La invención se relaciona con el campo del sondeo de radar que usa señales de pulso de banda ultraancha (UWB) únicas y puede usarse cuando se sondean varios objetos muy próximos entre sí, como capas de pavimento de asfalto. El método consiste en emitir un pulso de radio de sondeo de N hojas, recibiendo continuamente la señal reflejada, integrándola N-1 veces en la ventana de tiempo seleccionada, detectando y evaluando las señales de los objetos de estudio. El resultado técnico alcanzable de la invención es aumentar la precisión de la resolución del sondeo UWB. 6 malos.
Dibujos de la patente RF 2348945
La invención se relaciona con el campo del sondeo de radar que utiliza señales de pulso de banda ultraancha (UWB) de duración T y puede usarse cuando se sondean varios objetos, la distancia entre los cuales L es comparable a cT, donde c es la velocidad de la luz en el medio. , es decir en condiciones en las que las señales reflejadas por varios objetos de estudio se superponen entre sí. Tal problema surge, por ejemplo, al sondear capas subterráneas de suelo, en particular, pavimento de asfalto multicapa.
Se sabe, página 24, que cualquier señal S(t) que pueda ser emitida por una antena debe satisfacer la condición: 
incluyendo una sola señal de radar UWB de sondeo de hojas múltiples.
En el sondeo por radar UWB de varios objetos de estudio cercanos, surge el problema de resolver las señales recibidas de uno y otro objeto. Este problema se ve agravado por la presencia de interferencias, la imperfección del equipo transceptor y muchos otros factores.
La forma tradicional de procesamiento preliminar de la señal de radar reflejada por el objeto de estudio es su detección, la extracción de una función de baja frecuencia, la envolvente de amplitud (compleja) del pulso de radio. Cuando se trabaja con señales UWB, la envolvente de amplitud de una señal UWB, obtenida mediante la transformada de Hilbert, no siempre refleja correctamente las características de su forma p.17. En este caso, la resolución potencialmente alta de las señales UWB no se realiza.
3. Patente FR 2626666.
4. Fundamentos Teóricos del Radar / Ed. V. E. Dulevich. - M.: Sov. radiofónica, 1978. - 608 págs.
AFIRMAR
Un método para aumentar la resolución de la detección de banda ultra ancha de radar, que consiste en emitir un pulso de radio de sondeo de N lóbulos, donde N = 2, 3, 4, 5..., recibiendo continuamente señales reflejadas en una ventana de tiempo seleccionada, detectando señales de objetos de estudio, midiendo y evaluando los parámetros de las señales reflejadas de los objetos de estudio, caracterizado porque el sondeo del objeto de estudio con un pulso de radio N-hoja se realiza repetidamente, al recibir las señales reflejadas con un valor de retardo controlado, se establece una ventana de recepción con la capacidad de recibir la implementación completa de la señal reflejada en la ventana de tiempo seleccionada y la posición del punto de referencia en ella, integrar las muestras recibidas de la señal reflejada en la ventana de tiempo seleccionada de recepción N-1 veces, convirtiendo la estructura temporal de N-lóbulo de la señal en un solo lóbulo, brindando resolución de objetos de estudio estrechamente espaciados, use los resultados de la integración para detectar objetos de estudio ión, medición y evaluación de los parámetros de las señales de los objetos de estudio.
Livshits M. Resolución de instrumentos de medición // Kvant. - 2002. - Nº 3. - S. 35-36.
Por acuerdo especial con el consejo de redacción y los editores de la revista "Kvant"
Todo el mundo sabe que se necesita un microscopio para, por ejemplo, contar la cantidad de microbios en el escenario de un objeto, un telescopio, para contar las estrellas en el cielo, un radar, para determinar la cantidad de aviones en el cielo y la distancia. a ellos
Este artículo se centrará en la propiedad más importante de los instrumentos físicos: su resolución, es decir, el valor de los detalles más pequeños de los objetos de medición, distinguidos durante el proceso de medición. La resolución es la característica principal de la calidad del instrumento de medición utilizado (incluso más importante que la precisión de la medición). Por ejemplo, su calidad no depende solo del aumento de un microscopio. Si el dispositivo del microscopio no proporciona una percepción separada de detalles suficientemente pequeños del objeto, la imagen resultante no mejorará incluso con un aumento significativo. Solo obtendremos una imagen borrosa más grande, pero igual, del sujeto en cuestión. Además, los errores de medición en sí solo pueden determinarse después de la resolución, es decir, después de seleccionar esta parte del objeto de los demás.
Mostremos qué propiedades físicas de los medidores remotos (sin contacto) afectan directamente la resolución obtenida cuando se usan, y qué métodos se pueden usar para mejorar la resolución de dichos dispositivos.
Cuantifiquemos primero. Cuanto más finos sean los detalles de los objetos que este dispositivo pueda distinguir durante el proceso de medición, mejor (mayor) será su resolución. Para diferentes instrumentos, existen diferentes definiciones y diferentes fórmulas para cuantificar el poder de resolución dependiendo de los objetivos y métodos: por ejemplo, si la resolución de los detalles de un objeto (microscopio, binoculares, telescopio) o líneas individuales en el espectro de radiación (prisma , rejilla de difracción y otros dispositivos espectrales), si se utiliza la independencia de observación y medición de las coordenadas de varios objetivos (radar, sonar, ecosonda animal), etc. Sin embargo, la base generalmente aceptada para cuantificar la resolución es el criterio de Rayleigh, originalmente establecido para el caso de observación separada de dos fuentes puntuales de luz (resolución de estrellas binarias). Su generalización, que permite utilizar este criterio en una variedad de casos, se realiza de la siguiente manera.
Deje que la acción de entrada en el dispositivo de medición consista en dos picos separados por un intervalo Δ X; al mismo tiempo, a la salida del dispositivo de cada pico, se obtiene una "respuesta" en forma de una más dispersa X ráfaga de ancho finito, que caracteriza las propiedades del dispositivo y se denomina función instrumental (Fig. 1). Entonces la resolución de Rayleigh se llama el intervalo mínimo Δ X min entre los impactos de dos picos, en los que la respuesta total todavía tiene la forma de una curva de dos picos (Fig. 2a). Si disminuimos Δ X, la parte superior del estallido total se aplana y los estallidos se fusionan en uno solo (Fig. 2b).
¿Cuáles son los parámetros de las ondas utilizadas en los medidores remotos que determinan la resolución? Resulta que dicho parámetro es el grado de coherencia de onda (la palabra latina "coherente" significa "en conexión").
Recordemos primero la coherencia de las oscilaciones. Las oscilaciones se llaman coherentes si las diferencias de fase y las proporciones de las amplitudes de las oscilaciones permanecen constantes durante todo el tiempo de observación. En el caso más simple, dos oscilaciones sinusoidales \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) y \(~B \cos (\omega t + \beta)\) son coherentes, donde PERO, EN, α Y β son valores constantes. Dado que los procesos ondulatorios están determinados por oscilaciones en todos los puntos del espacio donde existen estas ondas, una condición necesaria para la coherencia de las ondas es la coherencia de las oscilaciones que ocurren en cada punto dado de la onda durante el tiempo de observación.
Más general y concisa es la definición de incoherencia de onda: los rayos de luz u otras ondas serán incoherentes si la diferencia de fase entre las oscilaciones en todos los puntos del espacio donde coexisten estas ondas cambia muchas veces e irregularmente durante el tiempo de observación.
Ahora intentaremos establecer una relación entre la resolución del medidor y el grado de coherencia de onda. Esto se puede hacer más claramente usando el ejemplo del radar, un método para determinar la ubicación de objetos usando ondas de radio.
Recordemos brevemente el principio de funcionamiento de una estación de radar pulsado (RLS). La figura 3 muestra un diagrama de bloques del radar. Aquí 1 - transmisor, 2 - interruptor de antena, 3 - antena, 4 - patrón de antena, 5 - receptor, 6 - indicador. El transmisor de radar, utilizando una antena de dirección estrecha, irradia periódicamente el espacio con trenes de ondas de radio de corta duración (los llamados pulsos de sondeo, es decir, "sensación"). Al girar la antena (o por otros medios), se cambia la dirección de radiación de las ondas de radio y, por lo tanto, se realiza un sondeo secuencial de un sector de espacio más grande o más pequeño (o una vista circular). Los pulsos reflejados desde diferentes objetivos se alimentan (generalmente a través de la misma antena) al receptor de radar. En este caso, la determinación de las coordenadas angulares de los objetivos se basa en el uso del patrón de radiación de la antena para la radiación y la recepción. rango D producido midiendo el tiempo de retardo t zap de la llegada del pulso reflejado desde el objetivo relativo al momento de emisión del pulso de sondeo:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
donde C es la velocidad de la luz. El dos en el denominador aparece debido a que el tiempo de retardo es la suma del tiempo de paso del pulso de sondeo al blanco y el mismo tiempo de paso del pulso reflejado al radar.
La resolución del radar en términos de ángulo es la diferencia más pequeña en ángulos Δ α entre direcciones a dos objetivos ubicados en el mismo rango, en los cuales los pulsos reflejados de ellos se observan por separado. Es fácil ver que esto corresponde al caso más simple de incoherencia espacial: se resuelven aquellos objetivos (en términos de ángulo) que la radiación "iluminadora" del radar no puede alcanzar simultáneamente, ya que las direcciones sobre ellos difieren por el ancho de la patrón de antena (Fig. 4).
La resolución de rango del radar es la distancia más pequeña δ r entre dos objetivos en la misma dirección, en la que se observan por separado. En los denominados radares clásicos, se utilizaba como pulso de sondeo un tren de ondas sinusoidales de amplitud constante. Esto se explica, en particular, por el hecho de que dicho tren es fácil de crear: basta con aplicar brevemente un alto voltaje constante a un generador de alta frecuencia (por ejemplo, un magnetrón). La uniformidad de la estructura del tren hace que las ondas reflejadas por diferentes objetivos tengan la misma frecuencia (si se mueven hacia el radar a la misma velocidad o si se puede despreciar el efecto Doppler), serán coherentes dentro de la relación mutua. la superposición de los pulsos reflejados y separan los objetivos fallan por completo. Los pulsos reflejados por dos objetivos serán incoherentes solo cuando no coincidan en el tiempo de llegada al receptor de radar y, por lo tanto, no se superpongan en la pantalla de visualización (Fig. 5).
Por lo tanto, la resolución de rango de estos radares es
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,
donde τ - duración del pulso. Puede decirse que en la estación de radar considerada, la incoherencia de las señales reflejadas provenientes de diferentes objetivos aparece en la forma más simple: como la ausencia de su coincidencia en el tiempo.
Como se puede ver en la última fórmula, para aumentar la resolución del rango, es necesario reducir la duración del pulso. τ . Pero esto conduce inevitablemente a una extensión correspondiente del ancho de banda. El hecho es que, por un lado, existe una relación fundamental entre la duración τ señal (por ejemplo, un fragmento de una sinusoide) y un ancho Δ ν su espectro (en la escala de frecuencia), en el que se concentra la energía principal del pulso:
\(~\Delta \nu \approx \frac(1)(\tau)\) .
Por otro lado, está bastante claro que el rango de detección del objetivo está determinado por la energía del sondeo y, por lo tanto, el retorno del pulso. Esto significa que cuando el pulso se acorta, es necesario aumentar la potencia del transmisor en consecuencia, lo cual no es una tarea fácil.
En busca de una salida a esta situación en el radar, tomaron el camino de aumentar el ancho de banda del pulso sin cambiar su duración: cambiando de una estructura interna sinusoidal a una más complicada del pulso de sondeo. Así aparecieron los radares con pulsos de sondeo modulados en frecuencia lineal (LFM) (Fig. 6). En este caso, resulta que la relación entre la duración y el ancho de la señal ya no se mantendrá durante la duración del pulso. τ imp , y por el tiempo de coherencia τ kog:
\(~\tau_(kog) \approx \frac(1)(\Delta \nu)\) , donde \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Es cierto que para esto, se introduce un filtro especial adicional en el receptor de radar, con la ayuda del cual el pulso recibido se comprime a una duración τ s= τ kog. Ahora los pulsos en la pantalla del radar se separarán a una distancia mucho menor entre los objetivos que cuando se usaba un pulso sinusoidal:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Esto confirma la conexión inseparable entre la resolución de un medidor remoto y el grado de coherencia de las ondas: para aumentar (mejorar) la resolución del medidor, es necesario degradar la coherencia de las ondas utilizadas.
Es curioso notar que en la naturaleza viva el desarrollo en esta dirección ha ido aún más lejos. Por ejemplo, junto con los murciélagos, cuyas ecosondas también usan pulsos de sondeo de chirrido, existen los llamados murciélagos "susurrantes" que usan aún más pulsos de ruido de banda ancha, es decir, pulsos de alta frecuencia modulados por ruido "blanco". Detectan objetivos con potencias de radiación mucho más bajas, al mismo tiempo que brindan una mejor protección para sus localizadores contra la interferencia, especialmente la interferencia mutua, que surge de la caza simultánea de insectos por parte de grandes grupos de estos murciélagos.
El equipo de radar de sondeo subterráneo está especialmente diseñado para la inspección aduanera de una categoría especial de objetos: cargas a granel y líquidas ubicadas en vagones de ferrocarril, en plataformas, en búnkeres, tanques, contenedores, bodegas de barcos (por ejemplo, grano, piedra triturada, mineral, arena , materias primas vegetales, fertilizantes minerales, madera).
Los artículos de WBC se pueden ocultar en la cantidad de la carga declarada con la expectativa de que no serán descargados e inspeccionados por el servicio de aduanas. Los cachés y las inversiones ocultas en objetos de control aduanero que son grandes en longitud y volumen no pueden detectarse mediante escaneo de rayos X. Y el uso de medios óptico-mecánicos en estos casos es ineficaz.
Es por eso que se decidió crear medios técnicos especiales basados en Principios de radiolocalización.
Ubicación - un método para determinar la ubicación de un objeto usando sonido u ondas electromagnéticas. El radar usa ondas de radio(es decir, radiación electromagnética del rango de longitud de onda del metro o del decímetro).
En tecnología, hay una gran cantidad de modificaciones diferentes del método de radar. A los efectos de la inspección aduanera de objetos, la más adecuada es la denominada radar activo. Echemos un vistazo a sus principios.
La ubicación se basa en las siguientes propiedades de las ondas de radio:
La constancia de la velocidad de propagación;
Rectitud del camino de propagación;
Enfoque de ondas de radio por antenas;
Reflejo de ondas de radio por falta de homogeneidad del medio encontrado en su camino.
Un haz dirigido de ondas de radio se irradia hacia el medio examinado. Si en su camino se encuentra un objeto con propiedades diferentes a las del medio, entonces las ondas de radio pueden reflejarse en su límite. Entonces parte de su energía forma una señal reflejada, que será dirigida hacia la fuente de radiación. La presencia de una señal reflejada indica la detección de un objeto en el entorno. Se registra la señal reflejada y se calcula la distancia al objeto detectado a partir de su tiempo de retardo (respecto a la señal emitida).. Durante el tiempo de retardo, las ondas de radio viajan
distancia al objeto detectado y viceversa. Si se conoce la velocidad de propagación de las ondas de radio en el medio examinado, entonces profundidad del objeto detectado H se puede calcular usando la fórmula:
donde V es la velocidad de propagación de las ondas de radio en el medio localizado;
∆ t- tiempo de retardo.
Medios técnicos de sondeo del subsuelo.
Las autoridades aduaneras de la Federación Rusa cuentan con un dispositivo radiotécnico de pequeño tamaño para sondeo subterráneo (RPPS) "Zond".
De acuerdo con esta orden, ZOND, un dispositivo radiotécnico de pequeño tamaño para el sondeo del subsuelo es un medio operativo y técnico de control aduanero y está diseñado para detectar inversiones de contrabando (objetos metálicos y no metálicos) en cargas sueltas, a granel y homogéneas colocadas en las carrocerías de vehículos, vagones de ferrocarril (plataformas) y bodegas de barcos 8 .
Dicha carga puede ser arena, piedra triturada, minerales, granos, materias primas vegetales y minerales, madera, etc., incluso en forma empaquetada y en contenedores (sacos, pacas, cajas, etc.).
Las cargas que consisten en productos metálicos, chatarra, así como las cargas embaladas en contenedores metálicos (metalizados) no están sujetas a sondeo. La composición del dispositivo puede ser descrita por los siguientes componentes:
1. Dispositivo receptor-transmisor de antena (UART) de la gama I.
2. Dispositivo receptor y transmisor de antena de la gama II.
3. Dispositivo de procesamiento, control e indicación (versión verano/invierno).
4. Varilla plegable - mango.
5. Batería recargable (capacidad 1,2 Ah y 3,5 Ah).
6. Kit ZIP-0 (individual).
7. Documentación operativa.
9. Embalaje 9 .
Las principales características técnicas son:
1. Profundidad de sondeo (detección), m no menos de 3
2. Precisión de determinar la profundidad del objeto detectado, m no peor que 0.1
3. Resolución al detectar objetos metálicos, m no peor que 0.1
4. La velocidad de movimiento del UART sobre la superficie de la carga probada, m/s, no más de 1
5. Frecuencia de operación, MHz 700.0 y 1200.0
b. Capacidad del dispositivo de almacenamiento interno, MB no menos de 3.5
7. Potencia de radiación del dispositivo transmisor, W
Rango no menos de 150
II rango no menos de 8
8. La duración del pulso de sondeo, no 1.5
9. Frecuencia de repetición de pulsos de sondeo, kHz 25 - 50
10. Sensibilidad del dispositivo receptor, μV no peor que 300
11. Tiempo de funcionamiento continuo (con dos fuentes de alimentación independientes), hora. al menos 8
12. Rango de temperatura de funcionamiento, grados. C de -20 a +45
13. Peso de RPPZ (versión verano/invierno), kg 3,5/4,5
14. Vida útil, años 5 10
5. Técnica introscópica: - - equipos de inspección por rayos X - complejos de inspección y cribado
Estos son dispositivos que funcionan según el principio de ubicación. es decir, el uso de ciertas ondas magnéticas e / (ondas e / mágicas del rango de metros y decímetros): cuando penetran a través de materiales (arena, piedra triturada, líquidos), tienden a reflejarse en un objeto extraño que se encuentra en su camino y por lo tanto fijar su presencia en el ambiente estudiado
Actualmente representado por el servicio de aduanas cuenta con la siguiente ubicación TS (sondeo subterráneo):
Dispositivo de sondeo subterráneo "Oko"
Dispositivo de sondeo subterráneo "Zond-M"
Instrumento portátil de teledetección por radio
(RPDZ) "Zond-M es un medio técnico automatizado más moderno de control aduanero y está diseñado para la inspección operativa (búsqueda y detección de accesorios extraños) de carga a granel, a granel y homogénea (homogénea), incluidos los paquetes (cajas, fardos, bolsas, etc.) colocados en cuerpos vehículos, vagones de ferrocarril (plataformas) y bodegas de barcos.
Fig. 3.22 Dispositivo de sondeo subterráneo "Zond-M"
El dispositivo y el funcionamiento del dispositivo.
Para el radar subterráneo, se utilizan señales de pulsos cortos. Para la formación de dichos pulsos se utiliza la excitación de una antena de banda ancha por una caída de tensión con un frente de ataque de corta duración. La unidad de control, procesamiento e indicación genera una imagen bidimensional de las señales recibidas y las muestra en el monitor en tiempo real.
Para la comunicación con un ordenador externo, incluso para la formación
imagen tridimensional, el dispositivo tiene un conector y un cable especiales.
La correcta interpretación de los mapas de ubicación resultantes depende en gran medida de la experiencia y conocimientos del operador.
4. Medios técnicos de búsqueda de artículos especiales tpn
Este grupo de vehículos incluye:
Los vehículos de inspección y búsqueda discutidos anteriormente (acción mecánica, opto-mecánica; medios especiales de marcado; equipo de rayos X; equipo de radar)
Equipos e instrumentos que utilizan diversos métodos analíticos y de control químico de gases la presencia de elementos WBC
El uso de pruebas rápidas para el análisis químico de objetos son kits químicos que contienen varios reactivos que permiten identificar de forma preliminar la presencia de ciertos NI, PV o explosivos en objetos de control (por ejemplo, una prueba de caída " Virage VV", "Narkotsvet" y etc.)
Métodos biológicos (uso de perros especialmente entrenados)
4.1 Métodos analíticos de gases para el seguimiento de muestras de aire y vehículos basados en ellas
basado en el análisis de muestras de aire tomadas del objeto de control para detectar la presencia de CV por varios métodos (espectrometría de masas, cromatografía de gases, etc.)
Los equipos e instrumentos que utilizan varios métodos analíticos y químicos de gases para monitorear la presencia de elementos de WBC incluyen:
Analizadores de gases portátiles (por ejemplo, un detector " SABRE 2000" ver figura 3.23;
Analizadores de gases estacionarios (por ejemplo, Complex "ITEMISER-C" ver Fig.3.24 Espectrómetro de deriva "Grif-1" (Express - detector CV) - Fig.3.25
Analizadores de gases portátiles
Figura 3.23 detector SABRE 2000
Analizadores de gases estacionarios
Figura 3.24 Complejo "ITEMISER - C"
Espectrómetro de deriva "Grif-1" (Express - detector CV)
Arroz. 3.25. Detector rápido "GRIF-1"
Propósito
para la detección de CV mediante espectrometría de masas de gases
Principio de operación:
este es un dispositivo analítico de gas que funciona según el principio de usar espectrometría de masas: descomposición de la muestra de aire bajo estudio en espectros y estudio de la presencia de iones CV
Dispositivo:
Monobloque equipado con un concentrador de muestra preliminar (en adelante, el concentrador),
Monitor integrado, -Teclado - Pack de baterías en caja de plástico de 30x29x12 cm
Modos de funcionamiento:
El dispositivo detecta y reconoce las sustancias objetivo. El dispositivo está diseñado para operar en tres modos:
- modo "A" (atmósfera) - modo de operación con vapores volátiles de CV que tienen alta volatilidad
- Modo "H"(Calentador H): modo de operación con trazas de CV de baja volatilidad usando un calentador y un pañuelo para recolectar la muestra
-Modo "AKN"(atmósfera, concentrador y calentador) -- baja volatilidad modo de baja volatilidad con concentrador y calentador
La elección de clases de sustancias objetivo reconocibles (BB, HB, OM) se realiza desde el teclado.
El principio de funcionamiento del detector express "Grif-1"
Bombaa la derivaDirección anillos corriente de iones
Una fuenteionización(descarga de corona)
Coleccionista
Vallaaire (muestras)
Cierrecuadrícula(iónicoportón)
Sistemaqiclínicopurgaáreasderiva
Dirección de circulación del gasen un sistema de soplado cíclico
Funcionamiento del dispositivo (en modo "A"): 1. Muestra de aire a través del orificio "Admisión de aire (muestras)" con pom. el efecto de vórtice (deriva) creado por el ventilador ingresa al ionizador 2. En el ionizador, con la ayuda de una fuente de ionización, el aire se ioniza parcialmente (los átomos se convierten en partículas cargadas-iones). el colector a diferentes velocidades dependiendo del tamaño, grado de polarización. Esto le permite construir el espectro de iones de un determinado CV, según el cual se determina. Al mismo tiempo, se da una señal de "alarma" y se enciende una señal luminosa. Porque Los vapores tienen CV altamente volátiles, se detectan en el modo "A" sin calentamiento. 4. Para CV con baja volatilidad - Modo "AKN": se utilizan un calentador de aire (H) y un concentrador para acumular vapores (K) - Para sustancias de baja volatilidad - isp. modo "H" - con aprox. calentador para aumentar la volatilidad.
