RU2234112C1 - Geophysical radar - Google Patents
Geophysical radar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234112C1 RU2234112C1 RU2003114584/28A RU2003114584A RU2234112C1 RU 2234112 C1 RU2234112 C1 RU 2234112C1 RU 2003114584/28 A RU2003114584/28 A RU 2003114584/28A RU 2003114584 A RU2003114584 A RU 2003114584A RU 2234112 C1 RU2234112 C1 RU 2234112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- unit
- interface
- analog
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый радиолокатор относится к геофизике, в частности к устройствам геоэлектроразведки с использованием электромагнитных волн высокой частоты, и может быть использован при разведке полезных ископаемых, для поиска инженерных коммуникаций и других скрытых неоднородностей в исследуемом подповерхностном слое земной поверхности, а также для обнаружения живых людей под землей, в завалах, под снегом и пр.The proposed radar relates to geophysics, in particular to devices for geoelectrical exploration using electromagnetic waves of high frequency, and can be used in mineral exploration, to search for engineering communications and other hidden heterogeneities in the investigated subsurface layer of the earth’s surface, as well as to detect living people underground , in the rubble, under the snow, etc.
Известны устройства для геоэлектроразведки (авт. свид. СССР №№321783, 344391, 385251, 397877, 455307, 708277, 746370, 817640, 1078385, 1092453, 1100603, 1151900, 1247805, 1300396, 1317378, 1420574, 1469488, 1553933, 1594477, 1721566; патенты РФ №№2044331, 2105330, 2194292; Петровский А.Д. Радиоволновые методы в подземной геофизике. - М., 1971 и др.).Known devices for geoelectrical exploration (ed. Certificate of the USSR No. 321783, 344391, 385251, 397877, 455307, 708277, 746370, 817640, 1078385, 1092453, 1100603, 1151900, 1247805, 1300396, 1317378, 1420574, 1469488, 1469488, 1469488 1721566; RF patents No. 2044331, 2105330, 2194292; A. Petrovsky, Radio wave methods in underground geophysics. - M., 1971 and others).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Геофизический радиолокатор" (патент РФ №2194292, G 01 F 3/12, 2000), который и выбран в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is "Geophysical radar" (RF patent No. 2194292, G 01 F 3/12, 2000), which is selected as a prototype.
Принцип работы указанного геофизического радиолокатора основан на методе сверхширокополосного радиолокационного зондирования, при котором оценивается изменение нестационарного электромагнитного поля, образованного отраженными от подповерхностного объекта электромагнитными волнами после его облучения зондирующим радиосигналом, в качестве которого используется последовательность радиоимпульсов с малым числом периодов высокочастотных колебаний в каждом из них (вплоть до одного). При этом разделение приемопередающих каналов по эфиру осуществляется с помощью двух антенн (передающей и приемной), которые образуют двухантенный блок. Формирование зондирующего сверхширокополосного радиосигнала осуществляется генератором ударного возбуждения и передающей антенной.The principle of operation of this geophysical radar is based on the method of ultra-wideband radar sensing, in which the change in the unsteady electromagnetic field formed by electromagnetic waves reflected from a subsurface object after its irradiation with a probing radio signal is estimated, which is used as a sequence of radio pulses with a small number of periods of high-frequency oscillations in each of them ( down to one). In this case, the separation of the transceiver channels over the air is carried out using two antennas (transmitting and receiving), which form a two-antenna unit. The formation of a probe ultra-wideband radio signal is carried out by a shock excitation generator and a transmitting antenna.
На границе раздела грунт - объект, характеризующегося скачком относительной диэлектрической проницаемости и удельного затухания, формируется отраженный сигнал, возвращающийся к приемной антенне. Принимаемый сверхширокополосный сигнал с помощью стробоскопического приемника претерпевает масштабно-временное преобразование и переводится в цифровую форму, удобную для представления и обработки. Этот сигнал содержит информацию как о глубине расположения объекта, так и о его форме, материале и т.д. Выделение полезной информации осуществляется с помощью обработки в спецвычислителе и отображается на экране визуального индикатора в реальном масштабе времени.At the soil - object interface, characterized by a jump in relative permittivity and specific attenuation, a reflected signal is formed that returns to the receiving antenna. The received ultra-wideband signal with the aid of a stroboscopic receiver undergoes a time-scale conversion and is digitized, convenient for presentation and processing. This signal contains information about the depth of the object, and about its shape, material, etc. Useful information is extracted using processing in a special calculator and displayed on the screen of a visual indicator in real time.
Электромагнитная волна, отражающая от подповерхностного объекта, воздействует на приемную антенну, на эту же антенну воздействуют мешающие прямое излучение передатчика и отраженный сигнал от границы раздела воздух - грунт.An electromagnetic wave reflecting from a subsurface object acts on the receiving antenna; the same antenna is affected by interfering direct radiation from the transmitter and the reflected signal from the air-ground interface.
Для исключения прямого излучения передатчика и отраженной от поверхности воздух - грунт и от слоев с различной глубиной залегания в известном радиолокаторе используется “стробирование по вертикали”.To eliminate direct radiation from the transmitter and reflected from the surface of the air - soil and from layers with different depths in the known radar, "vertical gating" is used.
“Стробирование по горизонтали” позволяет на фоне вариаций электромагнитного поля, не связанных с электромагнитной волной, отражающейся от подповерхностного объекта, надежно выделять в подповерхностных слоях подповерхностные объекты. Для исключения влияния периодических и квазистационарных вариаций электромагнитного поля Земли осуществляют периодическое измерение напряженности поля и операцию нормирования разностного сигнала двух последовательных измерений, т.е. игнорируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал. Операция сравнения нормированного сигнала с задержанным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии подповерхностного объекта.“Horizontal gating” allows against the background of electromagnetic field variations not related to the electromagnetic wave reflected from the subsurface object to reliably distinguish subsurface objects in the subsurface layers. To exclude the influence of periodic and quasi-stationary variations of the Earth’s electromagnetic field, a periodic measurement of the field strength and the normalization of the difference signal of two successive measurements are carried out, i.e. ignore the difference signal, divide the difference signal by the integrated difference signal. The operation of comparing a normalized signal with a delayed threshold value makes it possible to decide on the presence or absence of a subsurface object.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей геофизического радиолокатора путем поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений в процессе поисково-спасательных работ, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами.An object of the invention is to expand the functionality of the geophysical radar by searching for bombarded bioobjects or their remains in earthquake areas during search and rescue operations, as well as in mountaineering when searching for bioobjects bombarded with, for example, avalanches or mountain landslides.
Поставленная задача решается тем, что геофизический локатор, содержащий последовательно включенные блок обработки и управления, интерфейс, передатчик, в качестве которого использован генератор ударного возбуждения и ко второму выходу которого подключена передающая антенна, первый смеситель стробоскопического преобразования, второй вход которого через первый формирователь строба соединен с вторым выходом интерфейса, и триггер, последовательно включенные приемную антенну, второй смеситель стробоскопического преобразователя, второй вход которого через второй формирователь строба соединен с третьим выходом интерфейса, первую линию задержки, триггер, ключ, второй вход которого соединен с выходом второго смесителя и усилитель, второй вход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с четвертым выходом интерфейса, к пятому, шестому и седьмому выходам которого подключены блок обработки и управления, звуковой и жидкокристаллический индикаторы соответственно, а ко второму входу подсоединен аналого-цифровой преобразователь, вторая линия задержки, блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом усилителя, интегратор, блок деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, и блок сравнения, второй вход которого через блок формирования эталонного напряжения соединен с восьмым выходом интерфейса, а выход подключен к аналого-цифровому преобразователю, снабжен выключателем, квадратурным демодулятором и двумя каналами обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных предварительного усилителя, мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя строба, многоканального полосового фильтра, демультиплексора, электронного короткозамыкающего ключа, второй вход которого соединен с десятым выходом интерфейса, и низкочастотного усилителя, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, причем к первому выходу передатчика последовательно подключены выключатель и квадратурный демодулятор, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а два выхода подключены к первому и второму каналам обработки соответственно.The problem is solved in that a geophysical locator containing a processing and control unit, an interface, a transmitter, which uses a shock excitation generator and a transmitting antenna is connected to the second output, the first stroboscopic conversion mixer, the second input of which is connected through the first gate former with a second interface output, and a trigger, a receiving antenna connected in series, a second mixer of a stroboscopic converter, a second the input of which through the second gate driver is connected to the third output of the interface, the first delay line, a trigger, a key, the second input of which is connected to the output of the second mixer and an amplifier, the second input of which is connected through the digital-analog converter to the fourth output of the interface, to the fifth, sixth and seventh outputs which is connected to the processing and control unit, sound and liquid crystal indicators, respectively, and an analog-to-digital converter, a second delay line, and a subtracting unit are connected to the second input the second input of which is connected to the output of the amplifier, an integrator, a division unit, the second input of which is connected to the output of the subtraction unit, and a comparison unit, the second input of which is connected to the eighth output of the interface through the unit for generating the reference voltage, and the output is connected to an analog-to-digital converter equipped with a switch, a quadrature demodulator and two processing channels, each of which consists of a series-connected pre-amplifier, a multiplexer, the second input of which is connected to the output of W an alternating strobe driver, a multi-channel bandpass filter, a demultiplexer, an electronic short-circuit key, the second input of which is connected to the tenth output of the interface, and a low-frequency amplifier, the output of which is connected to an analog-to-digital converter, with a switch and a quadrature demodulator connected to the first output of the transmitter, the second input which is connected to the output of the comparison unit, and two outputs are connected to the first and second processing channels, respectively.
Геофизический радиолокатор содержит блок 1 обработки и управления, интерфейс 2, передатчик 3, передающую антенну 4, первый смеситель 5 стробирующего преобразования, первый формирователь 6 строба, приемную антенну 7, приемник 8, второй формирователь 9 строба, второй смеситель 10 стробоскопического преобразователя, первую линию 11 задержки, триггер 12, ключ 13, цифроаналоговый преобразователь 14, усилитель 15, аналого-цифровой преобразователь 16, звуковой индикатор 17, жидкокристаллический индикатор 18, вторую линию задержки 19, блок 20 вычитания, интегратор 21, блок 22 деления, блок 23 формирования эталонного напряжения, блок 24 сравнения, выключатель 25, квадратурный демодулятор 26, предварительные усилители 27.1 и 27.2, мультиплексоры 28.1 и 28.2, демодуляторы 30.1 и 30.2, электронные короткозамыкающие ключи 31.1 и 31.2, низкочастотные фильтры 32.1 и 32.2.The geophysical radar comprises a processing and control unit 1, an interface 2, a transmitter 3, a transmitting antenna 4, a first gate converting mixer 5, a first strobe driver 6, a receiving antenna 7, a receiver 8, a second strobe driver 9, a second strobe transmitter 10, a first line 11 delays, trigger 12, key 13, digital-to-analog converter 14, amplifier 15, analog-to-digital converter 16, sound indicator 17, liquid crystal indicator 18, second delay line 19, subtraction unit 20, integ OP 21, division unit 22, reference voltage generating unit 23, comparison unit 24, switch 25, quadrature demodulator 26, pre-amplifiers 27.1 and 27.2, multiplexers 28.1 and 28.2, demodulators 30.1 and 30.2, electronic short-circuit keys 31.1 and 31.2, low-pass filters 32.1 and 32.2.
Геофизический радиолокатор работает следующим образом.Geophysical radar operates as follows.
Основным режимом работы радиолокатора является режим “Поиск”. Этот режим устанавливается автоматически при включении прибора и используется при поиске и распознавании подповерхностных объектов.The main mode of radar operation is the “Search” mode. This mode is set automatically when the device is turned on and is used when searching and recognizing subsurface objects.
При подаче на радиолокатор напряжений питания блок 1 обработки и управления инициирует установку исходных режимов всех узлов радиолокатора. По команде блока 1 обработки и управления генератор 3 ударного возбуждения формирует импульсный сверхширокополосный сигнал в виде одного периода синусоиды амплитудной 25 В и длительностью 1 нс, излучаемый передающей антенной 4 в направлении поверхности Земли.When applying power to the radar, the processing and control unit 1 initiates the installation of the initial modes of all nodes of the radar. At the command of the processing and control unit 1, the shock excitation generator 3 generates a pulsed ultra-wideband signal in the form of a single period of a sinusoid with an amplitude of 25 V and a duration of 1 ns, emitted by the transmitting antenna 4 in the direction of the Earth's surface.
Обнаружение объектов в режиме “Поиск” осуществляется оператором путем перемещения перед собой вправо - влево антенного блока, укрепленного на штанге, и движением вперед в заданном направлении. При этом необходимо следить за тем, чтобы антенный блок перемещался параллельно обследуемой поверхности на фиксированном расстоянии (не менее 5 см от нее). Скорость перемещения антенного блока выбирается в зависимости от условий поиска и должен быть в пределах 0,1...1,0 м/с. В процессе поиска необходимо чередовать поперечные и продольные перемещения антенного блока таким образом, чтобы после каждого взмаха справа налево или слева направо антенный блок перемещался вперед на расстояние до 20 см (на величину своего линейного размера). При этом необходимо следить за тем, чтобы был обследован весь проверяемый участок местности.Detection of objects in the “Search” mode is carried out by the operator by moving the antenna unit mounted on the bar in front of him right and left, and moving forward in a given direction. In this case, it is necessary to ensure that the antenna unit moves parallel to the surface being examined at a fixed distance (at least 5 cm from it). The speed of movement of the antenna unit is selected depending on the search conditions and should be within 0.1 ... 1.0 m / s. In the search process, it is necessary to alternate the transverse and longitudinal displacements of the antenna unit so that after each swing from right to left or left to right, the antenna unit moves forward up to 20 cm (by the size of its linear size). In this case, it is necessary to ensure that the entire checked area is examined.
Электромагнитная волна, отражающаяся от подповерхностного объекта, воздействует на приемную антенну 7. На эту же антенну воздействует мешающее прямое излучение передатчика 3 и отраженный сигнал от границы раздела воздух - грунт.An electromagnetic wave reflected from a subsurface object acts on the receiving antenna 7. The same antenna is affected by interfering direct radiation from the transmitter 3 and the reflected signal from the air-ground interface.
Часть энергии зондирующего сигнала с опорного выхода передатчика 3 поступает на первый смеситель 5 стробоскопического преобразователя, куда также подается короткий строб-импульс с формирователя 6 строба. Сформированный в смесителе 5 импульс, представляющий собой мгновенное значение зондирующего периодического сигнала, поступает на установочный вход триггера 12. Триггер 12 переводится в первое (нулевое) состояние, при котором на его выходе формируется отрицательное напряжение.Part of the energy of the probe signal from the reference output of the transmitter 3 is supplied to the first mixer 5 of the stroboscopic converter, where a short strobe pulse is also supplied from the shaper 6 of the strobe. The pulse generated in the mixer 5, which is the instantaneous value of the probing periodic signal, is fed to the installation input of the trigger 12. The trigger 12 is transferred to the first (zero) state, in which a negative voltage is generated at its output.
Отраженный сигнал, содержащий информацию о границе раздела сред и о подповерхностном объекте, поступает с выхода приемной антенны 7 на второй смеситель 10 стробоскопического преобразователя, куда также подается короткий строб-импульс с формирователя 9 строба. Сформированный в смесителе 10 импульс, представляющий собой мгновенное значение принятого периодического сигнала, через линию 11 задержки поступает на второй вход триггера 12. Последний переводится во второе (единичное) состояние, при котором на его выходе формируется положительное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход ключа 13 и открывает его. В исходном состоянии ключ 13 всегда закрыт.The reflected signal containing information about the interface between the media and the subsurface object is fed from the output of the receiving antenna 7 to the second mixer 10 of the stroboscopic converter, where a short strobe pulse from the gate former 9 is also supplied. The pulse generated in the mixer 10, which is the instantaneous value of the received periodic signal, is transmitted through the delay line 11 to the second input of the trigger 12. The latter is transferred to the second (single) state, at which a positive voltage is generated at its output. This voltage is supplied to the control input of the key 13 and opens it. In the initial state, the key 13 is always closed.
Линия 11 задержки необходима для наиболее полного управления влиянием отражений от границы раздела сред на работу усилителя 15 и последующих каскадов. Линия 11 задержки можно выполнить переменной, что обеспечит устранение влияния прямого излучения передающей антенны 4 и сигналов, отраженных от границы раздела воздух - грунт от слоев различной глубины залегания, т.е. осуществляется “стробирование по вертикали”, которое обеспечивает последовательный просмотр подповерхностного пространства до слоев различной глубины.The delay line 11 is necessary for the most complete control of the effect of reflections from the media interface on the operation of the amplifier 15 and subsequent stages. The delay line 11 can be made variable, which will eliminate the influence of direct radiation of the transmitting antenna 4 and signals reflected from the air-ground interface from layers of different depths, i.e. “vertical gating” is carried out, which provides sequential viewing of subsurface space to layers of different depths.
“Стробирование по горизонтали” позволяет на фоне вариаций электромагнитного поля, не связанных с электромагнитной волной, отражающейся от подповерхностного объекта, надежно выделять в подповерхностных слоях подповерхностные объекты. Для исключения влияния периодических и квазистационарных вариаций электромагнитного поля Земли осуществляют периодические измерения напряженности поля и операцию нормирования разностного сигнала двух последовательных измерений, т.е. интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал. Операция сравнения нормированного сигнала с задержанным пороговым значением позволяет принять решение о наличии или отсутствии подповерхностного объекта.“Horizontal gating” allows against the background of electromagnetic field variations not related to the electromagnetic wave reflected from the subsurface object to reliably distinguish subsurface objects in the subsurface layers. To exclude the influence of periodic and quasi-stationary variations of the Earth’s electromagnetic field, periodic measurements of the field strength and the operation of normalizing the difference signal of two successive measurements are carried out, i.e. integrate the difference signal, divide the difference signal into the integrated difference signal. The operation of comparing a normalized signal with a delayed threshold value makes it possible to decide on the presence or absence of a subsurface object.
Для этого сформированный в смесителе 10 импульс, представляющий собой мгновенное значение принимаемого периодического сигнала, отраженного от подповерхностного объекта, или импульс, обусловленный вариациями электромагнитного поля, через открытый ключ 13 поступает после усиления в усилителе 15 на блок 20 вычитания непосредственно и через линию задержки 19. При этом в каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений указанных импульсов. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого импульс, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией 19 задержки до момента сравнения его с последующим импульсом в блоке 20 вычитания. Операция интегрирования разностного сигнала и деление разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производится в блоках 21 и 22. В блоке 24 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, задаваемым блоком 23. При превышении порогового уровня сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 16, где он преобразуется в цифровую форму и поступает через интерфейс 2 в блок 1 обработки и управления. Цифроаналоговый преобразователь 14 предназначен для преобразования цифровой информации, поступающей с блока 1 обработки и управления, в аналоговую информацию.To do this, the pulse generated in the mixer 10, which represents the instantaneous value of the received periodic signal reflected from the subsurface object, or the pulse due to variations in the electromagnetic field, through the public key 13 is supplied after amplification in the amplifier 15 to the subtraction unit 20 directly and through the delay line 19. Moreover, at each observation point, at least two consecutive measurements of these pulses are made. Then, the operation of subtracting two consecutive measurements is performed. For this, the pulse corresponding to the previous measurement is delayed by the delay line 19 until it is compared with the subsequent pulse in the subtraction unit 20. The operation of integrating the difference signal and dividing the difference signal by the integrated difference signal is performed in blocks 21 and 22. In block 24, the normalized signal is compared with the threshold value of the signal set by block 23. If the threshold level is exceeded, the signal is input to the analog-to-digital converter 16, where it is converted to digital form and enters through the interface 2 in block 1 processing and control. The digital-to-analog converter 14 is designed to convert digital information coming from the processing and control unit 1 into analog information.
Частота формирования строб-импульсов отличается от стабильной частоты (100 кГц) генератора, вследствие чего очередной строб-импульс смещается относительно периодического принимаемого сигнала, а последовательно сформированные таким образом мгновенные значения складываются в масштабно преобразованную во времени реализацию принимаемого сигнала.The frequency of formation of the strobe pulses differs from the stable frequency (100 kHz) of the generator, as a result of which the next strobe pulse is shifted relative to the periodic received signal, and the instantaneous values thus formed are added up to the time-scale implementation of the received signal.
После аналого-цифрового преобразования данные через плату интерфейса 2 поступают в блок 1 обработки и управления, а затем на экран жидкокристаллического индикатора 18. Частота вертикальной (строчной) и горизонтальной (кадровой) разверток могут варьироваться в определенных пределах. На экране индикатора 18 в реальном масштабе времени наблюдается плоская яркостная картина подповерхностных целей.After analog-to-digital conversion, the data through the interface board 2 goes to the processing and control unit 1, and then to the screen of the liquid crystal indicator 18. The frequency of vertical (horizontal) and horizontal (frame) scans can vary within certain limits. On the screen of the indicator 18 in real time there is a flat luminance picture of subsurface targets.
Максимальная амплитуда принимаемого сигнала сравнивается с установленным пороговым значением, при превышении которого включается звуковой индикатор 17.The maximum amplitude of the received signal is compared with the set threshold value, above which the sound indicator 17 turns on.
Появление звукового сигнала, визуального сигнала на экране требует остановки оператора и свидетельствует о том, что в зоне обнаружения антенного блока находится объект, природу происхождения которого следует установить, а при необходимости уточнить его местоположение и форму. Для анализа объекта следует выполнить сканирование объекта (перемещение антенного блока от границы обнаружения до границы потери) со скоростью, определяющей световой строкой на экране индикатора.The appearance of an audio signal, a visual signal on the screen requires the operator to stop and indicates that an object is located in the detection area of the antenna unit, the origin of which should be established, and if necessary, its location and shape should be clarified. To analyze the object, you should scan the object (moving the antenna unit from the detection boundary to the loss boundary) at a speed that defines the light bar on the indicator screen.
Режим “Сканирование” и формирование вертикального среза грунта с объектом (режим “Срез”) осуществляется переходом из режима “Поиск” нажатием кнопки “Скан”. Через 20 с после обработки сигнала на экране индикатора появляется радиолокационный образ объекта, дающий представление о форме и размерах объекта. По желанию оператора контрастность изображения может меняться кнопками "<", ">" в сторону уменьшения или увеличения.The “Scan” mode and the formation of a vertical cut of soil with an object (“Slice” mode) is carried out by switching from the “Search” mode by pressing the “Scan” button. 20 seconds after the signal is processed, a radar image of the object appears on the indicator screen, giving an idea of the shape and size of the object. At the request of the operator, the contrast of the image can be changed using the "<", ">" buttons in the direction of decreasing or increasing.
Для идентификации обнаруженного объекта с имеющимися эталонами оператору необходимо обратиться к обучаемому алгоритму, при этом на экране индикатора при идентификации обнаруженного объекта с имеющимся в памяти эталоном высвечивается соответствующее имя (например, “объект 2”). В случае несоответствия выводится сообщение “объект не опознан”.To identify the detected object with the available standards, the operator needs to turn to the trained algorithm, and the corresponding name (for example, “object 2”) is displayed on the indicator screen when identifying the detected object with the standard in memory. In case of discrepancy, the message “object not recognized” is displayed.
Для определения материала обнаруженного объекта оператор нажатием кнопки переходит к базовому алгоритму. Нажатием кнопки “Скан” запускается базовый алгоритм. На экране выводится сообщение о типе материала: “Металл”, “Композит”, “Пластик”, “Биообъект”.To determine the material of the detected object, the operator switches to the basic algorithm by pressing a button. By pressing the “Scan” button, the basic algorithm is launched. A message about the type of material is displayed on the screen: “Metal”, “Composite”, “Plastic”, “Bioobject”.
Нажатие кнопки “Скан” и перемещение антенного блока над объектом дает возможность провести при необходимости повторное обследование объекта по критерию базового и обучаемого алгоритма.Pressing the “Scan” button and moving the antenna unit above the object makes it possible to re-examine the object, if necessary, according to the criteria of the basic and trained algorithm.
Идентификация обнаруженного объекта по обучаемому алгоритму, распознавание типа материала по базовому алгоритму, анализ оператором изображения и “среза” объекта позволяют оператору принять решение о дальнейших действиях относительно обнаруженного объекта и продолжения разведки.Identification of the detected object by the trained algorithm, recognition of the type of material by the basic algorithm, analysis by the operator of the image and “slice” of the object allow the operator to decide on further actions regarding the detected object and continue exploration.
Если обнаруженный подповерхностный объект по форме и материалу соответствует биообъекту, то оператор замыкает выключатель 25 и приступает к определению жизненных функций обнаруженного биообъекта, благодаря которым живые организмы можно достоверно отличить от мертвых.If the detected subsurface object in shape and material corresponds to the bioobject, then the operator closes the switch 25 and proceeds to determine the life functions of the detected bioobject, due to which living organisms can be reliably distinguished from the dead.
Известно, что живые организмы и, следовательно, живые человеческие тела неожиданно оказывают воздействие на высокочастотные электромагнитные сигналы за счет своих главных жизненных функций, то есть сердцебиения и дыхательной активности.It is known that living organisms and, consequently, living human bodies unexpectedly affect high-frequency electromagnetic signals due to their main vital functions, that is, heartbeat and respiratory activity.
Поскольку эти жизненные функции обычно проявляют себя в пределах известных диапазонов частот, которые для частоты сердцебиения человека составляют 0,5...3,4 Гц, нормально 1...2 Гц, а для частоты дыхания 0,1...1,5 Гц, это определяет характерные диапазоны частот.Since these vital functions usually manifest themselves within the known frequency ranges, which for the human heart rate are 0.5 ... 3.4 Hz, normally 1 ... 2 Hz, and for the respiratory rate 0.1 ... 1, 5 Hz, this defines the characteristic frequency ranges.
В любом случае диапазон частот от 0,01 до 10 Гц включает все частоты, представляющие интерес с точки зрения жизненных функций организма.In any case, the frequency range from 0.01 to 10 Hz includes all frequencies of interest from the point of view of the vital functions of the body.
В этом случае отраженный сигнал с выхода блока 24 сравнения поступает на информационный вход квадратурного демодулятора 26. В качестве гетеродинного сигнала на этот демодулятор через выключатель 25 подается часть мощности передатчика 3. Квадратурные сигналы разностной частоты, действующие на двух выходах квадратурного демодулятора 26, усиливаются предварительными усилителями 27.1, 27.2 и поступают на входы многоканальных полосовых фильтров 29.1, 29.2 через мультиплексоры 28.1, 28.2. Управляющий вход мультиплексоров 28.1, 28.2 соединен с выходом формирователя 9 строба.In this case, the reflected signal from the output of the comparison unit 24 is fed to the information input of the quadrature demodulator 26. As a heterodyne signal to this demodulator, part of the transmitter power 3 is supplied through the switch 25. The difference-frequency quadrature signals acting on the two outputs of the quadrature demodulator 26 are amplified by preamplifiers 27.1, 27.2 and enter the inputs of multi-channel bandpass filters 29.1, 29.2 through the multiplexers 28.1, 28.2. The control input of the multiplexers 28.1, 28.2 is connected to the output of the gate former 9.
Следовательно, предварительные усилители 27.1, 27.2 выделяют спектральные составляющие сигнала разностной частоты, вызванные дыханием и сердечной деятельностью. Для извлечения информации о амплитуде и фазе отраженного сигнала два образующихся квадратурных сигнала разностной частоты в последовательные моменты времени направляются с помощью мультиплексоров 28.1, 28.2 на выходы двух многоканальных полосовых фильтров 29.1, 29.2. Многоканальные полосовые фильтры 29.1, 29.2 подавляют составляющую квадратурных сигналов разностной частоты, вызванную отражениями от неподвижных объектов, и выделяют переменную составляющую, вызванную перемещениями, дыханием и сердцебиением. Нижняя частота полосы пропускания каждой ячейки многоканального фильтра, которая определяется параметрами элементов фильтра и входным сопротивлением низкочастотного усилителя, выбирается порядка 0,1 Гц для пропускания спектральных составляющих, вызванных дыханием. Сигналы с выходов многоканальных полосовых фильтров 29.1, 29.2 поступают на демультиплексоры 30.1, 30.2, выполненные на стандартных аналоговых микросхемах, с помощью которых производится опрос выходов ячеек многоканальных полосовых фильтров 29.1, 29.2 с частотой, задаваемой блоком 1 обработки и управления. Частота опроса каналов многоканальных полосовых фильтров 29.1, 29.2 выбирается такой, чтобы обеспечить возможность проведения цифровой обработки сигналов, действующих на выходах демультиплексоров в реальном масштабе времени.Therefore, the preamplifiers 27.1, 27.2 isolate the spectral components of the differential frequency signal caused by respiration and cardiac activity. To extract information about the amplitude and phase of the reflected signal, the two generated quadrature signals of difference frequency at successive times are sent using multiplexers 28.1, 28.2 to the outputs of two multi-channel bandpass filters 29.1, 29.2. Multichannel bandpass filters 29.1, 29.2 suppress the component of the quadrature signals of the difference frequency caused by reflections from stationary objects, and isolate the variable component caused by movements, breathing and a heartbeat. The lower frequency bandwidth of each cell of a multichannel filter, which is determined by the parameters of the filter elements and the input impedance of the low-frequency amplifier, is selected on the order of 0.1 Hz to pass the spectral components caused by respiration. The signals from the outputs of the multi-channel band-pass filters 29.1, 29.2 are fed to demultiplexers 30.1, 30.2, made on standard analog microcircuits, with the help of which the outputs of the cells of the multi-channel band-pass filters 29.1, 29.2 are polled with the frequency specified by the processing and control unit 1. The sampling frequency of the channels of multi-channel bandpass filters 29.1, 29.2 is chosen so as to provide the possibility of digital processing of the signals acting on the outputs of the demultiplexers in real time.
Действующие на выходах демультиплексоров сигналы представляют собой растянутые во времени копии переменных составляющих квадратурных сигналов, поступающих на входы мультиплексоров. Выходы демультиплексоров 30.1, 30.2 соединены с входами короткозамыкающих электронных ключей 31.1 и 31.2, осуществляющих программно управляемый разряд ячеек многоканальных полосовых фильтров 29.1 и 29.2 для устранения переходных процессов, связанных с воздействием сильных кратковременных сигналов, возникающих при перемещении объектов в облучаемой зоне. Входы управления электронных ключей 31.1 и 31.2 через интерфейс 2 соединены с блоком 1 обработки и управления. Сигналы с выходов короткозамыкающих электронных ключей 31.1 и 31.2 поступают на низкочастотные фильтры 32.1, 32.2 и далее на входы аналого-цифрового преобразователя 16. Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 16 через интерфейс 2 поступает в блок 1 обработки и управления, в котором проводится спектральный анализ квадратурных составляющих сигналов, соответствующих дыханию и сердечным сокращениям. С выхода блока 1 обработки и управления данные сигналы поступают на жидкокристаллический индикатор 18.The signals acting on the outputs of the demultiplexers are time-stretched copies of the variable components of the quadrature signals supplied to the inputs of the multiplexers. The outputs of the demultiplexers 30.1, 30.2 are connected to the inputs of short-circuit electronic switches 31.1 and 31.2, which carry out program-controlled discharge of the cells of multi-channel bandpass filters 29.1 and 29.2 to eliminate transients associated with the action of strong short-term signals that arise when moving objects in the irradiated zone. The control inputs of the electronic keys 31.1 and 31.2 through the interface 2 are connected to the processing and control unit 1. The signals from the outputs of short-circuit electronic switches 31.1 and 31.2 are fed to low-pass filters 32.1, 32.2 and further to the inputs of the analog-to-digital converter 16. The signal from the output of the analog-to-digital converter 16 through interface 2 is sent to the processing and control unit 1, in which spectral analysis is performed quadrature components of the signals corresponding to respiration and heartbeats. From the output of the processing and control unit 1, these signals are supplied to the liquid crystal indicator 18.
При целенаправленном обнаружении живых людей в завалах, под снегом и пр. вычислитель 25 замыкается и геофизический радиолокатор обеспечивает повышение вероятности обнаружения слабых сигналов, вызванных дыхательной и сердечной деятельностью.With the purposeful detection of living people in the rubble, under snow, etc., the calculator 25 closes and the geophysical radar provides an increase in the probability of detecting weak signals caused by respiratory and cardiac activity.
Взаимодействия блока 1 обработки и управления с остальными узлами радиолокатора, а также организация управления работой осуществляется через схемы интерфейса 2.The interaction of the processing and control unit 1 with the remaining nodes of the radar, as well as the organization of the operation control, is carried out through interface schemes 2.
Органы управления, коммутации и индикации вынесены на общую панель управления. Различные варианты использования дисплея в режиме поиска, а также работа прибора во вспомогательных режимах не изменяют сути описанных физических процессов, а определяются только программой работы блока 1 обработки и управления.Controls, switching and indication are placed on a common control panel. Various options for using the display in search mode, as well as the operation of the device in auxiliary modes, do not change the essence of the described physical processes, but are determined only by the program of work of the processing and control unit 1.
Таким образом, предлагаемый радиолокатор по сравнению с прототипом, обеспечивает не только высокую надежность обнаружения и идентификации различных подповерхностных объектов на различной глубине залегания, но и скрытых живых существ. Это достигается осуществлением пространственного разрешения и подавлением сигналов от неподвижных объектов, что позволяет устранить помехи, вызванные присутствием подвижных объектов в облучаемой зоне, увеличить динамический диапазон приемного устройства и повысить вероятность обнаружения слабых сигналов, вызванных дыхательной и сердечной деятельностью. Тем самым функциональные возможности геофизического радиолокатора расширены.Thus, the proposed radar, in comparison with the prototype, provides not only high reliability of detection and identification of various subsurface objects at different depths, but also hidden living creatures. This is achieved by spatial resolution and suppression of signals from stationary objects, which eliminates the interference caused by the presence of moving objects in the irradiated zone, increases the dynamic range of the receiving device and increases the likelihood of detecting weak signals caused by respiratory and cardiac activity. Thus, the functionality of the geophysical radar is expanded.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003114584/28A RU2234112C1 (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Geophysical radar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003114584/28A RU2234112C1 (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Geophysical radar |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2234112C1 true RU2234112C1 (en) | 2004-08-10 |
RU2003114584A RU2003114584A (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=33414463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003114584/28A RU2234112C1 (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Geophysical radar |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2234112C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA009971B1 (en) * | 2007-11-15 | 2008-04-28 | Блаас Холдингс Лимитед | Method for radiolocation sounding of underlying surface and device therefor -.a complex of georadar reconnaissance |
RU2447464C1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-04-10 | Вячеслав Адамович Заренков | Geophysical radar set |
RU2513671C1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method for radar location of objects in weakly conductive media |
RU209842U1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий | MOBILE DEVICE FOR SEARCHING VICTIMS IN SNOW BLOCKS AND AVALANCHES |
RU2799999C1 (en) * | 2023-02-02 | 2023-07-14 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" | Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse |
-
2003
- 2003-05-13 RU RU2003114584/28A patent/RU2234112C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA009971B1 (en) * | 2007-11-15 | 2008-04-28 | Блаас Холдингс Лимитед | Method for radiolocation sounding of underlying surface and device therefor -.a complex of georadar reconnaissance |
RU2447464C1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-04-10 | Вячеслав Адамович Заренков | Geophysical radar set |
RU2513671C1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method for radar location of objects in weakly conductive media |
RU209842U1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий | MOBILE DEVICE FOR SEARCHING VICTIMS IN SNOW BLOCKS AND AVALANCHES |
RU2799999C1 (en) * | 2023-02-02 | 2023-07-14 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" | Radiolocation method with carrier frequency tuning from pulse to pulse |
RU2820951C1 (en) * | 2023-06-07 | 2024-06-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН) | Georadar transmitter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Won et al. | GEM-2: A new multifrequency electromagnetic sensor | |
US6031482A (en) | Method and system for sensing and locating a person, e.g. under an avalanche | |
US6909397B1 (en) | Stabilizing motion in a radar detection system using ultrasonic radar range information | |
RU2313108C2 (en) | Mode of detection living objects and an arrangement for its execution | |
US20120263018A1 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
JP6133795B2 (en) | Method and apparatus for searching through collapsed ground | |
JPH02196960A (en) | Measuring instrument for compaction of soil | |
EP0156636B1 (en) | The processing of reflected signals | |
Grazzini et al. | An ultra-wideband high-dynamic range GPR for detecting buried people after collapse of buildings | |
RU2234112C1 (en) | Geophysical radar | |
RU2392853C1 (en) | Method of remote breath and heartbeat parametre measurement | |
RU2460090C1 (en) | Apparatus for probing building structures | |
RU2375729C1 (en) | Geophysical radar | |
RU2234694C2 (en) | Device for probing building constructions | |
RU2282875C1 (en) | Building structure exploration device | |
RU2260816C2 (en) | Method for detection of living objects and device for its realization | |
Kozaczka et al. | Processing data on sea bottom structure obtained by means of the parametric sounding | |
RU2105330C1 (en) | Geophysical radar | |
RU2433423C1 (en) | Subsurface probing device | |
RU2533311C2 (en) | Apparatus for probing building structures | |
RU2194292C2 (en) | Geophysical radar | |
Radzicki et al. | Standoff CW radar for through-the-wall detection of human heartbeat signatures | |
RU2589746C1 (en) | Apparatus for probing building structures | |
RU2589886C1 (en) | Apparatus for probing building structures | |
RU2447464C1 (en) | Geophysical radar set |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050514 |