Спосіб дистанційного огляду цілі в контрольованій області простору

Реферат: Використання: для дистанційного огляду цілі в контрольованій області простору. Суть: опромінюють контрольовану область НВЧ-випромінюванням за допомогою двох або більше елементарних НВЧ-випромінювачів, реєстрацію відбитого від контрольованої області сигналу за допомогою одного або більше паралельних каналів реєстрації, когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням максимальних значень інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів в області огляду залежно від дальності елементарних випромінювачів до цілі та відображення отриманої у результаті обробки інформації шляхом побудови НВЧзображення відповідної тривимірної поверхні. При цьому додатково одержують відеозображення цілі за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих зі НВЧвипромінювачами, перетворюють отримане відеозображення цілі, переводять тривимірне відеозображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат. Технічний результат: підвищення вірогідності визначення наявності або відсутності діелектричних об'єктів при схованому огляді. UA 104224 C2 (12) UA 104224 C2 UA 104224 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Винахід відноситься до галузі дистанційного виявлення схованих об'єктів, зокрема, до способів виявлення діелектричних вибухових речовин, схованих під одягом на тілі людини. Попередній рівень техніки Серед проблем забезпечення безпеки особливе місце у цей час займає проблема виявлення, так званих, суїцидних бомб, які сховані на тілі терориста. У цей час для рішення цього завдання застосовуються, в основному способи, що базуються на використанні металодетекторів, детекторів пари, рентгенівського устаткування, службових собак тощо. У різних країнах ведуться роботи зі створення способів огляду тіла людини, заснованих на нових фізичних принципах: на основі ефекту ядерного квадрупольного резонансу, зворотного комбінаційного розсіювання, діелектричних порталів, пасивних і активних приладів для огляду тіла людини у терагерцовому діапазоні, пасивних радарів міліметрового діапазону, активних мікрохвильових порталів. Відомі способи не забезпечують у достатньому ступені можливість дистанційного та прихованого огляду, а виходить, не дозволяють вчасно виявити терориста-смертника та вжити заходів до його знешкодження перш, ніж він приведе підривний пристрій у дію. Іншим серйозним недоліком існуючих способів є відсутність можливості автоматичного визначення ступеня небезпеки виявленого предмета та високий рівень фіктивних тривог, що унеможливлює їхнє застосування у реальних умовах огляду великих потоків людей. Таким чином, завдання виявлення суїцидних підривних пристроїв вимагають дотримання особливих умов її рішення: - дистанційність огляду; - автоматичний режим огляду; - виявлення будь-яких типів об'єктів (як діелектриків, так і провідників); - здійснення огляду у режимі реального часу; - автоматичне визначення ступеня небезпеки виявленого предмета; - можливість здійснення прихованого огляду; - незалежність огляду від зовнішніх умов; - безпека для людини; - можливість прив'язки сигналу небезпеки до конкретної людини; - мобільність системи та відносно невисока вартість. Відомий спосіб виявлення предметів, схованих під одягом не тільки металевих, але й неметалевих, типу вибухівки, схованої під одягом; за допомогою радіоприймальної антени, сфальцьованої на невеликій ділянці поверхні тіла людини, приймають електромагнітні хвилі, випроменені цією ділянкою, потім за допомогою радіометра та сполученого з ним блоку обробки вимірюють інтенсивність прийнятого сигналу, реєструючи при цьому положення променя. Вимірювану інтенсивність прийнятого сигналу відображають у вигляді інтенсивності світіння екрана дисплея та за розподілом інтенсивності визначають наявність або відсутність металевих або неметалевих предметів, RU 2133971 СІ. Недоліком цього способу є низька контрастність одержуваного зображення, оскільки даний спосіб не дозволяє чітко диференціювати неметалеві предмети та тіло людини через прозорість діелектрика у використовуваному діапазоні випромінювання. Відомий також спосіб дистанційного огляду цілі в контрольованій області простору, що включає опромінення цієї області НВЧ-випромінюванням за допомогою двох або більше елементарних випромінювачів, реєстрацію відбитого від контрольованої області сигналу за допомогою одного або більше паралельних каналів реєстрації, когерентну обробку відбитого сигналу та відображення отриманої у результаті обробки інформації, US 5557283 А. Джерела та приймачі поля розташовані у множинних, відомих заздалегідь позиціях. Результат огляду заснований на аналізі х-мірного зображення, що виходить у результаті цифрової обробки зареєстрованого у широкій смузі частот випромінювання. При реалізації способу опромінення НВЧ-випромінюванням контрольованої області простору відбувається у смузі частот без кореляції її ширини з радіальним просторовим дозволом зображення контрольованої області та інтервалом часу реєстрації, протягом якого можлива когерентна обробка зареєстрованого відбитого сигналу. Це обумовлює наступні недоліки: - неможливість використання способу у випадку рухомого об'єкта (цілі), який(яку) оглядають, тому що при русі об'єкта під час реєстрації відбитого сигналу змінюється положення об'єкта відносно приймально-передавальних антен, і порушується умова застосовності когерентної обробки зареєстрованого сигналу, а некогерентна обробка не дозволяє одержати зображення гарної якості при невідомій траєкторії об'єкта, який оглядають; таким чином, не забезпечується скритність огляду об'єкта; 1 UA 104224 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 - низька якість зображення, що не дозволяє здійснювати його аналіз із метою одержання кількісної інформації про діелектричну проникність об'єктів (компонентів цілі) та їх еквівалентну масу. Спосіб дистанційного огляду мети в контрольованій області простору, що включає опромінення цієї області НВЧ-випромінюванням за допомогою двох або більше елементарних НВЧ-випромінювачів, реєстрацію відбитого від контрольованої області сигналу за допомогою одного або більше паралельних каналів реєстрації, когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням максимальних значень інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів в області огляду залежно від дальності елементарних випромінювачів до цілі та відображення отриманої у результаті обробки інформації шляхом побудови НВЧ-зображення у вигляді декількох тривимірних поверхонь, RU 2294549 СІ. Дане технічне рішення прийняте як прототип даного винаходу. Недоліки способу-прототипу полягають у наступному: - мала величина сигналу відбиття від границі повітря-діелектрик - близько 7 % за інтенсивністю для діелектриків з діелектричною проникністю ~ 3, характерною для вибухових речовин; це приводить до того, що сигнал відбиття від границі діелектрик-тіло людини (~ 90 % за інтенсивністю) може істотно спотворювати тривимірну поверхню, що зображує фізичну границю повітря-діелектрик, а це, у свою чергу, приводить до помилок при визначенні наявності вибухової речовини; - малий діапазон кутів падіння та прийому НВЧ-випромінювання, при яких випромінювання, відбите від границі повітря-діелектрик може бути зареєстровано; це пов'язане з тим, що, як правило, поверхня діелектрика досить гладка у порівнянні з довжиною хвилі у НВЧ діапазоні, і розсіювання на границі здобуває характер дзеркального відбиття, таким чином, цей спосіб може бути ефективно реалізований лише у вузькому діапазоні можливих ракурсів огляду. Розкриття винаходу Завданням даного винаходу є підвищення вірогідності визначення наявності або відсутності діелектричних об'єктів при схованому огляді, а також розширення діапазону можливих ракурсів огляду. Відповідно до винаходу у способі дистанційного огляду цілі в контрольованій області простору, що включає опромінення цієї області НВЧ-випромінюванням за допомогою двох або більше елементарних НВЧ-випромінювачів, реєстрацію відбитого від контрольованої області сигналу за допомогою одного або більше паралельних каналів реєстрації, когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням максимальних значень інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів в області огляду залежно від дальності елементарних випромінювачів до цілі та відображення отриманої у результаті обробки інформації шляхом побудови НВЧзображення відповідної тривимірної поверхні, додатково одержують відеозображення цілі за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих зі НВЧ-випромінювачами, перетворюють отримане відеозображення у цифровий вигляд і будують тривимірне відеозображення цілі, переводять тривимірне відеозображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат, визначають відстань  у загальній системі координат між НВЧ- і відеозображеннями, при    o , де  o - задане граничне значення  , констатують відсутність у цілі схованого діелектричного об'єкта у кількості, що перевищує гранично допустиме значення, а при    o додатково визначають наявність западин у тривимірному НВЧ-зображенні в ho   o  45 50 55  1  , де ho граничне значення h, областях, де    o і при глибині h западини більше ε - значення діелектричної проникності шуканого діелектричного об'єкта, констатують наявність у цілі схованого діелектричного об'єкта. Заявником не виявлені які-небудь технічні рішення, ідентичні заявленому, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "Новизна" («Ν»). Реалізація відмітних ознак винаходу обумовлює важливі нові властивості об'єкта. Насамперед відбувається усунення перекручувань тривимірної поверхні, що зображує фізичну границю повітря-діелектрик, що істотно зменшує можливість помилки при визначенні наявності (або відсутності) вибухової речовини. Крім того, додаткове використання тривимірного відеозображення значно розширює діапазон можливих ракурсів огляду, що досить важливо при прихованому огляді. Заявником не виявлені джерела інформації, в яких містилися б відомості про вплив відмітних ознак винаходу на технічний результат, що досягається. Зазначені нові властивості 2 UA 104224 C2 5 10 15 20 25 об'єкта обумовлюють, на думку заявника, відповідність винаходу критерію "Винахідницький рівень" ("IS"). Короткий опис креслень Надалі винахід пояснюється докладним описом прикладу його здійснення без посилань на креслення. Кращий варіант здійснення винаходу Для здійснення дистанційного огляду цілі, що перебуває в контрольованій області, цю область опромінюють НВЧ-випромінюванням послідовно на 14 фіксованих еквідистантних частотах у межах діапазону 8-12 ГГц. Опромінення роблять за допомогою елементарних випромінювачів, що представляють у конкретному прикладі антенну решітку, що комутирується, яка складається з 256 елементарних передавальних антен. Відбитий від контрольованої області сигнал реєструється у даному прикладі за допомогою двох паралельних каналів, що включають дві широкосмугові антени Вівальді та два приймачі. З виходу приймачів дані, що відповідають зареєстрованому сигналу, надходять у комп'ютер, де відбувається їхня когерентна обробка та формування зображення цілі у вигляді тільки однієї тривимірної поверхні, сформованої з точок, що відповідають максимальним значенням інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів в області огляду залежно від дальності елементарних випромінювачів до цілі. Додатково за допомогою двох відеокамер, у даному прикладі, SDU-415, просторово рознесених і синхронізованих зі НВЧ-випромінювачами, одержують відеозображення цілі, яке перетворюється у цифровий вигляд. За допомогою комп'ютера будують тривимірне відеозображення цілі та переводять це зображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат. Система координат задається площиною антенної решітки та перпендикуляром до неї. При цьому визначають відстань  у загальній системі координат між НВЧ- і відеозображеннями. Задають  o - граничне значення  , що відповідає гранично допустимій кількості вибухової діелектричної речовини. Якщо  <  o , констатують відсутність у цілі схованих діелектричних об'єктів у кількості, що перевищує гранично допустиме значення. Якщо  <  o , додатково визначають наявність западин у тривимірному НВЧ-зображенні в областях, де    o , ho   o  30 35 40  1  , де h0 - граничне значення глибини западини, ε і при глибині h западини більше значення діелектричної проникності шуканого об'єкта, констатують наявність у цілі схованого діелектричного об'єкта. Для найпоширеніших вибухових речовин значення діелектричної проникності ε3. Оскільки тривимірне зображення границі повітря-діелектрик і діелектрик-тіло людини будуються на основі різних фізичних принципів (зображення границі повітря-діелектрик - на основі відеоданих, зображення границі діелектрик-тіло людини - на основі прийнятого відбитого НВЧ-сигналу) виключається перекручування границі повітря-діелектрик відбитим НВЧ-сигналом. Завдяки цьому істотно зменшується можливість помилки при визначенні наявності (відсутності) вибухової речовини. Крім того, оскільки НВЧ-випромінювання не використовується для побудови зображення границі повітря-діелектрик, а використовується відеозображення, не має значення гладкість поверхні діелектрика та, відповідно, розширюється ракурс огляду об'єкта. Промислова придатність Для реалізації винаходу використовуються відомі матеріали та устаткування, що обумовлює, на думку заявника, відповідність винаходу критерію "Промислова придатність" ("ІА"). 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Спосіб дистанційного огляду цілі в контрольованій області простору, що включає опромінення цієї області НВЧ-випромінюванням за допомогою двох або більше елементарних НВЧвипромінювачів, реєстрацію відбитого від контрольованої області сигналу за допомогою одного або більше паралельних каналів реєстрації, когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням максимальних значень інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів в області огляду залежно від дальності елементарних випромінювачів до цілі та відображення отриманої у результаті обробки інформації шляхом побудови НВЧ-зображення відповідної тривимірної поверхні, який відрізняється тим, що додатково одержують відеозображення цілі за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих із НВЧ-випромінювачами, перетворюють 3 UA 104224 C2 отримане відеозображення у цифровий вигляд і будують тривимірне відеозображення цілі, переводять тривимірне відеозображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат, визначають відстань  у загальній системі координат між НВЧ- і відеозображеннями, при    0 , 5 де  0 - задане граничне значення  , констатують відсутність у цілі схованого діелектричного об'єкта у кількості, що перевищує гранично допустиме значення, а при    0 додатково визначають наявність западин у тривимірному НВЧ-зображенні в областях, де    0 , і при глибині h западини більше h0   0   1  , де h0 - граничне значення h ,  - значення діелектричної проникності шуканого діелектричного об'єкта, констатують наявність у цілі схованого діелектричного об'єкта. 10 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4