RU2741868C1 - Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов - Google Patents

Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов Download PDF

Info

Publication number
RU2741868C1
RU2741868C1 RU2020120873A RU2020120873A RU2741868C1 RU 2741868 C1 RU2741868 C1 RU 2741868C1 RU 2020120873 A RU2020120873 A RU 2020120873A RU 2020120873 A RU2020120873 A RU 2020120873A RU 2741868 C1 RU2741868 C1 RU 2741868C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
microwave
camera
range
monitor
Prior art date
Application number
RU2020120873A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Георгиевич Паулиш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
Priority to RU2020120873A priority Critical patent/RU2741868C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2741868C1 publication Critical patent/RU2741868C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области дистанционного скрытного определения опасных объектов под одеждой людей, скрытых за преградами, непрозрачными в видимом и инфракрасном диапазонах излучения и прозрачными/полупрозрачными в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне излучения. Технический результат: повышение точности идентификации опасных объектов, обеспечение всесуточного режима работы, снижение массогабаритных и энергетических параметров. Сущность: устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов включает единый СВЧ приемо-передающий модуль с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) излучения с расширенным диапазоном модуляции, связанный с блоком управления и обработки сигнала, телевизионную камеру и монитор. В качестве формирователя пучка излучения использована отражательная антенна. Устройство снабжено ИК-светодиодом с длиной волны, совпадающей с диапазоном чувствительности ТВ-камеры. Формирователь СВЧ пучка и ИК-светодиод установлены относительно телевизионной камеры так, чтобы освещать область в центре видеоизображения. Монитор является отдельным устройством, связанным с остальным устройством по проводу или по радиоканалу. Устройство может быть выполнено в переносном/стационарном варианте. Управление устройством может осуществляться по проводу или радиоканалу. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к области дистанционного скрытного определения опасных объектов под одеждой людей, передвигающихся естественно, и также может быть использовано для определения опасных объектов, скрытых за преградами, непрозрачными в видимом и инфракрасном диапазонах излучения и прозрачными/полупрозрачными в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне излучения.
Уровень техники
Использование СВЧ диапазона излучения для создания устройств дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов (оружия, компонентов самодельных взрывчатых устройств (СВУ)) обусловлено тем, что данное излучение хорошо проникает сквозь одежду, пластик, дерево и другие неметаллические преграды, непрозрачные в видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах. При этом излучение хорошо отражается металлическими и другими твердыми материалами, например керамикой и скотчем, которые могут входить в состав оружия и СВУ.
Известен способ дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, и устройство для его осуществления (MiRTLE™ www.radiophysicssolutions.com). Изобретение заключается в том, что человек облучается сфокусированным на небольшом участке СВЧ излучением в диапазоне 75-110 ГГц (длина волны 2,7-4 мм) и с помощью радиоприемной рупорно-линзовой антенны регистрируется уровень отраженного от человека сигнала. Одновременно с помощью ТВ-камеры на монитор выводится изображение объекта контроля. Расположение СВЧ излучателя относительно ТВ-камеры обеспечивает освещение области СВЧ излучением, находящейся в центре видеоизображения. Расположение рупорно-линзовой антенны относительно СВЧ излучателя обеспечивает регистрацию отраженного СВЧ излучения, исходящего из центра освещенной области, совпадающей с центром видеоизображения. Величина полученного отраженного сигнала выводится на монитор в виде марки в центре изображения, совпадающей с освещенной областью, при этом цвет марки меняется с величиной сигнала. Устройство содержит два источника СВЧ излучения с взаимно перпендикулярной поляризацией, радиоприемную рупорно-линзовую антенну, видеокамеру и монитор для вывода изображения, а также блок управления и обработки сигнала. Для формирования пучка СВЧ излучения используется выходная линза из фторопласта, либо рупор прямоугольного сечения. Два источника излучения с взаимно перпендикулярной поляризацией используются для уменьшения паразитных интерференционных эффектов, ухудшающих точность идентификации скрытых опасных объектов. Радиоприемная антенна содержит входную линзу из фторопласта, фокусирующую излучение, отраженное от человека, на чувствительную часть антенны. Данный метод позволяет скрытно обследовать человека в свободном движении, не требует портальных систем или других средств организации движения людей.
Конструкция устройства обладает следующими недостатками. Наличие раздельных двух источников излучения и радиоприемной антенны увеличивает массогабаритные параметры и потребляемую мощность, что ограничивает возможности автономного применения. Очевидно, что интенсивность отраженного сигнала от одного и того же объекта будет зависеть от расстояния до объекта. В данном устройстве интенсивность будет падать как квадрат расстояния. При отсутствии информации о дальности расположения объекта контроля это существенно усложняет идентификацию опасных объектов и отделения их от безопасных объектов. Для фокусировки падающего и отраженного излучения используются линзы из фторопласта, которые приводят к частичной потере мощности излучения. Использование в качестве формирователя пучка рупора не позволяет сфокусировать СВЧ излучение в небольшой области, таким образом, освещенность объекта быстро падает с расстоянием, что приводит к уменьшению полезного сигнала. Кроме того, данное устройство работает только при достаточном дневном или искусственном освещении, достаточном для работы ТВ-камеры.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание устройства дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей или за непрозрачными преградами, с функцией сканирования по глубине пространства, позволяющей одновременно детектировать как интенсивность отраженного сигнала от объекта, так и расстояние до объекта, и без влияния интерференционных эффектов. При этом устройство работает в любое время суток и обладает малыми массогабаритными параметрами и низким энергопотреблением, что позволяет использовать его в носимом, переносном и стационарном варианте.
Технический результат: повышение точности идентификации опасных объектов, всесуточный режим работы, снижение массогабаритных и энергетических параметров.
Поставленная задача решена тем, что в известном устройстве дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов, включающем связанные с блоком управления и обработки сигнала источник и приемник СВЧ излучения, снабженные формирователями пучка излучения, телевизионную камеру и монитор, согласно изобретению, в качестве источника и приемника СВЧ излучения использован единый СВЧ приемо-передающий модуль с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) излучения с расширенным диапазоном модуляции, в качестве формирователя пучка излучения использована отражательная антенна, устройство снабжено ИК-светодиодом с длиной волны, совпадающей с диапазоном чувствительности ТВ-камеры, причем формирователь СВЧ пучка и ИК-светодиод установлены относительно телевизионной камеры так, чтобы освещать область в центре видеоизображения.
Монитор является отдельным устройством, связанным с остальным устройством по проводу или по радиоканалу.
Устройство может быть выполнено в переносном/стационарном варианте.
Управление устройством может осуществляться по проводу или радиоканалу.
Описание устройства
Схема устройства поясняется фигурой 1. Устройство состоит из СВЧ приемопередающего модуля с линейной частотной модуляцией излучения (7), волновода (2), гиперболического (3) и параболического (4) отражателей (антенна Кассегрена) как формирователя пучка излучения (5), телевизионной камеры (6), ИК-светодиода (7), блока управления и обработки сигнала (8), монитора (9).
По сути, СВЧ ЛЧМ модуль с антенной является классическим радарным устройством (Радар), отличающийся меньшими габаритами, ближней локацией и увеличенным диапазоном частотной модуляции излучения, что снижает, практически устраняет, влияние интерференционных эффектов на величину выходного сигнала. СВЧ ЛЧМ модуль и ИК-светодиод установлены относительно ТВ-камеры таким образом, что центр зоны облучения как СВЧ, так и ИК излучением совпадает с центром видеоизображения.
Устройство работает следующим образом.
Излучение СВЧ модуля (1) с линейной частотной модуляцией в пределах ƒ0±Δƒмодуляции проходит по волноводу (2), далее антенна Кассегрена (5) формирует выходной пучок излучения, сфокусированный на объекте контроля (10). Отраженный от объекта контроля пучок излучения попадает через антенну (5) и волновод (2) опять в СВЧ модуль (7), где смешивается и исходящим из модуля излучением. Блок обработки сигнала (8) вычисляет разностную частоту Δƒразностиисходотражен и амплитуду сигнала (S). Разностная частота Δƒразности дает информацию о дистанции до объекта (d), а амплитуда сигнала S - о величине отражения от объекта. По величине амплитуды сигнала с учетом дистанции до объекта судят о наличии или отсутствии опасных предметов (угроз). Параллельно блок обработки сигнала формирует на экране монитора (9) видеоизображение от ТВ-камеры (6). Сигнал от СВЧ модуля (S) отображается на экране монитора, например, в виде цветной марки, цвет которой меняется от величины сигнала: зеленый - нет угрозы, желтый - возможна угроза, красный - наличие угрозы. Пороги переключения цвета определяются предварительной калибровкой устройства. Способ отображения величины сигнала на видеоизображении может быть любой, известный из уровня техники. Для работы в темное время суток при отсутствии или недостаточности внешнего освещения используется подсветка от ИК-светодиода (7) с длиной волны, совпадающей с диапазоном чувствительности ТВ-камеры, и невидимая человеческим глазом, что обеспечивает всесуточность и скрытность наблюдения. ИК-светодиод установлен относительно ТВ-камеры так, чтобы освещаемая им область совпадала с центром видеоизображения и с областью, освещенной СВЧ излучением.
Калибровка устройства для селекции опасных объектов может проводиться следующим способом. Вначале, из всех возможных опасных объектов (оружия, СВУ) выбирается объект с минимальной эквивалентной поверхностью рассеяния (ЭПР). Далее, с помощью него измеряется зависимость величины сигнала от этого объекта от расстояния до него. В устройствах с линейной частотной модуляцией величина сигнала линейно падает с расстоянием. Таким образом, получается зависимость (11), приведенная на фигуре 2. Сигналы, лежащие заведомо ниже этой прямой (область I), являются безопасными, например, сигнал от ключей, часов, мобильных телефонов и т.д. Сигналы, лежащие в непосредственной близости данной прямой (область II), свидетельствуют о возможной угрозе. Сигналы, лежащие заведомо выше данной прямой (область III), свидетельствуют о наличие угрозы. Далее, в программном обеспечении устройства этим типам сигналов присваивается разный цвет марки, например, зеленый, желтый, красный. Количество цветовых градаций может быть больше, в зависимости от конкретной задачи, решаемой с помощью данного детектора.
В носимом варианте исполнения устройство снабжено ручкой, для удержания оператором и ориентировании устройства в нужном направлении, ориентируясь на видеоизображение.
В переносном или стационарном исполнении устройство может монтироваться на опорно-поворотном устройстве и управляться дистанционно по проводам или по радиоканалу.
Монитор может быть частью конструкции устройства (вмонтирован в корпус) или, для удобства оператора, выполнен в виде отдельного устройства с питанием от аккумуляторных батарей, соединенного с остальным детектором по проводу или по радиоканалу.
В данном детекторе, в отличие от прототипа, один приемо-передающий СВЧ модуль с антенной заменяет два излучателя и детектор, каждый из которых содержит индивидуальную антенну (линзу). Расширенный диапазон частотной модуляции ЛЧМ модуля избавляет от влияния интерференционных эффектов на величину сигнала. Таким образом, повышается точность определения величины отраженного сигнала, а, значит, и точность интерпретации объекта, снижаются массогабаритные характеристики и энергопотребление. Отражательная антенна Кассегрена имеет меньшие потери мощности излучения по сравнению с линзами из фторопласта, высокий коэффициент усиления и наиболее узкую диаграмму направленности, что обеспечивает большую дальность действия (рабочую дальность локации) при относительно меньших габаритах. Данное устройство может быть использовано не только для обнаружения скрытых под одеждой опасных предметов, но и для обнаружения спрятанных в стенах закладках, полостях, трещинах. Особенно эффективно данное устройство для обследования легких конструкций из фанеры, гипсокартона, пластика и т.п.
Таким образом, введенные признаки обеспечивают заявленные технические характеристики: более точная идентификация опасных предметов с разрешением по глубине пространства, меньшие массогабаритные параметры, меньшее энергопотребление, всесуточный режим работы.
Источники информации
[1] MiRTLE™, www.radiophysicssolutions.com
[2] Peter W. Hannan, Harold A. Wheeler. Double-reflector antenna with critical dimensioning to achieve minimum aperture blocking. USA Patent 3,218,643, filed 1.03.1961, published 16.11.1965.
[3] Комаров И.В., Смольский С.М. Основы теории радиолокационных систем с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 366 с.: ил.
Stove, A.G.; Linear FMCW radar techniques. Radar and Signal Processing, IEE Proceedings F, Volume 139, Issue 5, Oct. 1992, pp. 343-350.

Claims (9)

1. Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов, включающее связанные с блоком управления и обработки сигнала источник и приемник СВЧ излучения с формирователем пучка излучения, телевизионную камеру и монитор, отличающееся тем, что в качестве источника и приемника СВЧ излучения использован единый СВЧ приемо-передающий модуль с линейно-частотной модуляцией излучения с расширенным диапазоном модуляции, в качестве формирователя пучка излучения использована отражательная антенна, устройство снабжено ИК-светодиодом с длиной волны, совпадающей с диапазоном чувствительности ТВ-камеры, причем формирователь СВЧ пучка и ИК-светодиод установлены относительно телевизионной камеры так, чтобы освещать область в центре видеоизображения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве СВЧ приемо-передающего модуля использован СВЧ модуль с рабочей частотой 93±1 ГГц и диапазоном частотной модуляции излучения 500-1000 МГц.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ТВ-камеры использована камера с размерностью матрицы 1280×900 пикселей и спектральным диапазоном чувствительности 0.4-0.9 мкм.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ИК-светодиода использован светодиод с максимумом излучения в диапазоне 0.8-0.9 мкм и мощностью излучения 0.2 Вт.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что монитор является отдельным устройством, связанным с остальным устройством по проводу.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что монитор является отдельным устройством, связанным с остальным устройством по радиоканалу.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в переносном/стационарном варианте устройство смонтировано на опорно-поворотном устройстве.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что управление устройством и опорно-поворотным устройством осуществляется по проводу.
9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что управление устройством и опорно-поворотным устройством осуществляется по радиоканалу.
RU2020120873A 2020-06-10 2020-06-10 Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов RU2741868C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120873A RU2741868C1 (ru) 2020-06-10 2020-06-10 Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120873A RU2741868C1 (ru) 2020-06-10 2020-06-10 Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741868C1 true RU2741868C1 (ru) 2021-01-29

Family

ID=74554478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120873A RU2741868C1 (ru) 2020-06-10 2020-06-10 Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741868C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327189C2 (ru) * 2006-04-28 2008-06-20 Николай Юрьевич Данилов Способ и система для дистанционного обнаружения металлических предметов, например оружия
WO2012109345A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-16 Walleye Technologies, Incorporated Hidden object detector
RU2480787C1 (ru) * 2011-09-12 2013-04-27 Владимир Авенирович Кропотов Способ и система для дистанционного обнаружения объектов
RU2540726C2 (ru) * 2012-12-04 2015-02-10 Григорий Николаевич Щербаков Способ и устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств
US20160252609A1 (en) * 2009-09-17 2016-09-01 Radio Physics Solutions, Ltd. Detection of objects
CN209044074U (zh) * 2018-12-14 2019-06-28 湖南华诺星空电子技术有限公司 多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327189C2 (ru) * 2006-04-28 2008-06-20 Николай Юрьевич Данилов Способ и система для дистанционного обнаружения металлических предметов, например оружия
US20160252609A1 (en) * 2009-09-17 2016-09-01 Radio Physics Solutions, Ltd. Detection of objects
WO2012109345A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-16 Walleye Technologies, Incorporated Hidden object detector
RU2480787C1 (ru) * 2011-09-12 2013-04-27 Владимир Авенирович Кропотов Способ и система для дистанционного обнаружения объектов
RU2540726C2 (ru) * 2012-12-04 2015-02-10 Григорий Николаевич Щербаков Способ и устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств
CN209044074U (zh) * 2018-12-14 2019-06-28 湖南华诺星空电子技术有限公司 多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1184491C (zh) 暗藏武器检测系统
US10001559B2 (en) Passive millimeter-wave detector
US7248204B2 (en) Security system with metal detection and mm-wave imaging
US7948428B2 (en) Millimeter wave imaging system with frequency scanning antenna
US8362946B2 (en) Millimeter wave surface imaging radar system
Kemp Millimetre wave and terahertz technology for detection of concealed threats-a review
Frazier Radar surveillance through solid materials
US20090294704A1 (en) Active millimeter wave imaging system and method
Harmer et al. A review of nonimaging stand-off concealed threat detection with millimeter-wave radar [application notes]
US8103604B2 (en) Remote detection and measurement of objects
US20080191925A1 (en) Millimeter wave imaging system
US8451162B2 (en) Microwave datum tool
Andrews et al. Active millimeter wave sensor for standoff concealed threat detection
JP2007502415A (ja) ミリ波イメージングによるセキュリティ・システム
CN102725652A (zh) 使用相位信息的亚毫米雷达
US5942899A (en) Hyperspectral radiometric mine detector based upon sensing microwave brightness temperature and interference contrast signatures
IL173640A (en) Security system with mm-wave imaging
Kapilevich et al. Detecting hidden objects on human body using active millimeter wave sensor
US20070221847A1 (en) Illumination Method and Apparatus
RU2741868C1 (ru) Устройство дистанционного обнаружения скрытых опасных объектов
RU2133971C1 (ru) Способ дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, и устройство для его осуществления
Sisma et al. UWB radar: Vision through a wall
WO1990007130A1 (en) Millimiter-wave imaging system, particularly for contraband detection
RU2615988C1 (ru) Способ и комплекс барьерного зенитного радиолокационного обнаружения малозаметных летательных аппаратов на базе сетей сотовой связи стандарта gsm
Kapilevich et al. Passive non-imaging mm-wave sensor for detecting hidden objects