Изобретението се отнася до областта на радарното сондиране с помощта на единични ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали и може да се използва за сондиране на няколко близко разположени обекта, например слоеве асфалтова настилка. Методът се състои в излъчване на радиоимпулс с N-образен сондаж, непрекъснато получаване на отразен сигнал, интегрирането му N-1 пъти в избран времеви прозорец, откриване и оценка на сигнали от обекти на изследване. Постигнатият технически резултат от изобретението е да се подобри точността на разделителната способност на UWB звучене. 6 болен.
Чертежи за патент на RF 2348945
Изобретението се отнася до областта на радарното наблюдение с помощта на ултрашироколентови (UWB) импулсни сигнали с продължителност T и може да се използва за отчитане на няколко обекта, разстоянието между които L е сравнимо с cT, където c е скоростта на светлината в средата , т.е в условия, когато отразените от няколко обекта на изследване сигнали се наслагват един върху друг. Такъв проблем възниква, например, при сондиране на подземни почвени слоеве, по-специално на многослойна асфалтова пътна настилка.
Известно е, страница 24, че всеки сигнал S (t), който може да бъде излъчен от антена, трябва да отговаря на условието: 
включително единичен многолобков UWB радарен звуков сигнал.
При UWB радарно звучене на няколко близко разположени обекта на изследване възниква проблемът за разрешаване на сигнали, получени от единия и другия обект. Този проблем се утежнява от наличието на смущения, несъвършенството на предавателното и приемащо оборудване и много други фактори.
Традиционният метод за предварителна обработка на радарен сигнал, отразен от обект на изследване, е неговото откриване - избор на нискочестотна функция - амплитудна (комплексна) обвивка на радиоимпулс. Когато работите с UWB сигнали, амплитудната обвивка на UWB сигнала, получена чрез преобразуването на Хилберт, не винаги отразява правилно характеристиките на неговата форма стр. 17. В този случай потенциално високата разделителна способност на UWB сигналите не се реализира.
3. Патент FR 2626666.
4. Теоретични основи на радара / Изд. В. Е. Дулевич. - М.: Сов. радио, 1978 .-- 608 с.
ИСК
Метод за увеличаване на разделителната способност на ултра-широколентовото радарно сондиране, който се състои в излъчване на радиоимпулс със сондиране с N-лоб, където N = 2, 3, 4, 5 ..., непрекъснато получаване на отразени сигнали в избран времеви прозорец, засичане сигнали от изследователски обекти, измерващи и оценяващи параметрите на отразените от обектите на изследване сигнали, характеризиращи се с това, че сондирането на обекта на изследване с N-образен радиоимпулс се извършва многократно, при получаване на отразените сигнали с контролиран стойност на забавяне, прозорецът на приемане се задава с възможност за получаване на цялата реализация на отразения сигнал в избрания времеви прозорец и позицията на референтната точка в него, интегриране на получените показания на отразения сигнал в избрания времеви прозорец за получаване N -1 пъти, преобразувайки времевата структура на N-образния сигнал на сигнала в единична, която осигурява разделителна способност на близко разположени изследователски обекти, използвайте резултатите от интегрирането за откриване на изследваните обекти ia, измерване и оценка на параметрите на сигналите от обектите на изследване.
Лившиц, М., Разделителна способност на средствата за измерване, Квант. - 2002. - бр. 3. - С. 35-36.
По специално споразумение с редколегията и редакторите на сп. Квант
Всеки знае, че е необходим микроскоп, за да се преброи например броят на микробите на сцената, телескоп - за преброяване на звездите в небето, радар - за установяване на броя на самолетите в небето и разстоянието до тях.
Тази статия ще се фокусира върху най-важното свойство на физическите устройства – тяхната разделителна способност, т.е. размерът на най-малките детайли на обектите на измерване, различими по време на процеса на измерване. Именно разделителната способност е основната характеристика на качеството на използвания глюкомер (по-важна дори от точността на измерване). Например, качеството му не зависи само от увеличението на микроскоп. Ако устройството с микроскоп не осигурява отделно възприемане на достатъчно малки детайли на обекта, тогава полученото изображение няма да се подобри дори при значително увеличение на увеличението. Ще получим само по-голяма, но същата размита картина на въпросния обект. Освен това самите грешки в измерването могат да бъдат определени само след разделяне, т.е. след подчертаване на даден детайл от обект от други.
Нека покажем какви физически свойства на дистанционните (безконтактни) измервателни уреди влияят пряко върху получената разделителна способност при използването им и какви методи могат да се използват за подобряване на разделителната способност на такива инструменти.
Нека първо определим количествено. Колкото по-фини детайли на обектите могат да бъдат разграничени от това устройство по време на измерването, толкова по-добра (по-висока) е неговата разделителна способност. За различните инструменти има различни дефиниции и различни формули за количествено определяне на разделителната способност, в зависимост от целите и методите: например дали разделителната способност на детайлите на обект (микроскоп, бинокъл, телескоп) или отделни линии в радиационния спектър ( призма, дифракционна решетка и други спектрални устройства), дали се използва независимостта на наблюдението и измерването на координатите на няколко цели (радар, сонар, сонар за животни) и др. Въпреки това, общоприетата основа за количествено определяне на разделителната способност е критерият на Релей, първоначално установен за случай на отделно наблюдение на два точкови източника на светлина (разделителна способност на двойни звезди). Неговото обобщение, което прави възможно използването на този критерий в различни случаи, се извършва по следния начин.
Нека входното действие върху измервателното устройство се състои от два пика, разположени на разстояние един от друг на интервала Δ х; в същото време на изхода на устройството от всеки пик се получава "отговор" под формата на по-размазана хвзрив с крайна ширина, който характеризира свойствата на устройството и се нарича инструментална функция (фиг. 1). Тогава разделителната способност на Релей е минималният интервал Δ х min между ефектите на два пика, при които общият отговор все още има формата на двугърба крива (фиг. 2, а). Ако намалим Δ х, горната част на общия пакет се изравнява и пакетите се сливат в едно (фиг. 2, б).
Какви параметри на вълните, използвани в дистанционните измервателни уреди, определят стойността на разделителната способност? Оказва се, че такъв параметър е степента на кохерентност на вълната (латинската дума „coherent“ означава „свързан“).
Нека първо си припомним кохерентността на трептенията. Трептенията се наричат кохерентни, ако фазовите разлики и съотношението на амплитудите на трептене остават постоянни през цялото време на наблюдение. В най-простия случай две синусоидални трептения \ (~ A \ cos (\ omega t + \ alpha) \) и \ (~ B \ cos (\ omega t + \ beta) \) са кохерентни, където А, V, α и β - постоянни стойности. Тъй като вълновите процеси се определят от трептения във всички точки в пространството, където съществуват тези вълни, необходимо условие за кохерентността на вълните е кохерентността на трептенията, възникващи във всяка дадена точка на вълната по време на времето на наблюдение.
По-общо и сбито е определението за некохерентност на вълните: лъчите светлина или други вълни ще бъдат некохерентни, ако фазовата разлика между трептения във всички точки в пространството, където тези вълни съществуват заедно, се променя многократно и неравномерно през времето на наблюдение.
Сега ще се опитаме да установим връзка между разделителната способност на измервателния уред и степента на кохерентност на вълната. Това може да стане най-ясно с примера на радар - метод за определяне на местоположението на обекти с помощта на радиовълни.
Нека припомним накратко принципа на работа на импулсна радарна станция (радар). Фигура 3 показва блокова схема на радара. Тук 1 - предавател, 2 - антенен превключвател, 3 - антена, 4 - диаграма на посоката на антената, 5 - приемник, 6 - индикатор. Радарният предавател, използвайки антена с тесен лъч, периодично облъчва пространството с краткотрайни поредици радиовълни (т.нар. сондажни, т.е. „сондиращи“ импулси). Чрез завъртане на антената (или по друг начин) посоката на излъчване на радиовълните се променя и по този начин се извършва последователно звучене на по-голям или по-малък сектор от пространството (или кръгов изглед). Импулсите, отразени от различни цели, се подават (обикновено през една и съща антена) към радарния приемник. В този случай определянето на ъгловите координати на целите се основава на използването на излъчване на антената и схема на приемане. Обхват дпроизведено чрез измерване на времето на закъснение т zap на пристигането на импулса, отразен от целта, спрямо момента на излъчване на импулса на сондата:
\ (~ D = \ frac (c t_ (zap)) (2) \),
където ° Се скоростта на светлината. Двете в знаменателя се появяват поради факта, че времето на закъснение е сумата от времето за преминаване на сондащия импулс до целта и същото време за преминаване на отразения импулс до радара.
Ъгловата разделителна способност на радара е най-малката ъглова разлика Δ α между посоки към две цели, разположени на един и същи обхват, при които отразените импулси от тях се наблюдават поотделно. Лесно е да се види, че това съответства на най-простия случай на пространствена некохерентност: тези цели са разрешени (под ъгъл), които не могат да бъдат едновременно поразени от "осветяващото" радарно излъчване, тъй като посоките върху тях се различават от ширината на диаграмата на антената (фиг. 4).
Разделителната способност на радара е най-малкото разстояние δ rмежду две цели в една и съща посока, в която се наблюдават поотделно. В така наречените класически радари като сонда импулс се използва синусоидален влак от вълни с постоянна амплитуда. Това се обяснява по-специално с факта, че такъв влак е лесен за създаване: достатъчно е за кратко да се приложи постоянно високо напрежение към високочестотен генератор (например магнетрон). Еднородността на структурата на влака води до факта, че вълните, отразени от различни цели, ще имат една и съща честота (ако се движат към радара с еднаква скорост или ако ефектът на Доплер може да се пренебрегне), в рамките на взаимното припокриване на отразените импулси, те ще бъдат кохерентни и разделянето на целите напълно ще се провали. Импулсите, отразени от две цели, ще бъдат некохерентни само когато не съвпадат по време на пристигане в радарния приемник и следователно не се припокриват на екрана на индикатора (фиг. 5).
По този начин разделителната способност на тези радари е
\ (~ \ delta r = \ frac (c \ tau) (2) \),
където τ - продължителност на импулса. Можем да кажем, че в разглеждания радар некохерентността на отразените сигнали, идващи от различни цели, се проявява в най-простата форма: като липса на тяхното съвпадение във времето.
Както се вижда от последната формула, за да се увеличи разделителната способност на обхвата, е необходимо да се намали продължителността на импулса τ ... Но това неизбежно води до съответно разширяване на честотната лента. Факт е, че от една страна съществува фундаментална връзка между продължителността τ сигнал (например фрагмент от синусоида) и ширина Δ ν неговия спектър (по честотната скала), в който е концентрирана основната импулсна енергия:
\ (~ \ Delta \ nu \ приблизително \ frac (1) (\ tau) \).
От друга страна е съвсем ясно, че обхватът на откриване на целта се определя от енергията на сондата и следователно от върнатия импулс. Това означава, че когато импулсът се скъси, е необходимо съответно да се увеличи мощността на предавателя, което не е лесна задача.
В търсене на изход от тази ситуация в радара, ние тръгнахме по пътя на увеличаване на честотната лента на импулса, без да променяме продължителността му: чрез преминаване от синусоидална към по-сложна вътрешна структура на сондиращия импулс. Така се появиха радари с линейно честотно модулирани (LFM) сондажни импулси (фиг. 6). В този случай се оказва, че съотношението между продължителността на сигнала и ширината ще бъде изпълнено не за продължителността на импулса τ imp и за времето за съгласуваност τ ког:
\ (~ \ tau_ (kog) \ приблизително \ frac (1) (\ Delta \ nu) \), където \ (~ \ Delta \ nu >> \ frac (1) (\ tau_ (imp)) \).
Вярно е, че за това в радарния приемник се въвежда допълнителен специален филтър, с помощта на който полученият импулс се компресира до продължителност τ s = τ ког. Сега импулсите на екрана на радара ще бъдат разделени на много по-малко разстояние между целите, отколкото при използване на синусоидален импулс:
\ (~ \ delta r = \ frac (c \ tau_s) (2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Това потвърждава неразривната връзка на разделителната способност на дистанционния уред със степента на кохерентност на вълните: за да се увеличи (подобри) разделителната способност на измервателния уред, е необходимо да се влоши кохерентността на използваните вълни.
Интересно е да се отбележи, че в живата природа развитието в тази посока е стигнало още по-далеч. Например, наред с прилепите, чиито сонари също използват импулси за цвърчане, има така наречените "шепнещи" прилепи, които използват още по-широколентови шумови импулси, т.е. високочестотни импулси, модулирани с "бял" шум. Те засичат цели със значително по-ниски радиационни мощности, като същевременно осигуряват по-добра защита на своите локатори от смущения, особено от взаимни, възникващи при едновременния лов на големи групи от тези прилепи върху насекоми.
Радарното оборудване за подземно наблюдение е специално проектирано за митническа проверка на специална категория обекти: насипни и течни товари в железопътни вагони, на платформи, в бункери, цистерни, контейнери, корабни трюмове (например зърно, трошен камък, руда, пясък, растителни суровини, минерални торове, дървен материал).
TVP артикули могат да бъдат скрити в обема на декларирания товар в очакване той да не бъде разтоварен и проверен от митническата служба. Кешове и скрити инвестиции в големи по дължина и обем обекти на митнически контрол не могат да бъдат открити чрез рентгеново предаване. И използването на оптико-механични средства в тези случаи е неефективно.
Ето защо беше решено да се създадат специални технически средства на базата на принципи на радара.
Локализацията е метод за определяне на местоположението на обект с помощта на звукови или електромагнитни вълни. Радарът използва радиовълни(тоест електромагнитно излъчване от метрови или дециметрови дължини на вълната).
В техниката има голям брой различни модификации на радарния метод. За целите на митническия преглед на обекти най-подходящ е т.нар активен радар.Нека разгледаме неговите принципи.
Местоположението се основава на следните свойства на радиовълните:
Постоянство на скоростта на разпространение;
Правост на пътя на разпространение;
Фокусиране на радиовълни с антени;
Отражение на радиовълни от средни нехомогенности, срещани по пътя им.
В изследваната среда се излъчва насочен лъч радиовълни. Ако по пътя се срещне обект със свойства, различни от околната среда, тогава радиовълните могат да се отразят на границата му. Тогава част от тяхната енергия образува отразен сигнал, който ще бъде насочен към източника на излъчване. Наличието на отразен сигнал показва откриването на обект в околната среда. Отразеният сигнал се записва и разстоянието до засечения обект се изчислява от времето му на закъснение (по отношение на излъчения сигнал)... По време на закъснението преминават радиовълни
разстояние до открития обект и обратно. Ако скоростта на разпространение на радиовълните в изследваната среда е известна, тогава дълбочината на открития обект Hможе да се изчисли по формулата:
където V е скоростта на разпространение на радиовълните в целевата среда;
∆ т- време на закъснение.
Технически средства за подземно сондиране
Доставката на митническите органи на Руската федерация е малогабаритно радиотехническо устройство за подземно сондиране (RPPS) "Zond".
Съгласно тази заповед, СОНДА - Малкоразмерно радиотехническо устройство за подземно наблюдение е оперативно и техническо средство за митнически контрол и е предназначено за откриване на контрабандни инвестиции (метални и неметални артикули) в насипни, насипни и хомогенни товари. в каросерията на превозни средства, железопътни вагони (платформи) и трюмове на кораби 8.
Такива товари могат да бъдат пясък, натрошен камък, руда, зърно, растителни и минерални суровини, дървен материал и др., включително в пакетирана форма и в контейнери (торби, бали, кутии и др.).
Не подлежат на сондиране товари, състоящи се от метални изделия, метален скрап, както и товари, опаковани в метални (метални) контейнери. Съставът на устройството може да бъде описан със следните компоненти:
1. Антено приемно - предавателно устройство (UART) I обхват.
2. Антено приемно - предавателно устройство от II обхват.
3. Устройство за обработка, контрол и индикация (лятен/зимен вариант).
4. Сгъваем бар - дръжка.
5. Акумулаторна батерия (капацитет 1,2 A/h и 3,5 A/h).
6. Комплект SPTA-0 (индивидуален).
7. Оперативна документация.
9. Опаковка 9.
Основните технически характеристики са:
1. Дълбочина на сондиране (засичане), m не по-малко от 3
2. Точността на определяне на дълбочината на открития обект, m не по-лоша от 0,1
3.Разделителна способност при откриване на метални предмети, m не по-лоша от 0,1
4. Скорост на движение на UART по повърхността на изследвания товар, m/s, не повече от 1
5. Работна честота, MHz 700.0 и 1200.0
b. Капацитет на вътрешното устройство за съхранение, Mbyte не по-малко от 3,5
7. Мощност на излъчване на предавателното устройство, W
Обхватът ми е не по-малко от 150
II диапазон не по-малко от 8
8. Продължителността на сондиращия импулс, а не 1,5
9. Честота на повторение на сондажните импулси, kHz 25 - 50
10. Чувствителност на приемащото устройство, μV не по-лоша от 300
11. Време на непрекъсната работа (при два автономни източника на захранване), час. не по-малко от 8
12. Диапазон от работни температури, град. От -20 до +45
13. Тегло на RPPZ (лятен/зимен вариант), кг 3,5 / 4,5
14. Срок на експлоатация, години 5 10
5. Интроскопска техника: - -Оборудване за рентгенова инспекция - инспекционни и ревизионни комплекси
Това са устройства, които работят на принципа на местоположението. тоест използването на определени е/магнитни вълни (е/магнитни вълни от метров и дециметров диапазон): когато проникнат през материали (пясък, натрошен камък, течности), те са склонни да се отразяват от чужд предмет, срещнат по пътя си и по този начин фиксира присъствието му в изследваната среда
Понастоящем митническата служба е представена от следното местоположение на превозното средство (подземно наблюдение):
Подземно сондиране "Око"
Подземно сондиране "Зонд-М"
Преносимо радио устройство за дистанционно наблюдение
(RPDZ) „Зонд-Ме по-модерно автоматизирано техническо средство за митнически контрол и е предназначено за оперативна проверка (издирване и откриване на чужди прикачени файлове) на насипни, насипни и хомогенни (хомогенни) товари, включително опаковани (кутии, бали, чували и др.), поставени в каросерии на превозни средства, железопътни вагони (платформи) и трюмове на кораби.
Фигура 3.22 Подземно сондажно устройство "Zond-M"
Проектиране и работа на устройството.
За подземните радари се използват къси импулсни сигнали. За образуването на такива импулси се използва възбуждането на широколентова антена от спад на напрежението с кратък преден фронт. Блокът за управление, обработка и дисплей формира двуизмерно изображение на приетите сигнали и ги извежда на монитора в реално време.
За комуникация с външен компютър, включително за формирането
3D изображение, устройството има специален конектор и кабел.
Правилната интерпретация на получените карти на местоположението до голяма степен зависи от опита и познанията на оператора.
4. Технически средства за търсене на специални артикули tpn
Тази група превозни средства включва:
Разгледаната по-горе ТС на проверка и търсене (механично, оптико-механично действие; специални средства за маркиране; рентгеново оборудване; радарно оборудване)
Оборудване и устройства, използващи различни газови аналитични и химически контролни методиналичност на TVC артикули
Използването на експресни тестове за химичен анализ на обекти е химически комплекти, съдържащи различни реагенти, които позволяват предварително идентифициране на наличието на определени HBs, HPs или експлозиви в обектите на контрол (Например тестът за падане „ Вираж В.В.", "Наркоцвет"и т.н.)
Биологични методи (с помощта на специално обучени кучета)
4.1 Газоаналитични методи за наблюдение на проби от въздух и превозни средства, базирани на тях
въз основа на анализа на въздушни проби, взети от контролирания обект за наличие на CV чрез различни методи (масспектрометрия, газова хроматография и др.)
Оборудването и инструментите, използващи различни газови аналитични и химически методи за наблюдение на наличието на TVC елементи, включват:
Преносими газови анализатори (например детектор " САБЛЯ 2000 "виж фиг. 3.23;
Стационарни газови анализатори (например Complex "ITEMISER-C"виж фиг. 3.24; Дрейф-спектрометър "Гриф -1" (Експрес - детектор на ЦВ) - фиг. 3.25
Преносими газови анализатори
Фигура 3.23 Детектор "SABER 2000"
Стационарни газови анализатори
Фигура 3.24 Комплекс "ITEMISER - C"
Дрейф спектрометър "Гриф -1" (Експрес - детектор на CV)
Ориз. 3.25. Експрес детектор "GRIF-1"
Назначаване
за откриване на CV с помощта на газова мас спектрометрия
Принцип на работа:
това е газоаналитично устройство, работещо на принципа на използване на масспектрометрия: разлагане на изследваната въздушна проба в спектри и изследването им за наличие на CV йони
устройство:
Моноблок, оборудван с предварителен концентратор за проби (наричан по-долу концентратор),
Вграден монитор, -Клавиатура -Акумулаторна батерия, затворена в пластмасов калъф с размери 30x29x12 cm
Режими на работа:
Устройството открива и разпознава целеви вещества. Устройството може да работи в три режима:
- режим "А" (атмосфера) - режим на работа с летливи CV пари с висока летливост
- режим "H"(H-нагревател) - режим на работа със следи от нисколетливи CV с помощта на нагревател и салфетка за вземане на проби
-режим "AKN"(атмосфера, концентратор и нагревател) - работа с летливи пари и ниска летливост с помощта на концентратор и нагревател
Изборът на класове разпознати целеви вещества (BB, HB, OB) се извършва от клавиатурата.
Принципът на работа на експресния детектор "Grif-1"
помпаДрейфПосока пръстенийонен ток
Източникйонизация(корона разряд)
Колекционер
Оградавъздух (проби)
Заключваненето(йоннапорта)
Системачиклишиченповалямобластидрейф
Посока на циркулация на газав циклична система за продухване
Работа на устройството (в режим "А"): 1.Въздушна проба през отвора "Вход за въздух (проба)" с пом. създаденият от вентилатора вихров ефект (дрифт) влиза в йонизатора 2. В йонизатора с помощта на йонизационен източник въздухът се йонизира частично (атомите се превръщат в заредени частици - йони) Незаредените въздушни молекули се изпомпват от помпата 3. Йоните през блокиращата решетка попадат в дрейфовата тръба и под действието на е/ток се придвижват към колектора с различна скорост в зависимост от размера и степента на поляризация. Това дава възможност да се конструира йонния спектър на определена CV, от която се определя. В този случай се подава сигнал "аларма" и се включва светлинен сигнал. Защото парите имат силно летлив CV, те се откриват в режим "A" без нагряване. 4. За CV с нис. летливост - режим "AKN": използват се въздушен нагревател (H) и концентратор за натрупване на пари (K) - За нисколетливи вещества - исп. режим "H" - с прибл. нагревател за увеличаване на волатилността.
