Способ обнаружения осколочных взрывных устройств - RU2601667C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано для дистанционного обнаружения взрывных устройств с готовыми металлическими осколками (скрыто носимых «поясов смертника», замаскированных взрывных устройств в местах скопления людей, на обочинах дорог и др.)

Известны переносные металлоискатели, использующие индукционный метод обнаружения [1, 2]. Недостаток аналога - малая дальность обнаружения металлических объектов, в том числе и взрывных устройств, сравнимая с размерами поискового элемента металлоискателя, снижающая безопасность разминирования.

Наиболее близким к заявленному изобретению является одночастотный метод нелинейной радиолокации [3], реализованный в рамках программы «METTRA». Принцип работы радиолокатора заключается в следующем. Мина с готовыми контактирующими металлическими осколками облучается одночастотным СВЧ сигналом. Из-за наличия нелинейной электрической проводимости у металлических контактов (обусловленной «туннельным эффектом») в спектре отраженного сигнала появляется 3-я гармоника, фиксируемая приемником радиолокатора.

Недостаток данного метода - низкая эффективность обнаружения осколочных взрывных устройств из-за малого уровня сигнала на 3-й гармонике. Это объясняется усилением шунтирующего влияния емкости металлических контактов на высоких частотах 3-й гармоники [4]. Кроме того, сильное помеховое влияние оказывают собственные гармоники СВЧ передатчика. В совокупности данные недостатки снижают дальность обнаружения осколочных взрывных устройств.

Техническим результатом изобретения является повышение дальности обнаружения осколочных взрывных устройств.

Поставленный технический результат достигается тем, что облучение осуществляется на двух близких, но не равных частотах, и регистрируют одну из комбинационных частот третьего порядка, значение которой меньше значений двух частот излучаемых сигналов, при этом все частоты берутся в диапазоне резонансного рассеяния взрывного устройства.

Использование для приема частоты, значительно более низкой, чем частота третьей гармоники излучаемого сигнала, позволяет резко увеличить нелинейные отражательные свойства осколочных металлических объектов поиска. Это обусловлено уменьшением шунтирующего влияния емкости нелинейных металлических контактов на более низких частотах [5-7].

Необходимо отметить, что все известные поисковые приборы, использующие метод нелинейной радиолокации, работают на гармониках излучаемого сигнала [8, 9]. В предлагаемом способе прием отраженного сигнала осуществляется на комбинационной частоте 3-го порядка, значение которой ниже, чем частоты излучаемых СВЧ сигналов.

Дополнительно, с целью увеличения пространственной надежности обнаружения металлических осколочных объектов поляризация обоих зондирующих СВЧ сигналов берется вращающейся с одинаковым направлением вращения. При этом регистрация отраженного СВЧ сигнала на комбинационной частоте третьего порядка осуществляется с использованием противоположного направления вращения, что увеличивает его амплитуду.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ обнаружения осколочных взрывных устройств.

Устройство обнаружения осколочных взрывных устройств 1 содержит СВЧ-передатчик 2, работающий на частоте f₁, СВЧ передатчик 3, работающий на частоте f_2, и приемник комбинационной частоты третьего порядка 4, работающий на частоте f_np=2f₁-f₂ (f₁2). При этом круговая поляризация зондирующих сигналов берется одинаковой, а отраженного сигнала - противоположной по направлению вращения.

Устройство обнаружения осколочных взрывных устройств работает следующим образом. Осколочное взрывное устройство, содержащее множество нелинейных металлических контактов, попадая в зону облучения двух СВЧ передатчиков, работающих на частотах f₁ и f₂, переизлучает электромагнитное поле на различных комбинационных частотах. В предлагаемом способе используется наибольшая по амплитуде «нелинейная» составляющая - комбинационная частота 3-го порядка на наименьшей частоте.

Для приема используется электромагнитное поле с противоположным направлением вращения. Амплитуда его больше, чем у поля с согласованной (по отношению к излучаемым полям) поляризацией. Индикаторное устройство приемника сигнализирует о наличии взрывного устройства при попадании его в зону облучения.

Опробование предложенного способа было проведено в полевых условиях при небольших излучаемых мощностях с помощью СВЧ измерительных генераторов Г3-21 (до 1 Вт). Их частоты составляли 1300 МГц и 1140 МГц. Прием осуществлялся на низшей комбинационной частоте третьего порядка 980 МГц с использованием селективного микровольтметра SMV-8.5.

Для сравнения с прототипом проводились также измерения с регистрацией третьей гармоники излучаемого сигнала на частоте 1300 МГц. Для подавления собственных гармоник генератора Г3-21 использовался микрополосковый фильтр нижних частот. Для приема сигнала третьей гармоники 3900 МГц применялся измерительный приемник П5-5Б с установленным на его входе дополнительным полосовым фильтром, подавляющим сигнал на излучаемой частоте 1300 МГц.

В качестве двух передающих и одной приемной антенн с круговой поляризацией использовались семивитковые спиральные антенны с КНД, равным 10. Объектами поиска служили три макета носимых осколочных взрывных устройств с размерами 30 см × 20 см × 3 см. В качестве готовых осколков использовались металлические болты, гвозди, а также стальные шарики диаметром 7,9 мм для спортивной рогатки. Имитатором плоского заряда взрывчатого вещества служил слой пластилина толщиной 2 см.

Объекты поиска, а также измерительные антенны располагались на высоте 1,2 м над поверхностью грунта. При измерении отражательных свойств объектов поиска на комбинационной частоте 980 МГц и частоте третьей гармоники 3900 МГц они располагались в дальней зоне излучения спиральных антенн на расстоянии 1 м и устанавливались на радиопрозрачной подставке из пенопласта. Вращение подставки вокруг оси осуществлялось с применением поворотной платформы, установленной на поверхность грунта.

Экспериментально установлено, что для всех трех макетов осколочных взрывных устройств величина отраженного СВЧ электромагнитного поля на низшей комбинационной частоте третьего порядка (980 МГц) была на 18…23 дБ больше, чем на частоте третьей гармоники излучаемого сигнала (3900 МГц). Соответственно, если дальность обнаружения объектов в первом случае достигала 8…9 м, то во втором случае (на третьей гармонике) не более 4…5 м, т.е. значительно меньше. Чувствительность приемника SMV-8.5 (на частоте 980 МГц) и П5-5Б (на частоте 3900 МГц) была одинаковой и составляла 10^-12 Вт.

Эксперименты также показали, что при использовании для приема отраженных радиоволн на комбинационной частоте третьего порядка спиральной антенной с противоположным направлением вращения (по отношению к излучаемым полям) сигнал был на 8…10 дБ больше, чем при применении приемной спиральной антенны с той же (по отношению к излучаемым полям) круговой поляризацией.

Слой маскирующей одежды (хлопок, синтетика, шерсть) толщиной 3…7 см поверх макетов осколочных взрывных устройств уровень отраженного сигнала снижал незначительно, не более 2…3 дБ.

Источники информации

1. Ивлев С., Н. Майстренко, А. Шакин, Г. Щербаков. Поиск и обезвреживание взрывных устройств М., Фонд «За экономическую грамотность», 1996, с.68-69.

2. Щедрин А.И. Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий. М., Горячая линия - Телеком, 2003, с.6-16.

3. Harger Robert O. Harmonic radar system for rear-ground in-foliage non-lirtear scatterers. «IEE Trans. Aerospace and Election. Syst». 1976, 12, №2, с.230-245.

4. Бонд К.Д. и др. Взаимная модуляция при туннельном прохождении электронов через пленки алюминий - окисел алюминия. ТИИЭР, №12, 1979.

5. Смирнов B.C. и др. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре. М., Советское радио, 1977.

6. Клементенко А.Я. и др. Контактные помехи радиоприему. М., Военное издательство МО СССР, 1979, с.52-56.

7. Левин А.П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры. М., Советское радио, 1972, с.62-88.

8. Применение нелинейной радиолокации для обнаружения // Международный промышленный портал. URL: http://www.promvest. info/news/engeener.php?ELEMENT_ID=3 5 4 74 (дата обращения 06.11.2013).

9. Нелинейные локаторы// Группа компаний щит.URL:http://gkshield-security.ru/catalog/category/nelineinyi-lokator (дата обращения 06.11.2013).

Реферат

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано в системах защиты объектов. Способ обнаружения осколочных взрывных устройств основан на методе нелинейной радиолокации и включает облучение СВЧ электромагнитным зондирующим полем и регистрацию новых составляющих в спектре отраженного сигнала. Облучение осуществляется на двух близких, но не равных частотах. Регистрация осуществляется на одной из комбинационных частот третьего порядка, значение которой меньше значений двух частот излучаемых сигналов. Все частоты берутся в диапазоне резонансного рассеяния взрывного устройства. Поляризация зондирующих СВЧ сигналов берется вращающейся с одинаковым направлением вращения, а регистрацию отраженного СВЧ сигнала на комбинационной частоте третьего порядка осуществляют с использованием противоположного направления вращения. Техническим результатом изобретения является повышение дальности обнаружения осколочных взрывных устройств.1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула