УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДМЕТОВ, СКРЫТЫХ ПОД ОДЕЖДОЙ ЛЮДЕЙ Российский патент 2002 года по МПК G01V3/12 G08B13/189 G01S13/88 

Изобретение относится к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения, конкретно - к системам дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, проходящих досмотр.

Достигаемый технический результат - создание устройства, способного обнаруживать не только металлические, но и неметаллические предметы типа взрывчатки, скрытые под одеждой людей.

Известен способ дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение 2133971 по заявке 97/09609/09 от 09.06.97). В этом способе и устройстве регистрируют изменение электромагнитного поля при наличии на теле человека предметов, подлежащих обнаружению. Для этого используется снабженная узлом сканирования радиоприемная антенна, луч которой сфокусирован на участке поверхности тела человека. Принимают электромагнитную волну от участка поверхности тела, измеряют ее интенсивность и по измеренной величине судят о наличии или отсутствии металлических или неметаллических предметов под одеждой человека.

В этом способе и устройстве между поверхностью тела человека и сканирующей антенной помещена ширма со щелью для прохождения луча антенны, покрытая радиопоглощающим материалом, обеспечивающая облучение человека радиотепловым излучением, отличающимся по температуре от температуры тела человека.

Описанное устройство обладает существенным ограничением: оно требует использования достаточно сложной и дорогой системы сканирования (см. описание устройства в упомянутом патенте), причем таких систем должно быть несколько для осмотра человека со всех сторон.

Задачей данного изобретения является упрощение и удешевление устройства путем исключения из его состава сложной системы электронного или механического сканирования луча антенны и замены ее ручным перемещением оператором устройства вокруг человека, уделяя особое внимание тем участкам тела человека, где наиболее вероятно нахождение посторонних предметов. Для этого устройство дополняется теплоизолированной кабиной с двойными стенками, одна из которых покрыта изнутри материалом, поглощающим электромагнитные волны, а стенка, обращенная к человеку, радиопрозрачна. Кабина выполнена с возможностью поддержания этого материала при температуре, отличной от температуры тела человека. Проверяемый человек и оператор с устройством помещаются внутрь кабины, а сканирование луча антенны по телу человека осуществляется вручную оператором.

Сущность изобретения поясняется описанием.

На чертеже изображен пример выполнения предлагаемого устройства, где:
1 - термостабилизированная кабина,
2 - радиопоглощающий материал,
3 - антенна,
4 - радиометр,
5 - блок измерителя интенсивности выходного сигнала,
6 - блок отображения интенсивности выходного сигнала,
7 - проверяемый человек,
8 - оператор,
9 - холодильная установка,
10 - радиопрозрачная теплоизоляционная стенка,
11 - теплоизолирующая стенка.

Устройство содержит последовательно включенные радиоприемную антенну 3, радиометрический приемник радиотеплового излучения 4, блок измерения интенсивности выходного сигнала 5, блок отображения интенсивности выходного сигнала 6.

Устройство вместе с обследуемым человеком 7 и оператором 8 помещается в термоизолированную кабину 1, между двойными стенками 10 и 11 которой помещен радиопоглощающий материал 2, охлаждаемый холодильной установкой 9; при этом внутренняя стенка 10 выполнена из радиопрозрачного материала.

Устройство работает следующим образом. Оператор 8 направляет луч антенны 3 на исследуемый участок поверхности тела человека 7, проходящего досмотр. Антенна 3 воспринимает электромагнитное излучение участка поверхности, на который сфокусирован луч антенны, и передает его на радиометрический приемник 4, где он усиливается и детектируется. Затем усиленный сигнал поступает в блок измерения интенсивности 5 и блок отображения интенсивности выходного сигнала 6. Отображение может быть выполнено, например, в цифровой форме или в виде звукового или светового сигнала, изменяющего частоту звука или цвет светового сигнала в зависимости от изменения интенсивности выходного сигнала. Оператор перемещает антенну прибора на расстояниt фокусировки от поверхности тела человека, фиксируя те места на теле человека, где произошло изменение интенсивности выходного сигнала, свидетельствующее о присутствии постороннего предмета на теле человека под его одеждой.

Физические основы работы устройства состоят в следующем.

Каждый участок поверхности тела человека испускает электромагнитные волны в радиодиапазоне, обусловленные тепловым излучением. Вместе с тем, этот же участок поверхности отражает электромагнитные волны, излучаемые окружающими телами (фоновое излучение). Интенсивность радиотеплового излучения, принятого радиоприемной антенной, характеризуется величиной абсолютной радиометрической температуры Т (см., например, книгу Н.А. Есепкиной, Д.В. Королькова, Ю. Н. Парийского "Радиотелескопы и радиометры"). Когда луч антенны сфокусирован на поверхности тела человека, то антенна принимает электромагнитное излучение с интенсивностью, соответствующей абсолютной радиометрической температуре Т'_T:
Т'_т = Т_т(1-R_т)+Т_фR_т, (1)
где Т_T - истинная абсолютная температура тела;
R_т - коэффициент отражения (по мощности) электромагнитной волны от поверхности тела;
Т_ф - абсолютная температура, характеризующая фоновое излучение, облучающее человека.

Соотношение, аналогичное (1), справедливо и для постороннего предмета, находящегося на теле человека
Т'_об = Т_об(1-R_об)+Т_фR_об, (2)
где Т_об - истинная (физическая) абсолютная температура объекта;
R_об - коэффициент отражения (по мощности) электромагнитной волны от поверхности объекта.

Разность характеризует температурный контраст между поверхностью тела человека и инородным предметом, находящимся на нем.

Полагая для простоты Т_T≈T_об и пренебрегая затуханием электромагнитных волн в одежде (незначительность этого затухания проверена экспериментально авторами в миллиметровом диапазоне волн, представляющем наибольший интерес для рассматриваемой задачи, публикуется в "Доклады Академии наук", том 374 4), получим следующую приближенную формулу для величины измеренного устройством температурного контраста между объектом и телом человека

Из формулы (3) следует, что разность Т_T-T_Ф желательно иметь возможно большей.

Этого можно добиться, снижая (при помощи холодильной установки) температуру радиопоглощающего покрытия, окружающего обследуемого человека, радиометрическое устройство и оператора.

Так, например, при R_T≈0,5 и R_об≈0, (что соответствует измеренным нами значениям коэффициента отражения для тела человека и взрывчатки в миллиметровом диапазоне волн), при Т_Т=34^oС и охлаждении фонового покрытия до температуры Т_ф= 10^oС из формулы (3) получим ΔT ≈ 7^°C. Для надежного обнаружения такой величины теплового контраста чувствительность радиометрического устройства должна быть не хуже δT ≈ 0,3^°C.
Антенна прибора фокусируется на поверхности тела человека. При этом размер фокального пятна равен ΔX ≈ λrL/D, где λ- длина волны, L - расстояние от антенны до тела человека, D - размер апертуры антенны. Поэтому в предлагаемом устройстве предпочтительно использование миллиметрового диапазона длин волн, что позволит уменьшить размеры фокального пятна, т.е. достичь требуемой разрешающей способности при минимальных размерах антенны.

В описываемом примере устройства применена линзовая антенна, находящаяся в раскрыве рупора, заканчивающегося волноводом. Возможно использование и других типов фокусированных антенн, например зеркальной параболической (сфокусированной путем соответствующей установки облучателя). Сканирование луча антенны по поверхности тела человека производится оператором вручную. При этом особое внимание может уделяться тем участкам тела, где наиболее вероятно нахождение посторонних предметов.

Скорость сканирования определяется чувствительностью радиометрического приемника, равной

(см. цитированную выше книгу "Радиотелескопы и радиометры"). Здесь Т_ш - входная шумовая температура радиометрического приемника, Δf - полоса пропускания приемника, τ - постоянная времени выходного интегратора, соответствующая времени пребывания луча антенны на данном участке тела человека.

Используя установленную выше необходимость иметь чувствительность установки δT ≈ 0,3K, из формулы (4) найдем, что при типичных достигнутых в настоящее время значениях Т_ш=1000К, ΔF = 4000 МГц и δT = 0,3K величина постоянной времени τ равна τ=0,01 с. При этом обследование всего тела человека может быть выполнено за время порядка 10 с.

Изобретение относится к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа в охраняемые помещения, конкретно - к системам дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, проходящих досмотр. Технический результат: упрощение устройства, способного обнаруживать не только металлические, но и неметаллические предметы типа взрывчатки, скрытые под одеждой людей. Сущность изобретения: человек, проходящий досмотр, оператор и устройство, содержащее антенну, радиометр и блок регистрации и отображения, помещаются в теплоизолированную кабину с двойными стенками, между которыми помещен охлажденный радиопоглощающий материал. Оператор с помощью устройства измеряет интенсивность радиотеплового излучения различных участков тела человека и при наличии на поверхности посторонних предметов по изменению интенсивности радиотеплового излучения определяет наличие или отсутствие таких металлических или неметаллических предметов. 1 ил.

Устройство для обнаружения предметов, скрытых под одеждой человека, содержащее последовательно соединенные радиоприемную антенну, сфокусированную на участке поверхности тела человека, радиометрический приемник, блок обработки и блок отображения информации, отличающееся тем, что человек, проходящий досмотр, оператор и устройство для обнаружения предметов помещены в теплоизолированную кабину с двойными стенками, между которыми расположен материал, поглощающий радиоволны и находящийся при температуре, отличной от температуры тела человека, при этом внутренняя стенка кабины выполнена из радиопрозрачного материала, а сканирование луча антенны по телу человека осуществляется вручную оператором.