Устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия - RU178956U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относиться к области противодействия терроризму и может быть использовано в системе защиты объектов.

Известно устройство нелинейной радиолокации, разработанное в рамках программы METRA (США) [1]. При облучении металлического объекта (осколочного взрывного устройства и др.) СВЧ электромагнитным полем из-за наличия нелинейной электрической проводимости («туннельного» эффекта) у металлических контактов в спектре отражённого СВЧ сигнала появляется третья гармоника, фиксирующаяся приёмником.

Недостаток данного устройства – низкая эффективность обнаружения из-за малого уровня сигнала на 3-й гармонике и наличия собственных гармоник СВЧ передатчика, что снижает дальность обнаружения.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является двухчастотное устройство нелинейной радиолокации, с регистрацией комбинационных частот в спектре отражённого сигнала [2].

При этом собственные гармоники СВЧ передатчиков не оказывают помехового влияния на процесс обнаружения. Кроме того, более низкие принимаемые комбинационные частоты третьего порядка (f_пр=2f_1,2-f_2,1), по сравнению с 3-й гармоникой, обуславливают меньшее шунтирующее влияние ёмкостей нелинейных металлических контактов объектов поиска, увеличивая этим их отражательные свойства.

Недостатком данного двухчастотного устройства является малая дальность обнаружения металлических объектов, у которых имеются плоскостные металлические контакты, но отсутствуют точечные. Как известно из теории металлических контактов, в этом случае их нелинейные свойства минимальны из-за большой шунтирующей ёмкости [3,4]. Такими плоскостными металлическими контактами обладают, например, пистолеты.

Техническим результатом полезной модели является увеличение дальности обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия, в конструкции которых имеются различные металлические контакты (в том числе и только плоскостные).

Поставленный технический результат достигается введением в состав обнаружителя мощного импульсного СВЧ передатчика. Этим осуществляется усиление нелинейных свойств плоскостных металлических контактов за счёт воздействия на них мощными СВЧ короткими радиоимпульсами. Это вызывает электрический плазменный пробой диэлектрических окисных плёнок, покрывающих контактирующие металлические поверхности. Пробой состоит из нескольких элементарных быстродействующих нелинейных электронных процессов: эмиссии электронов из катода в диэлектрик (окисную плёнку), размножения электронов вследствие ударной ионизации, образования и разрушения отрицательного объёмного заряда. В момент пробоя нелинейные свойства контактов резко усиливаются, что может быть зарегистрировано приёмником

обнаружителя. Усиление нелинейных свойств объясняется возникновением нелинейного плазменного слоя. [5]

Пробивная напряжённость электрического поля составляет 10⁵-10⁷ в/см. Весьма важно, что длительность прикладываемого напряжения может быть весьма малой – единицы - десятки наносекунд. Соответственно и продолжительность воздействия электромагнитного поля, облучающего объект поиска может быть такой малой. При толщине окисной плёнки единицы-десятки микрон её пробой наступает при напряжении 10 В и более [4,5]. Такие напряжения создают в металлических объектах поиска, имеющих характерные размеры в единицы дециметров (пистолеты, «пояса шахида» и др.) при плотности потока мощности СВЧ поля в несколько десятков Вт/м² [6,7]. Диапазон используемых радиоволн при этом должен соответствовать характерным размерам объектов поиска (0,1…0,3 м), т.е. должен быть дециметровым.

Наибольшую амплитуду сигнала от металлических контактов создаются на комбинационных частотах 3-го порядка, т.е. при f_пр=2f₁-f₂ и f_пр=2f₂-f₁ [2,3,4]. Это обусловлено кубической вольт-амперной характеристикой металлического контакта [3].

На фиг. 1 показана структурная схема обнаружителя носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия.

Обнаружитель содержит два передатчика СВЧ, работающих на разных частотах, мощный импульсный СВЧ передатчик для плазменного пробоя металлических контактов объектов поиска, работающий на третьей частоте и приёмник комбинационных частот в спектре отражённого сигнала.

Обнаружитель работает следующим образом:

Узконаправленные лучи СВЧ электромагнитного поля с помощью передающего устройства (2) на частоте f₁ и передающего устройства (3) на частоте f₂ излучает в направлении объекта поиска (1) (осколочного взрывного устройства, спрятанного под одеждой пистолета и др.). При этом импульсная мощность плотности потока мощности СВЧ поля у объекта поиска, создаваемого передающим устройством (4), выше порога плазменного пробоя окисных плёнок металлических контактов (десятки Вт/м² и более) этого объекта. Это приводит к скачкообразному увеличению нелинейных отражательных свойств объекта поиска. Отражённый сигнал на комбинационных частотах регистрируется приёмным устройством (5).

С целью проверки работоспособности предлагаемого способа был проведён эксперимент в полевых условиях. В качестве объектов поиска использовались:

- пистолеты Макарова (учебные) – с плоскостными металлическими контактами в своей конструкции (3 шт);

- макеты скрыто носимых осколочных взрывных устройств с различными поражающими элементами (гвозди, обрезки арматуры, проволоки и др.) – 3 шт. размером 0,15×0,4 м – с точечными металлическими контактами

Характеристики передающего устройства 2: частота f₁=1300 МГц, Мощность P=1 Вт (непрерывный режим излучения), КНД = 10,

Характеристики передающего устройства 3: частота f₁=1150 МГц, Мощность P=1 Вт (непрерывный режим излучения), КНД =10,

Характеристики мощного передающего устройства 4: частота 840 МГц, мощность P_имп=600 Вт (в импульсе), КНД= 6 , длительность импульса τ_и=1,2 мкс, частота следования импульсов F_сл=450 Гц.

Характеристики приёмного устройства 5 на основе приёмника SMV-8.5(в режиме приёма импульсных сигналов): чувствительность до 10^-12 Вт на комбинационной частоте 1000 МГц.

Величины зондирующих СВЧ полей замерялись прибором П3-19.

Создание режима возбуждения плазменного пробоя в плоскостных контактах (у пистолетов) подтверждают следующие факторы:

- наличие порогового значения падающего на объект плотности потока мощности П_пад≈50…60 Вт/м ниже которого нелинейные свойства у пистолетов (плоскостные контакты) пропадали;

- шумовая «окраска» отражённого на комбинационной гармонике (1000 МГц) сигнала, что характерно для СВЧ диагностики плазмы [8].

Дальность обнаружения пистолетов достигала 2…2,5 м, а осколочных взрывных устройств – до 12…15 м.

В то же время, при отсутствии излучения введённого мощного импульсного передающего устройства 5 объекты поиска с плоскостными контактами не обнаруживались.

Источники информации:

1. Hager R. Harmonic Radar System. IEEE Tr. V-AES-12, №2, 1976.

2. Щербаков Г.Н. Применение нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов. Специальная техника, 1999, №1, с. 34-39

3. Смирнов В.С. и др. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре. М. Советское радио, 1974, 176 стр.

4. Клеметенко А.Я. и др. Контактные помехи радиоприёму. М. Военное издательство МО СССР, 1979, с. 24-32

5. Воробьёв А.А. и др. Электрический пробой и разрушение твёрдых диэлектриков. М. Высшая школа, 1966 г., 224 с.

6. Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. М. Советское радио, 1961, с. 136-155

7. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации М. Советское радио, 1973 г., с. 119-133

8. Брандт А.А. и др. Плазменные умножитель частоты М. Изда. «Наука», 1974 г., 208 с.

Реферат

Полезная модель относиться к области противодействия терроризму и может быть использовано в системе защиты объектов.Техническим результатом полезной модели является увеличение дальности обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия, в конструкции которых имеются различные металлические контакты (в том числе и только плоскостные).Поставленный технический результат достигается введением в состав обнаружителя мощного импульсного СВЧ передатчика. Этим осуществляется усиление нелинейных свойств плоскостных металлических контактов за счёт воздействия на них мощными СВЧ короткими радиоимпульсами.

Формула