Uppfinningen hänför sig till området för radarsoning med användning av enkla ultrabredbandspulssignaler (UWB) och kan användas vid avlyssning av flera tätt placerade föremål, såsom asfaltbeläggningsskikt. Metoden består i att sända ut en N-blads sonderande radiopuls, kontinuerligt ta emot den reflekterade signalen, integrera den N-1 gånger i det valda tidsfönstret, detektera och utvärdera signaler från studieobjekten. Uppnåeligt tekniskt resultat av uppfinningen är att öka noggrannheten i upplösningen av UWB-ljud. 6 sjuka.
Ritningar till RF-patentet 2348945
Uppfinningen hänför sig till området för radarljud med hjälp av ultrabredbandspulssignaler (UWB) med varaktighet T och kan användas vid sondering av flera objekt, avståndet mellan vilket L är jämförbart med cT, där c är ljusets hastighet i mediet , dvs. under förhållanden då de signaler som reflekteras från flera studieobjekt överlagras på varandra. Ett sådant problem uppstår t.ex. vid sondering av underjordiska lager av jord, i synnerhet flerskiktad asfaltbeläggning.
Det är känt, sidan 24, att varje signal S(t) som kan sändas ut av en antenn måste uppfylla villkoret: 
inklusive en enda flerbladig sonderande UWB-radarsignal.
I UWB-radarljud av flera närliggande studieobjekt uppstår problemet med att lösa signaler som tas emot från det ena och det andra objektet. Detta problem förvärras av förekomsten av störningar, ofullkomligheten hos transceiverutrustningen och många andra faktorer.
Den traditionella metoden för preliminär bearbetning av radarsignalen som reflekteras från studieobjektet är dess detektering - utvinning av en lågfrekvent funktion - amplituden (komplex) enveloppen för radiopulsen. När man arbetar med UWB-signaler återspeglar amplitudenveloppen för en UWB-signal, som erhålls med hjälp av Hilbert-transformen, inte alltid korrekt egenskaperna hos dess form s.17. I detta fall realiseras inte den potentiellt höga upplösningen av UWB-signaler.
3. Patent FR 2626666.
4. Teoretiska grunder för radar / Ed. V.E. Dulevich. - M.: Sov. radio, 1978. - 608 sid.
KRAV
En metod för att öka upplösningen av ultrabredbandsradarljud, som består i att sända ut en N-lobs sonderande radiopuls, där N=2, 3, 4, 5..., kontinuerligt ta emot reflekterade signaler i ett valt tidsfönster, detektera signaler från studieobjekt, mätning och utvärdering av parametrarna för de signaler som reflekteras från studieobjekten, kännetecknad av att sonderingen av studieobjektet med en N-bladsradiopuls utförs upprepade gånger, när de reflekterade signalerna tas emot med en kontrollerat fördröjningsvärde, ställs ett mottagningsfönster in med förmågan att ta emot hela implementeringen av den reflekterade signalen i det valda tidsfönstret och positionen för referenspunkten i det, integrera de mottagna samplen av den reflekterade signalen i det valda tidsfönstret för mottagning N-1 gånger, omvandling av N-lobens temporala struktur för signalen till en enkellob, ger upplösning av nära åtskilda studieobjekt, använd integreringsresultaten för att upptäcka föremål av intresse jon, mätning och utvärdering av parametrarna för signaler från studieobjekten.
Livshits M. Upplösning av mätinstrument // Kvant. - 2002. - Nr 3. - S. 35-36.
Efter särskild överenskommelse med redaktionen och redaktörerna för tidskriften "Kvant"
Alla vet att det behövs ett mikroskop för att till exempel räkna antalet mikrober på ett objektsteg, ett teleskop - för att räkna stjärnorna på himlen, en radar - för att bestämma antalet flygplan på himlen och avståndet till dem.
Denna artikel kommer att fokusera på den viktigaste egenskapen hos fysiska instrument - deras upplösning, dvs. värdet av de minsta detaljerna i mätobjekten, som särskiljs under mätningsprocessen. Det är upplösningen som är det främsta kännetecknet för kvaliteten på mätaren som används (till och med viktigare än mätnoggrannheten). Till exempel beror dess kvalitet inte bara på förstoringen av ett mikroskop. Om mikroskopanordningen inte ger separat uppfattning om tillräckligt små detaljer av objektet, kommer den resulterande bilden inte att förbättras även med en betydande ökning av förstoringen. Vi kommer bara att få en större, men samma suddiga bild av ämnet i fråga. Dessutom kan själva mätfelen bestämmas först efter upplösning, d.v.s. efter att ha valt den här delen av objektet från andra.
Låt oss visa vilka fysiska egenskaper hos fjärrmätare (kontaktlösa) som direkt påverkar upplösningen som erhålls när de används, och vilka metoder som kan användas för att förbättra upplösningen för sådana enheter.
Låt oss kvantifiera först. Ju finare detaljer av objekt kan urskiljas av denna enhet under mätningsprocessen, desto bättre (högre) är dess upplösning. För olika instrument finns det olika definitioner och olika formler för att kvantifiera upplösningsförmågan beroende på mål och metoder: till exempel om upplösningen av detaljerna i ett objekt (mikroskop, kikare, teleskop) eller enskilda linjer i strålningsspektrumet (prisma) , diffraktionsgitter och andra spektrala enheter) bedöms ), om oberoende av observation och mätning av koordinaterna för flera mål används (radar, ekolod, djurekolod) etc. Den allmänt accepterade grunden för att kvantifiera upplösningen är emellertid Rayleigh-kriteriet, som ursprungligen fastställdes för fallet med separata observationer av tvåpunktsljuskällor (upplösning av dubbelstjärnor). Dess generalisering, som gör det möjligt att använda detta kriterium i en mängd olika fall, utförs enligt följande.
Låt inmatningen på mätanordningen bestå av två toppar åtskilda av ett intervall Δ x; samtidigt, vid enhetens utgång från varje topp, erhålls ett "svar" i form av en mer spridd över X burst av ändlig bredd, som kännetecknar anordningens egenskaper och kallas instrumentalfunktionen (fig. 1). Då kallas Rayleigh-upplösningen för minimiintervallet Δ x min mellan effekterna av två toppar, vid vilka den totala responsen fortfarande har formen av en tvåtoppad kurva (Fig. 2a). Om vi minskar Δ x, plattas toppen av den totala skuren ut och skurarna smälter samman till en (fig. 2b).
Vilka är parametrarna för de vågor som används i fjärrmätare som bestämmer upplösningen? Det visar sig att en sådan parameter är graden av koherens av vågorna (det latinska ordet "koherent" betyder "i samband").
Låt oss först komma ihåg svängningarnas koherens. Oscillationer kallas koherenta om fasskillnaderna och förhållandena för svängningarnas amplituder förblir konstanta under hela observationstiden. I det enklaste fallet är två sinusformade oscillationer \(~A \cos (\omega t + \alpha)\) och \(~B \cos (\omega t + \beta)\) koherenta, där MEN, PÅ, α och β är konstanta värden. Eftersom vågprocesser bestäms av svängningar vid alla punkter i rymden där dessa vågor finns, är ett nödvändigt villkor för vågornas koherens koherensen av svängningar som inträffar vid varje given punkt av vågen under observationstiden.
Mer generell och koncis är definitionen av våginkoherens: ljusstrålar eller andra vågor kommer att vara osammanhängande om fasskillnaden mellan svängningar på alla punkter i rymden där dessa vågor samexisterar förändras många gånger och oregelbundet under observationstiden.
Nu ska vi försöka fastställa ett samband mellan mätarens upplösning och graden av vågkoherens. Detta kan göras tydligast med exemplet radar - en metod för att bestämma platsen för objekt med hjälp av radiovågor.
Låt oss kort påminna om principen för driften av en pulserad radarstation (RLS). Figur 3 visar ett blockschema över radarn. Här 1 - sändare, 2 - antennbrytare, 3 - antenn, 4 - antennmönster, 5 - mottagare, 6 - indikator. Radarsändaren, med hjälp av en smalt riktad antenn, bestrålar periodiskt utrymmet med kortvariga tåg av radiovågor (den så kallade sonderingen, d.v.s. "kännande" pulser). Genom att vrida på antennen (eller på annat sätt) ändras strålningsriktningen från radiovågor och därigenom utförs sekventiell sondering av en större eller mindre rymdsektor (eller en cirkulär vy). Pulser som reflekteras från olika mål matas (vanligen genom samma antenn) till radarmottagaren. I detta fall baseras bestämningen av målens vinkelkoordinater på användningen av antennstrålningsmönstret för strålning och mottagning. Rangering D produceras genom att mäta fördröjningstiden t zap för ankomsten av pulsen som reflekteras från målet i förhållande till emissionsögonblicket för sonderingspulsen:
\(~D = \frac(c t_(zap))(2)\) ,
var cär ljusets hastighet. De två i nämnaren uppträder på grund av det faktum att fördröjningstiden är summan av tiden för undersökningspulsens passage till målet och samma tid för den reflekterade pulsens passage till radarn.
Radarns upplösning i termer av vinkel är den minsta skillnaden i vinklar Δ α mellan riktningar till två mål belägna på samma avstånd, där de reflekterade pulserna från dem observeras separat. Det är lätt att se att detta motsvarar det enklaste fallet av rumslig inkoherens: de mål löses (i vinkel) som inte samtidigt kan träffas av radarns "upplysande" strålning, eftersom riktningarna på dem skiljer sig med bredden på radarn. antennmönster (fig. 4).
Radarns avståndsupplösning är det minsta avståndet δ r mellan två mål i samma riktning, i vilken de observeras separat. I de så kallade klassiska radarerna användes ett sinusformigt vågtåg med konstant amplitud som sonderingspuls. Detta förklaras särskilt av det faktum att ett sådant tåg är lätt att skapa: det räcker att kort anbringa en konstant hög spänning på en högfrekvensgenerator (till exempel en magnetron). Tågstrukturens enhetlighet leder till att vågorna som reflekteras från olika mål kommer att ha samma frekvens (om de rör sig mot radarn med samma hastighet eller om dopplereffekten kan försummas), kommer de att vara koherenta inom den ömsesidiga överlappning av de reflekterade pulserna, och separera målen misslyckas helt. Pulserna som reflekteras från två mål kommer att vara osammanhängande endast när de inte sammanfaller i ankomsttid till radarmottagaren och därför inte överlappar varandra på bildskärmen (fig. 5).
Avståndsupplösningen för dessa radar är alltså
\(~\delta r = \frac(c \tau)(2)\) ,
var τ - Pulsvaraktighet. Man kan säga att i den aktuella radarstationen uppträder inkoherensen hos de reflekterade signalerna som kommer från olika mål i den enklaste formen: som frånvaron av deras sammanträffande i tiden.
Som kan ses från den sista formeln, för att öka intervallupplösningen, är det nödvändigt att minska pulslängden τ . Men detta leder oundvikligen till en motsvarande förlängning av bandbredden. Faktum är att det å ena sidan finns ett grundläggande samband mellan varaktigheten τ signal (till exempel ett fragment av en sinusform) och en bredd Δ ν dess spektrum (på frekvensskalan), där pulsens huvudenergi är koncentrerad:
\(~\Delta \nu \approx \frac(1)(\tau)\) .
Å andra sidan är det ganska förståeligt att måldetekteringsområdet bestäms av energin hos sonderingen och följaktligen den återkommande pulsen. Detta innebär att när pulsen förkortas är det nödvändigt att öka sändareffekten i enlighet därmed, vilket inte är en lätt uppgift.
På jakt efter en väg ut ur denna situation i radar tog de vägen att öka pulsbandbredden utan att ändra dess varaktighet: genom att byta från en sinusformad till en mer komplicerad inre struktur av sonderingspulsen. Så här uppträdde radar med linjär frekvensmodulerade (LFM) sonderingspulser (fig. 6). I det här fallet visar det sig att förhållandet mellan signalens varaktighet och bredd inte längre kommer att hålla under pulslängden τ imp , och för koherenstiden τ kog:
\(~\tau_(kog) \approx \frac(1)(\Delta \nu)\) , där \(~\Delta \nu >> \frac(1)(\tau_(imp))\).
Det är sant att för detta införs ett extra speciellt filter i radarmottagaren, med hjälp av vilken den mottagna pulsen komprimeras till en varaktighet τ s= τ kog. Nu kommer pulserna på radarskärmen att separeras på ett mycket mindre avstånd mellan målen än när man använder en sinusformad puls:
\(~\delta r = \frac(c \tau_s)(2)<< \frac{c \tau_{imp}}{2}\) ,
Detta bekräftar det oskiljaktiga sambandet mellan upplösningen hos en fjärrmätare och graden av koherens hos vågorna: för att öka (förbättra) mätarens upplösning är det nödvändigt att försämra koherensen hos de använda vågorna.
Det är märkligt att notera att i levande natur har utvecklingen i denna riktning gått ännu längre. Till exempel, tillsammans med fladdermöss, vars ekolod också använder sig av chirp-probing-pulser, finns det så kallade "whispering"-fladdermöss som använder ännu fler bredbandiga bruspulser, d.v.s. högfrekventa pulser modulerade av "vitt" brus. De upptäcker mål med mycket lägre strålningseffekter, samtidigt som de ger bättre skydd för deras lokalisatorer från störningar, särskilt från ömsesidig störning, som uppstår från samtidig jakt på insekter av stora grupper av dessa fladdermöss.
Utrustning för jordsonderingsradar är speciellt utformad för tullinspektion av en speciell kategori av föremål: bulk- och flytande laster som finns i järnvägsvagnar, på plattformar, i bunkrar, tankar, containrar, fartygslastrum (till exempel spannmål, krossad sten, malm, sand , vegetabiliska råvaror, mineralgödsel, timmer).
WBC-föremål kan döljas i mängden deklarerad last i förväntan att den inte kommer att lossas och inspekteras av tullen. Cacher och dolda investeringar i föremål för tullkontroll som är stora i längd och volym kan inte upptäckas med röntgenskanning. Och användningen av optisk-mekaniska medel i dessa fall är ineffektiv.
Det är därför man beslutade att skapa speciella tekniska medel baserade på principer för radiolokalisering.
Plats - en metod för att bestämma platsen för ett objekt med hjälp av ljud eller elektromagnetiska vågor. Radar använder radiovågor(det vill säga elektromagnetisk strålning av mätaren eller decimetervåglängdsområden).
Inom tekniken finns det ett stort antal olika modifieringar av radarmetoden. För ändamålen med tullkontroll av föremål är den mest lämpliga den så kallade aktiv radar. Låt oss ta en titt på dess principer.
Platsen är baserad på följande egenskaper hos radiovågor:
Konstantiteten hos fortplantningshastigheten;
Utbredningsvägens rakhet;
Fokusering av radiovågor med antenner;
Reflektion av radiovågor från inhomogeniteter i mediet som påträffas på vägen.
En riktad stråle av radiovågor utstrålas in i det undersökta mediet. Om ett objekt med egenskaper som skiljer sig från mediet påträffas på dess väg, kan radiovågor reflekteras vid dess gräns. Då bildar en del av deras energi en reflekterad signal, som kommer att riktas mot strålningskällan. Närvaron av en reflekterad signal indikerar upptäckten av ett föremål i miljön. Den reflekterade signalen registreras och avståndet till det detekterade objektet beräknas utifrån dess fördröjningstid (med hänsyn till den emitterade signalen).. Under fördröjningstiden färdas radiovågorna
avstånd till det upptäckta föremålet och tillbaka. Om hastigheten för utbredning av radiovågor i det undersökta mediet är känd, då djupet för det detekterade objektet H kan beräknas med formeln:
där V är utbredningshastigheten för radiovågor i det lokaliserade mediet;
∆ t- försening.
Tekniska medel för underjordisk sondering
Ryska federationens tullmyndigheter förses med en liten radioteknisk underjordisk sondanordning (RPPS) "Zond".
Enligt denna order ZOND - en liten radioteknisk anordning för underjordisk sondning är ett operativt och tekniskt medel för tullkontroll och är utformad för att upptäcka smuggelgodsinvesteringar (metall- och icke-metallföremål) i lösa, bulk- och homogena laster placerade i karosserier av fordon, järnvägsvagnar (plattformar) och lastfartyg 8 .
Sådan last kan vara sand, krossad sten, malm, spannmål, vegetabiliska och mineraliska råvaror, timmer, etc., inklusive i förpackad form och i containrar (påsar, balar, lådor etc.).
Laster som består av metallprodukter, metallskrot samt laster packade i metallcontainrar (metalliserade) är inte föremål för sondering. Sammansättningen av enheten kan beskrivas av följande komponenter:
1. Antennmottagnings-sändningsanordning (UART) för I-bandet.
2. Antennmottagnings- och sändningsanordning av II-området.
3. Anordning för bearbetning, kontroll och indikering (sommar/vinterversion).
4. Fällstång - handtag.
5. Uppladdningsbart batteri (kapacitet 1,2 Ah och 3,5 Ah).
6. ZIP-0 kit (individuellt).
7. Driftsdokumentation.
9. Förpackning 9 .
De viktigaste tekniska egenskaperna är:
1. Sonddjup (detektion), m inte mindre än 3
2. Noggrannhet vid bestämning av det detekterade objektets djup, m inte sämre än 0,1
3. Upplösning vid detektering av metallföremål, m inte sämre än 0,1
4. Rörelsehastigheten för UART över ytan av den sonderade lasten, m/s, inte mer än 1
5. Driftsfrekvens, MHz 700,0 och 1200,0
b. Den interna lagringsenhetens kapacitet, MB inte mindre än 3,5
7. Strålningseffekt för sändningsanordningen, W
Jag sträcker sig inte mindre än 150
II intervall inte mindre än 8
8. Varaktigheten av sonderingspulsen, inte 1,5
9. Upprepningsfrekvens av sonderingspulser, kHz 25 - 50
10. Känslighet hos den mottagande enheten, μV inte sämre än 300
11. Tid för kontinuerlig drift (med två oberoende strömkällor), timme. minst 8
12. Drifttemperaturområde, gr. C från -20 till +45
13. Vikt av RPPZ (sommar / vinterversion), kg 3,5 / 4,5
14. Livslängd, år 5 10
5. Introskopisk teknik: - - inspektionsröntgenutrustning - inspektions- och screeningkomplex
Dessa är enheter som fungerar enligt principen om plats. d.v.s. användningen av vissa e / magnetiska vågor (e / magiska vågor i mätaren och decimeterområdet): när de tränger igenom material (sand, krossad sten, vätskor) tenderar de att reflekteras från ett främmande föremål som påträffas på vägen och därmed fixa sin närvaro i den studerade miljön
För närvarande representerad av tullverket har följande TS-plats (underjordisk klingande):
Underjordisk sondanordning "Oko"
Underjordisk sondanordning "Zond-M"
Bärbart radiofjärravkänningsinstrument
(RPDZ) "Zond-Mär ett mer modernt automatiserat tekniskt sätt för tullkontroll och är utformat för operativ inspektion (sökning och upptäckt av utländska tillbehör) bulk, bulk och homogen (homogen) last, inklusive förpackad (lådor, balar, väskor, etc.) placerade i karossfordon , järnvägsvagnar (plattformar) och fartygslastrum.
Fig. 3.22 Underjordssondering "Zond-M"
Enheten och driften av enheten.
För underjordisk radar används korta pulsade signaler. För bildandet av sådana pulser används exciteringen av en bredbandsantenn genom ett spänningsfall med en framkant av kort varaktighet. Styr-, bearbetnings- och indikeringsenheten genererar en tvådimensionell bild av de mottagna signalerna och visar dem på monitorn i realtid.
För kommunikation med en extern dator, inklusive för bildandet
tredimensionell bild, enheten har en speciell kontakt och kabel.
Den korrekta tolkningen av de resulterande platskartorna beror till stor del på operatörens erfarenhet och kunskap.
4. Tekniska sätt att söka efter specialartiklar tpn
Denna grupp av fordon inkluderar:
De inspektions- och sökfordon som diskuterats ovan (mekanisk, opto-mekanisk verkan; speciella märkningsmedel; röntgenutrustning; radarutrustning)
Utrustning och instrument med hjälp av olika gasanalytiska och kemiska kontrollmetoder förekomsten av WBC-artiklar
Användningen av uttryckliga tester för kemisk analys av föremål är kemiska kit som innehåller olika reagenser som gör att du kan fördetektera närvaron av vissa NI, PV eller explosiva ämnen i kontrollobjekt (till exempel ett dropptest " Virage VV", "Narkotsvet" och så vidare.)
Biologiska metoder (användning av specialtränade hundar)
4.1 Gasanalytiska metoder för övervakning av luftprover och fordon baserade på dem
baserat på analys av luftprover tagna från kontrollobjektet för närvaron av CV med olika metoder (masspektrometri, gaskromatografi, etc.)
Utrustning och instrument som använder olika gasanalytiska och kemiska metoder för att övervaka närvaron av WBC-föremål inkluderar:
Bärbara gasanalysatorer (till exempel en detektor " SABRE 2000" se fig.3.23;
Stationära gasanalysatorer (till exempel Complex "ITEMISER-C" se Fig.3.24; Driftspektrometer "Grif-1" (Express - CV-detektor) - Fig.3.25
Bärbara gasanalysatorer
Fig.3.23 SABRE 2000 detektor
Stationära gasanalysatorer
Fig.3.24 Komplex "ITEMISER - C"
Driftspektrometer "Grif-1" (Express - CV-detektor)
Ris. 3,25. Expressdetektor "GRIF-1"
Ändamål
för CV-detektion med hjälp av gasmasspektrometri
Funktionsprincip:
detta är en gasanalytisk anordning som arbetar enligt principen att använda masspektrometri: sönderdelning av luftprovet som studeras till spektra och studera dem för närvaron av CV-joner
Enhet:
Monoblock utrustad med en preliminär provkoncentrator (nedan kallad koncentratorn),
Inbyggd bildskärm, -Tangentbord - Batteripaket i ett plastfodral som mäter 30x29x12 cm
Driftlägen:
Enheten upptäcker och känner igen målämnen. Enheten är utformad för att fungera i tre lägen:
- läge "A" (atmosfär) - funktionssätt med flyktiga ångor av CV med hög flyktighet
- "H"-läge(H-värmare) - funktionssätt med spårmängder av lågflyktiga CV:er med hjälp av en värmare och en vävnad för att samla provet
-"AKN"-läge(atmosfär, koncentrator och värmare) -- flyktig ånga och lågflyktighetsläge med koncentrator och värmare
Valet av klasser av igenkännbara målämnen (BB, HB, OV) görs från tangentbordet.
Funktionsprincipen för expressdetektorn "Grif-1"
PumpdrivandeRiktning ringar jonström
Källajonisering(coronaurladdning)
Samlare
Staketluft (prover)
Låsningrutnät(joniskPort)
Systemetqikliniskrenaområdendrift
Gascirkulationens riktningi ett cykliskt blåssystem
Användning av enheten (i läge "A"): 1. Luftprov genom hålet "Air intake (samples)" med pom. virveleffekten (drift) som skapas av fläkten kommer in i jonisatorn 2. I jonisatorn, med hjälp av en joniseringskälla, joniseras luften delvis (atomer förvandlas till laddade partiklar - joner) verkan av e/ström flyttas till kollektor med olika hastigheter beroende på storlek, grad av polarisation. Detta gör att du kan bygga jonspektrat för ett visst CV, enligt vilket det bestäms. Samtidigt ges en "larm"-signal och en ljussignal tänds. Därför att Ångor har mycket flyktiga CV, de detekteras i "A"-läge utan uppvärmning. 4. För CV med låg flyktighet - "AKN"-läge: en luftvärmare (H) och en koncentrator för ackumulering av ångor (K) används - För lågflyktiga ämnen - isp. läge "H" - med ca. värmare för att öka volatiliteten.
