29 and the third differentiator 44 is fed to the first input of the fourth multiplier 37, to the second input of which the reflected signal u 2 (t) from the output of the second amplifier is supplied through the fourth block 40 of adjustable delay 21 high frequencies. In this case, the scale of the fourth block of adjustable delay 40 (orientation indicator 41) is graded directly in the values of the angular coordinate of the controlled object 10 on which an explosive or narcotic substance is detected

Ψ = arccos

Figure 00000016
τз4,Ψ = arccos
Figure 00000016
τ z4 ,

где d3 – расстояние между приемными антеннами 20 и 28 (измерительная база);where d 3 is the distance between the receiving antennas 20 and 28 (measuring base);

τз4 = t4 – t5, t4, t5 – время прохождения отраженных сигналов расстояний от контролируемого объекта 10 до первой 20 и второй 28 приемных антенн.τ z4 = t 4 - t 5 , t 4 , t 5 - the transit time of the reflected signals of distances from the controlled object 10 to the first 20 and second 28 receiving antennas.

Обнаружение взрывчатых и наркотических веществ может быть осуществлено и в случае, если контролируемый объект представляет собой многослойную структуру (например, взрывчатое или наркотическое вещество под одеждой человека), поскольку предварительно записанные в блок 8 памяти эталонные значения, с которыми сравнивают значения параметров принятых сигналов, представляют собой набор значений параметров принятых сигналов от различных объектов (в том числе и с многослойной структурой), с имеющимися в них взрывчатыми или наркотическими веществами, т.е. от объектов, которые будут близки по своим характеристикам с подлежащими проверке объектами, содержащими взрывчатые или наркотические вещества. Обычно используется компьютерная модель, позволяющая имитировать любые многослойные структуры.Explosive and narcotic substances can also be detected if the controlled object is a multilayer structure (for example, an explosive or narcotic substance under human clothing), since the reference values previously recorded in the memory unit 8, with which the values of the parameters of the received signals are compared, represent is a set of parameter values of received signals from various objects (including those with a multilayer structure), with explosives or narcotic substances present in them, i.e. from objects that will be close in their characteristics to the objects to be inspected containing explosive or narcotic substances. Usually a computer model is used to simulate any multilayer structure.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, может быть выполнено с тремя антеннами, одна из которых служит для излучения сигнала, а две другие – для приема отраженных сигналов. При облучении контролируемого объекта с многослойной структурой происходят многократные переотражения. Многослойная структура может облучаться последовательностью монохроматических пакетов, содержащих не менее 100 длин волн. В этом случае прохождение волн через многослойную структуру можно считать периодическим. При этом результат получают решением одномерного уравнения Гельмгольца (М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1974, с. 72). Решение для каждого волнового пакета зависит от расстояния до слоистой структуры, толщины слоев и их электрофизических свойств, причем расстояние до слоистой структуры может быть легко определено по параметрам принятого сигнала (по времени его задержки относительно излученного). Общее количество неизвестных равно 3N+1, где N – число слоев. Измеряя фазу и амплитуду принятого сигнала для каждого волнового пакета, легко решить соответствующую систему уравнений, если 2M>3N+1, где M – количество волновых пакетов.A device that implements the proposed method can be made with three antennas, one of which serves to emit a signal, and the other two to receive reflected signals. When a controlled object with a multilayer structure is irradiated, multiple reflections occur. The multilayer structure can be irradiated with a sequence of monochromatic packets containing at least 100 wavelengths. In this case, the passage of waves through a multilayer structure can be considered periodic. The result is obtained by solving the one-dimensional Helmholtz equation (M. Born, E. Wolf. Fundamentals of Optics. M: Nauka, 1974, p. 72). The solution for each wave packet depends on the distance to the layered structure, the thickness of the layers and their electrophysical properties, and the distance to the layered structure can be easily determined by the parameters of the received signal (by the time of its delay relative to the emitted). The total number of unknowns is 3N + 1, where N is the number of layers. By measuring the phase and amplitude of the received signal for each wave packet, it is easy to solve the corresponding system of equations if 2M> 3N + 1, where M is the number of wave packets.

Решая указанную систему, мы получаем значения проводимости, диэлектрической проницаемости и толщины каждого слоя. Это дает нам возможность определить, имеются ли опасные вещества в указанной слоистой структуре.Solving this system, we obtain the values of conductivity, permittivity and thickness of each layer. This enables us to determine if hazardous substances are present in the specified layered structure.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности определения местоположения контролируемого объекта.Thus, the proposed method and device in comparison with the prototype and other technical solutions of a similar purpose provide increased accuracy in determining the location of the controlled object.

Это достигается использованием производных корреляционных функций, которые позволяют значительно повысить точность и чувствительность измерителей дальности R, азимута β, угла места α и угла ориентации Ψ контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество.This is achieved by using derivatives of the correlation functions, which can significantly increase the accuracy and sensitivity of range meters R, azimuth β, elevation angle α, and orientation angle Ψ of the controlled object where explosive or narcotic substance is detected.

При этом отыскание максимума корреляционных функций (максимальный принцип – экстремальная задача) заменяется минимальным принципом – стабилизацией нулевого значения регулируемой величины τ.In this case, finding the maximum of correlation functions (the maximum principle is an extreme problem) is replaced by the minimum principle - stabilization of the zero value of the controlled variable τ.

Claims (7)

1. Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ, включающий облучение контролируемого объекта импульсным СВЧ-сигналом с заданными значениями несущей частоты зондирующих импульсов, их длительности и амплитуды, прием отраженного от контролируемого объекта сигнала, усиление и аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, измерение значений параметров преобразованного сигнала и сравнение их с эталонными значениями измерительным средством, при этом предварительно в память измерительного средства записывают эталонные значения фазовых сдвигов, соответствующие диэлектрическим свойствам включений определенных типов взрывчатых и наркотических веществ, облучение контролируемого объекта осуществляют в диапазоне от 300 МГц до 150 ГГц при длительности зондирующих импульсов, не превышающей 10 мс, измеряют величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного и его интенсивность, по величине которой определяют коэффициент поглощения контролируемого объекта, сравнивают измеренную величину фазового сдвига принятого сигнала относительно излученного с эталонными значениями, после чего по результатам сравнения с учетом определенного коэффициента поглощения контролируемого объекта определяют наличие взрывчатого или наркотического вещества и его тип, по измеренным значениям азимута β, угла места α и угла ориентации Ψ точно и однозначно определяют местоположение контролируемого объекта, приемопередающей и двумя приемными антеннами образуют прямоугольный треугольник, в вершине которого помещают приемопередающую антенну, отличающийся тем, что после обнаружения взрывчатого или наркотического вещества на контролируемом объекте отраженный сигнал, принимаемый приемопередающей антенной, дифференцируют по времени, продифференцированный по времени сигнал перемножают с зондирующим сигналом, пропущенным через первый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной первой корреляционной функции
Figure 00000017
, где τ - текущая временная задержка, изменяют временную задержку τ для поддержания производной первой корреляционной функции
Figure 00000017
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ=τз1, где τз1 =
Figure 00000018
, R - расстояние до контрольного объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество, c – скорость распространения радиоволн, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной первой корреляционной функции
Figure 00000017
, и определяют расстояние R до контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое вещество, одновременно отраженный сигнал, принятый первой приемной антенной, разнесенной в горизонтальной плоскости на расстояние d1 от приемопередающей антенны, где d1 – измерительная база, дифференцируют по времени, продифференцированный по времени сигнал перемножают с отраженным сигналом, принятым приемопередающей антенной и пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной второй корреляционной функции
Figure 00000019
, изменяют временную задержку τ для поддержания производной второй корреляционной функции
Figure 00000019
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз2, где τз2 = t1 – t2, t1, t2 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта до приемопередающей и первой приемной антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной второй корреляционной функции
Figure 00000020
, и определяют азимут на контролируемый объект1. A method for detecting and identifying explosive and narcotic substances, including irradiating a controlled object with a pulsed microwave signal with specified values of the carrier frequency of the probe pulses, their duration and amplitude, receiving the signal reflected from the controlled object, amplifying and analog-to-digital conversion of the received signal, measuring values the parameters of the converted signal and comparing them with the reference values by the measuring means, while first the reference values of the phase shifts corresponding to the dielectric properties of the inclusions of certain types of explosive and narcotic substances are recorded in the memory of the measuring means, the controlled object is irradiated in the range from 300 MHz to 150 GHz for a duration probe pulses, not exceeding 10 ms, measure the magnitude of the phase shift of the received signal relative to the emitted and its intensity, the value of which determines the absorption coefficient of the controlled object, compare the measured value of the phase shift of the received signal relative to the emitted signal with reference values, after which the presence of an explosive or narcotic substance and its type are determined based on the measured values of azimuth β, elevation angle α and orientation angle Ψ exactly and unambiguously determine the location of the controlled object, the transceiver and two receiving antennas form a rectangular triangle at the top of which a transceiving antenna is placed, characterized in that after the detection of an explosive or narcotic substance on the controlled object, the reflected signal received by the transceiving antenna is differentiated by time, time-differentiated signal multiplied with a probing signal passed through the first adjustable delay unit, a low-frequency voltage proportional to the derivative of the first correlation function is isolated
Figure 00000017
where τ is the current time delay, the time delay τ is changed to maintain the derivative of the first correlation function
Figure 00000017
at the zero level, fix the time delay τ = τ z1, where τ z1 =
Figure 00000018
, R is the distance to the control object at which an explosive or narcotic substance is detected, c is the propagation velocity of the radio waves, the indicated equality is maintained, which corresponds to the zero value of the derivative of the first correlation function
Figure 00000017
, and determine the distance R to the controlled object at which an explosive or narcotic substance is detected, at the same time the reflected signal received by the first receiving antenna, spaced horizontally at a distance d 1 from the transceiver antenna, where d 1 is the measuring base, differentiated by time, differentiated in time, the signal is multiplied with the reflected signal received by the transceiver antenna and passed through the second adjustable delay unit, a low-frequency voltage is proportional to the derivative of the second correlation function
Figure 00000019
change the time delay τ to maintain the derivative of the second correlation function
Figure 00000019
at the zero level, fix the time delay τ = τ З2, where τ З2 = t 1 - t 2 , t 1 , t 2 - the time taken by the reflected signals to distances from the controlled object to the transceiver and the first receiving antennas, respectively, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the second correlation function
Figure 00000020
, and determine the azimuth to the controlled object β = arccos
Figure 00000021
τз2, β = arccos
Figure 00000021
τ z2, отраженный сигнал, принятый второй приемной антенной, разнесенной в вертикальной плоскости от приемопередающей антенны на расстояние d2, где d2 – измерительная база, дифференцируют по времени, продифференцированный по времени сигнал перемножают с отраженным сигналом, принятым приемопередающей антенной и пропущенным через третий блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной третьей корреляционной функции
Figure 00000022
, изменяют временную задержку τ для поддержания производной третьей корреляционной функции
Figure 00000022
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз3, где τз3 = t1 – t3, t1, t3 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта до приемопередающей и второй приемной антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной третьей корреляционной функции
Figure 00000022
, и определяют угол места контролируемого объектаthe reflected signal received by the second receiving antenna, spaced apart in a vertical plane from the transceiving antenna by a distance d 2, where d 2 is the measuring base, is differentiated by time, the time-differentiated signal is multiplied with the reflected signal received by the transceiver antenna and passed through the third adjustable delay unit allocate a low-frequency voltage proportional to the derivative of the third correlation function
Figure 00000022
change the time delay τ to maintain the derivative of the third correlation function
Figure 00000022
at the zero level, fix the time delay τ = τ З3, where τ З3 = t 1 - t 3 , t 1 , t 3 - the travel time of the reflected signals from the controlled object to the transceiver and second receiving antennas, respectively, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the third correlation function
Figure 00000022
, and determine the elevation angle of the controlled object α = arccos
Figure 00000023
τз3, α = arccos
Figure 00000023
τ s3, отраженный и продифференцированный по времени сигнал, принятый второй приемной антенной, перемножают с отраженным сигналом, принятым первой приемной антенной и пропущенным через четвертый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000024
, изменяют временную задержку τ для поддержания производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000024
на нулевом уровне, фиксируют временную задержку τ = τз4, где τз4 = t4 – t5, t4, t5 – время прохождения отраженными сигналами расстояний от контролируемого объекта до первой и второй приемной антенн соответственно, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной четвертой корреляционной функции
Figure 00000024
, и определяют угол ориентации контролируемого объекта, на котором обнаружено взрывчатое или наркотическое веществоthe reflected and time-differentiated signal received by the second receiving antenna is multiplied with the reflected signal received by the first receiving antenna and passed through the fourth adjustable delay unit, a low-frequency voltage proportional to the derivative of the fourth correlation function is isolated
Figure 00000024
change the time delay τ to maintain the derivative of the fourth correlation function
Figure 00000024
at the zero level, fix the time delay τ = τ z4, where τ z4 = t 4 - t 5 , t 4 , t 5 - the travel time of the reflected signals from the controlled object to the first and second receiving antennas, respectively, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the fourth correlation function
Figure 00000024
, and determine the angle of orientation of the controlled object, which detected explosive or narcotic substance Ψ = arccos
Figure 00000025
τз4.Ψ = arccos
Figure 00000025
τ s4 . 2. Устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ, содержащее последовательно включенные передатчик, антенный переключатель, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый усилитель высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, процессор, вход-выход которого связан с передатчиком, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, и блок индикации, подключенный к выходу первого усилителя высокой частоты ключ, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого через первый блок регулируемой задержки соединен с выходом передатчика, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные первый блок регулируемой задержки и индикатор дальности, последовательно включенные первую приемную антенну и второй усилитель высокой частоты, последовательно включенные второй перемножитель, второй вход которого через второй блок регулируемой задержки соединен с выходом ключа, и второй фильтр нижних частот, ко второму выходу второго блока регулируемой задержки подключен индикатор азимута, последовательно включенные вторую приемную антенну и третий усилитель высокой частоты, последовательно включенные третий перемножитель, второй вход которого через третий блок регулируемой задержки соединен с выходом ключа, и третий фильтр нижних частот, ко второму выходу третьего блока регулируемой задержки подключен индикатор угла места, последовательно включенные четвертый перемножитель, второй вход которого через четвертый блок регулируемой задержки соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, и четвертый фильтр нижних частот, ко второму выходу четвертого блока регулируемой задержки подключен индикатор угла ориентации, приемопередающей и двумя приемными антеннами образован прямоугольный треугольник, в вершине которого помещена приемопередающая антенна, отличающееся тем, что оно снабжено тремя дифференциаторами и четырьмя усилителям нижних частот, причем первый вход первого перемножителя через первый дифференциатор соединен с выходом ключа, первый вход второго перемножителя через второй дифференциатор соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, первый вход третьего и четвертого перемножителей через третий дифференциатор соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, выход первого фильтра нижних частот через первый усилитель нижних частот соединен со вторым входом первого блока регулируемой задержки, выход второго фильтра нижних частот через второй усилитель нижних частот соединен со вторым входом второго блока регулируемой задержки, выход третьего фильтра нижних частот через третий усилитель нижних частот соединен со вторым входом третьего блока регулируемой задержки, выход четвертого фильтра нижних частот через четвертый усилитель нижних частот соединен со вторым входом четвертого блока регулируемой задержки.2. Device for the detection and identification of explosive and narcotic substances, containing a series-connected transmitter, an antenna switch, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, a first high-frequency amplifier, an analog-to-digital converter, a processor, the input-output of which is connected to the transmitter, a unit comparison, the second input of which is connected to the output of the memory unit, and the display unit connected to the output of the first high-frequency amplifier key, the second input of which is connected to the output of the comparison unit, the first multiplier connected in series, the second input of which is connected to the output of the transmitter through the first adjustable delay unit and the first low-pass filter, the first variable delay unit and the range indicator, the first receiving antenna and the second high-frequency amplifier, the second multiplier connected in series, the second input of which is connected via the second adjustable delay unit inen with the key output, and the second low-pass filter, the azimuth indicator, the second receiving antenna and the third high-frequency amplifier, the third multiplier connected in series, the second input of which is connected to the key output through the third adjustable delay block, are connected to the second output of the second adjustable delay unit and the third low-pass filter, the elevation indicator is connected to the second output of the third adjustable delay unit, the fourth multiplier is connected in series, the second input of which is connected through the fourth adjustable delay unit to the output of the second high-frequency amplifier, and the fourth low-pass filter, to the second output of the fourth an adjustable delay unit, an orientation angle indicator is connected, a transceiver and two receiving antennas form a rectangular triangle at the top of which a transceiver antenna is placed, characterized in that it is equipped with three differentiators and four lower-frequency amplifiers This is the case, the first input of the first multiplier through the first differentiator connected to the output of the key, the first input of the second multiplier through the second differentiator connected to the output of the second high-frequency amplifier, the first input of the third and fourth multipliers through the third differentiator connected to the output of the third high-frequency amplifier, the output of the first filter the low pass through the first low-pass amplifier is connected to the second input of the first adjustable delay unit, the output of the second low-pass filter through the second low-pass amplifier is connected to the second input of the second adjustable delay unit, the output of the third low-pass filter through the third low-pass amplifier is connected to the second input of the third adjustable delay unit, the output of the fourth low-pass filter through the fourth low-frequency amplifier is connected to the second input of the fourth adjustable delay unit.
RU2019123149A 2019-07-23 2019-07-23 Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation RU2723987C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123149A RU2723987C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123149A RU2723987C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723987C1 true RU2723987C1 (en) 2020-06-18

Family

ID=71096005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123149A RU2723987C1 (en) 2019-07-23 2019-07-23 Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723987C1 (en)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990005299A1 (en) * 1988-10-31 1990-05-17 Zetetic International Limited Detection of non-metallic materials
US4975968A (en) * 1989-10-27 1990-12-04 Spatial Dynamics, Ltd. Timed dielectrometry surveillance method and apparatus
US5073782A (en) * 1988-04-19 1991-12-17 Millitech Corporation Contraband detection system
US6057761A (en) * 1997-01-21 2000-05-02 Spatial Dynamics, Ltd. Security system and method
US6480141B1 (en) * 2001-03-13 2002-11-12 Sandia Corporation Detection of contraband using microwave radiation
RU41879U1 (en) * 2003-03-03 2004-11-10 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" REMOTE DETECTION DEVICE
RU2244942C2 (en) * 2003-03-03 2005-01-20 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" Method of remote detecting material
EP1792167A2 (en) * 2004-09-09 2007-06-06 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Intellektualnye Skaniruyuschie Sistemy" Identification of explosives by frequency domain microwave spectroscopy in reflection mode
RU2498279C1 (en) * 2012-06-04 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Method for remote detection of substance
RU2507505C1 (en) * 2012-08-07 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Авангард" Method of detecting and identifying explosives and narcotic drugs and apparatus for realising said method
RU2515956C2 (en) * 2008-07-01 2014-05-20 Смитс Детекшн Айлэнд Лимитед Identification of potentially hazardous substances using active electromagnetic waves
RU2626313C1 (en) * 2016-04-25 2017-07-25 ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы Substance remote detecting method and device for its implementation
RU2632564C1 (en) * 2016-08-31 2017-10-05 Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы Method of detecting and identifying explosives and narcotic substances and device for its implementation

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5073782A (en) * 1988-04-19 1991-12-17 Millitech Corporation Contraband detection system
WO1990005299A1 (en) * 1988-10-31 1990-05-17 Zetetic International Limited Detection of non-metallic materials
US4975968A (en) * 1989-10-27 1990-12-04 Spatial Dynamics, Ltd. Timed dielectrometry surveillance method and apparatus
US6057761A (en) * 1997-01-21 2000-05-02 Spatial Dynamics, Ltd. Security system and method
US6480141B1 (en) * 2001-03-13 2002-11-12 Sandia Corporation Detection of contraband using microwave radiation
RU2244942C2 (en) * 2003-03-03 2005-01-20 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" Method of remote detecting material
RU41879U1 (en) * 2003-03-03 2004-11-10 Закрытое акционерное общество "АЗНОРИС" REMOTE DETECTION DEVICE
EP1792167A2 (en) * 2004-09-09 2007-06-06 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Intellektualnye Skaniruyuschie Sistemy" Identification of explosives by frequency domain microwave spectroscopy in reflection mode
RU2515956C2 (en) * 2008-07-01 2014-05-20 Смитс Детекшн Айлэнд Лимитед Identification of potentially hazardous substances using active electromagnetic waves
RU2498279C1 (en) * 2012-06-04 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Method for remote detection of substance
RU2507505C1 (en) * 2012-08-07 2014-02-20 Открытое акционерное общество "Авангард" Method of detecting and identifying explosives and narcotic drugs and apparatus for realising said method
RU2626313C1 (en) * 2016-04-25 2017-07-25 ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы Substance remote detecting method and device for its implementation
RU2632564C1 (en) * 2016-08-31 2017-10-05 Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы Method of detecting and identifying explosives and narcotic substances and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2283485C2 (en) Method for detection and identification of explosives
US8064737B2 (en) Spatial bandwidth imaging of structural interiors
RU2436130C2 (en) Method and system for radar probing earth interior
RU2663083C1 (en) Method for determining relative dielectric permittivity and method of ground subject detecting
RU2626313C1 (en) Substance remote detecting method and device for its implementation
RU2507505C1 (en) Method of detecting and identifying explosives and narcotic drugs and apparatus for realising said method
RU2723987C1 (en) Method of detection and identification of explosive and narcotic substances and device for its implementation
RU2632564C1 (en) Method of detecting and identifying explosives and narcotic substances and device for its implementation
RU2334244C1 (en) Method of radio radiation source location detection
RU156519U1 (en) DEVICE FOR CONTACTLESS CONTROL OF ELECTROMAGNETIC PARAMETERS OF THIN FILMS AND NANOMATERIALS
RU2498279C1 (en) Method for remote detection of substance
RU2433423C1 (en) Subsurface probing device
RU2402787C1 (en) Method of finding vessels in distress
RU2039352C1 (en) Method of measuring dielectric permeabilities and thicknesses of layers of multilayer medium
Pochanin et al. GPR for pavement monitoring
RU2530542C1 (en) Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars
RU2515419C1 (en) Method of measuring change in course angle of probing signal source
RU2260816C2 (en) Method for detection of living objects and device for its realization
Harmer et al. A comparison of ultra wide band conventional and direct detection radar for concealed human carried explosives detection
RU2234694C2 (en) Device for probing building constructions
RU2019855C1 (en) Parametric echo ice detection unit
RU2190239C1 (en) Method and device measuring polarization scattering matrix of object
RU2350899C1 (en) Method for detection of dielectric coat thickness
RU2447464C1 (en) Geophysical radar set
RU2222031C1 (en) Method forming sounding signals in complex location system