УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ МИН Российский патент 2003 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к электромагнитной технике пассивного обнаружения скрытых инородных образований в почве, а именно мин, и может быть использовано для поиска пластиковых мин с одновременным определением типа взрывчатого вещества, которым снаряжены мины.

Обнаружение мин, не содержащих металлических деталей, является чрезвычайно актуальным. На сегодняшний день, практически, отсутствуют какие-либо достаточно надежные и простые устройства пассивного обнаружения пластиковых мин, не говоря уж о распознавании их типов и видов взрывчатых веществ, которыми они снаряжаются.

Известны устройства активного обнаружения, основанные на радиолокационных методах зондирования [1].

Недостатком таких устройств является низкая помехозащищенность, ввиду низкой степени распознавания мин и взрывчатых веществ от других предметов и неоднородностей почвы, а также ввиду большой зависимости характера распространения радиоволн внутри грунта от его состояния (влажности, кислотности, плотности, степени анизотропности, температуры и т.д.). В связи с этим известные устройства обладают низкой точностью определения мин в грунте, а также низкой стабильностью работы в зависимости от внешних условий. Кроме того, устройства, основанные на активном принципе радиолокации обладают невысокими эксплуатационными характеристиками по причине большой потребляемой мощности от источников питания и значительными весогабаритными показателями по причине необходимости применения излучающих согласованных антенных устройств.

Разновидности активных устройств реализуют, например, способ обнаружения мин в почве, включающий облучение почвы источником СВЧ-энергии и измерения контуров температурного поля поверхности, получающегося в результате нагрева слоя почвы на облучаемом участке, и суждение о наличии и типе мины, причем облучение почвы производят по поверхности, заведомо превышающей предполагаемые размеры мины, измеряют изменение распределения температуры по облучаемой поверхности в течение времени облучения, фиксируют контуры прироста температуры и сопоставляют эти контуры с контурами мины или ее характерных деталей [2].

Устройства, реализованные на основе известного способа, например [3] обладают более высокой разрешающей способностью за счет применения СВЧ волн для нагрева почвы и регистрации яркостного излучения, что дает возможность определять контуры расположенной в почве мины и таким образом идентифицировать тип скрытого взрывного устройства. Кроме того, известные устройства по способу [2] обладают значительно более высокой помехозащищенностью по сравнению с устройством [1].

Однако к недостаткам известных устройств, основанных на известном способе, относится низкая чувствительность по причине низкой проницаемости СВЧ, и тем более, инфракрасного излучения по причине очень коротких длин применяемых волн. В результате этого известные устройства позволяют определять мины лишь в непосредственной близости к поверхности почвы на глубинах, исчисляемых сантиметрами. Кроме того, к недостаткам относится низкая степень идентифицируемости и сложность идентификации ввиду низкой степени возможной автоматизации способа и устройств, т.к. процедура распознавания перекладывается на человека, что вносит зависимость от его искусства, опыта, субъективных данных и факторов и т.д., поскольку автоматизировать достаточно надежное распознавание по внешнему виду контура мины - чрезвычайно сложная техническая задача. К недостаткам известных устройств относятся также низкие эксплуатационные характеристики по причине их чрезвычайной сложности, дороговизны, а также необходимости применения тепловизионных средств и мощных излучающих устройств, что также обусловливает значительные весогабаритные показатели.

Известно устройство для пассивного обнаружения глубины и локализации пространственной или временной аномалии путем мониторинга временных изменений сигнала, излучаемого поверхностью земли, содержащее приемную антенну, соединенную со входом предварительного усилителя, спектроанализатор, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, компараторы, число которых равно числу каналов спектроанализатора, индикаторный элемент и многовходовый сумматор.

Кроме того, известное устройство содержит широкополосный усилитель, блок записи, дополнительный компаратор и второй спектроанализатор, а первый спектроанализатор содержит n каналов, каждый из которых содержит последовательное соединение, состоящее из полосового фильтра, усредняющего выпрямителя с малой постоянной времени и усредняющей цепи с большой постоянной времени, входы всех полосовых фильтров объединены и образуют вход первого спектроанализатора, выходы всех фильтров образуют первые выходы первого спектроанализатора, выходы усредняющих выпрямителей образуют вторые его выходы, а выходы усредняющих цепей образуют третьи его выходы, каждый из которых соединен с первым входом соответствующего ему одного из n компараторов, второй вход которого соединен с соответствующим ему вторым выходом первого спектроанализатора.

Выходы всех n компараторов и первые выходы первого спектроанализатора соединены со входами многовходового сумматора, выход которого соединен с первым входом дополнительного компаратора, на второй вход которого подается опорное напряжение V_ref, а выход его соединен с первым входом второго спектроанализатора, выход которого соединен со входом индикаторного элемента, а второй вход соединен с выходом блока записи, вход которого подключен к выходу широкополосного усилителя, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя [4].

Недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности по причине невозможности обнаружения и, тем более, какой-либо идентификации малоразмерных предметов, а только лишь значительных геофизических аномалий, либо объектов искусственного происхождения, обладающих большими размерами (нефтяная скважина, субмарина и т.д.), что связано с низкой разрешающей способностью устройства по причине применения амплитудных спектральных изменений. По этой же причине известное устройство обладает низкой помехозащищенностью, т. к. подавляющее большинство помех носит амплитудный характер.

Кроме того, известное устройство требует очень больших ресурсов памяти, поскольку необходимо сохранять результаты измерений по всем каналам (20 и более) в реальном времени при обходе исследуемой поверхности на протяжении нескольких километров, что также связано с низкой разрешающей способностью известного устройства по причине использования амплитудных измерений на сверхдлинных радиоволнах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет осуществления возможности поиска и обнаружения пластиковых мин, не содержащих металлических деталей, а также надежного распознавания типа взрывчатого вещества, которым снаряжены мины; повышение помехозащищенности устройства и снижение зависимости стабильности работы от внешних и погодных условий (плотность и вид грунта, степень его анизотропности, влажность грунта и воздуха, температура и т.д.); повышение эксплуатационных характеристик, максимальное снижение весогабаритных и энергетических показателей и упрощение работы с устройством за счет выполнения его пассивным без применения каких-либо излучающих блоков; повышение разрешающей способности с возможностью обнаружения малоразмерных предметов (любых типов мин) с одновременным увеличением максимально возможной глубины поиска.

Для достижения поставленной цели в известное устройство для пассивного обнаружения глубины и локализации пространственной или временной аномалии путем мониторинга временных изменений сигнала, излучаемого поверхностью земли, содержащее приемную антенну, соединенную со входом предварительного усилителя, спектроанализатор, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, компараторы, число которых равно числу каналов спектроанализатора, индикаторный элемент и многовходовый сумматор; дополнительно введены вычитающие элементы, число которых равно числу каналов спектроанализатора, неинвертирующий вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего канала спектроанализатора, а выход каждого вычитающего элемента соединен со входом соответствующего ему компаратора.

Кроме того, устройство содержит блок установки пороговых значений, выход которого соединен с управляющими входами компараторов; блок аналоговой памяти, кнопки запоминания, интегратор с кнопкой сброса, выход которого соединен с входом сброса интегратора, выход которого соединен со входом индикаторного элемента, а вход соединен с выходом многовходового сумматора, каждый вход которого соединен с выходом соответствующего ему вычитающего элемента, инвертирующий вход каждого из которых соединен с соответствующим ему выходом блока аналоговой памяти, каждый вход которого соединен с соответствующим ему выходом каналов спектроанализатора, а управляющий вход блока аналоговой памяти соединен с кнопкой запоминания; дешифратор, каждый вход которого соединен с выходом соответствующего ему компаратора, выходы дешифратора соединены со входами светодиодов; спектроанализатор выполнен фазовым, а антенна является широкополосной и ненаправленной.

Кроме того, антенна выполнена электрической, причем размеры ее пренебрежимо малы по сравнению с длинами принимаемых волн, а предварительный усилитель выполнен в виде усилителя заряда.

Кроме того, фазовый спектроанализатор содержит многочастотный генератор опорной фазы и n каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных импульсного фильтра, усилителя переменного тока, фазового детектора по его первому входу и сглаживающего фильтра, причем, входы импульсных фильтров соединены и являются входом фазового спектроанализатора, второй вход опорного сигнала каждого импульсного фильтра соединен со вторым входом соответствующего ему фазового детектора и соответствующим выходом многочастотного генератора опорной фазы, а выходы сглаживающих фильтров являются выходами каналов фазового спектроанализатора.

Кроме того, дешифратор содержит многовходовые элементы ИЛИ, число которых равно числу светодиодов, соответствующему числу идентифицируемых типов зарядов, выход каждого элемента ИЛИ соединен с соответствующим светодиодом, а входы подключены к входам дешифратора, соответствующим конкретному типу заряда. Кроме того, дешифратор выполнен программируемым за счет того, что содержит коммутационную панель, через которую входы элементов ИЛИ подключаются ко входам дешифратора в любом порядке.

Кроме того, дополнительно введены панели для подключения дополнительных светодиодов, а в дешифратор введены панели для подключения дополнительных элементов ИЛИ для расширения дешифратора.

Кроме того, блок аналоговой памяти содержит элементы выборки-хранения, число которых равно числу каналов спектроанализатора, входы элементов выборки-хранения образуют входы блока аналоговой памяти, а выходы его образованы входами элементов выборки-хранения, управляющие входы которых объединены и образуют управляющий вход блока аналоговой памяти.

Кроме того, многочастотный генератор опорной фазы представляет собой набор независимых генераторов, настроенных на различные частоты, выход каждого из которых является выходом многочастотного генератора, каждый генератор содержит вывод синхронизации фазы, которые объединены у всех генераторов. Кроме того, каждый из генераторов имеет возможность перестройки частоты. Кроме того, многочастотный генератор опорной фазы выполнен в виде синтезатора частот.

Кроме того, импульсные фильтры фазового спектроанализатора настроены на различные частоты сверхдлинноволнового радиодиапазона от 1 до 10 кГц и каждый их них имеет максимально возможную узкую полосу пропускания.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для поиска и идентификации пластиковых мин.

На фиг. 2 изображена функциональная схема фазового спектроанализатора устройства.

На фиг.3 изображена функциональная схема дешифратора.

На фиг. 4 изображена функциональная схема дешифратора в программируемом варианте.

На фиг.5 изображена функциональная схема генератора с набором независимых генераторов.

На фиг.6 изображен пример реализации блока аналоговой памяти.

Устройство (фиг.1, 2) для поиска и идентификации мин содержит антенну 1, выполненную в виде плоского диска из материала с низким удельным сопротивлением, предварительный усилитель 2 заряда антенной емкости, фазовый спектроанализатор 3, причем антенна 1 включена на вход предварительного усилителя 2, выход которого соединен со входом фазового спектроанализатора 3, который содержит n каналов, каждый из которых состоит из последовательного соединения узкополосного импульсного фильтра 4, усилителя 7 переменного тока, фазового детектора 6 и фильтра нижних частот 8, выход каждого из которых является выходом фазового спектроанализатора 3, первые входы всех импульсных фильтров 4 объединены и являются входом спектроанализатора 3, который также содержит многочастотный генератор 5 с n выходами, каждый из которых соединен со вторым входом соответствующего импульсного фильтра 4 и вторым входом фазового детектора 6.

Устройство также содержит блок 9 аналоговой памяти, n двухвходовых вычитателей 10, кнопку 11 запоминания, стрелочный индикаторный элемент 12, сумматор 13 с n входами, интегратор 14, кнопку 15 сброса интегратора 14, n компараторов 16, блок 17 задания порогов компараторов 16, дешифратор 18 и k светодиодов 19, причем каждый из n входов блока 9 аналоговой памяти соединен с соответствующим ему выходом фазового спектроанализатора 3, а каждый выход блока 9 соединен с инвертирующим входом соответствующего вычитателя 10, неинвертирующие входы которых соединены с выходами спектроанализатора 3, а выходы вычитателей 10 соединены со входами сумматора 13 и каждый из них соединен со входом соответствующего ему компаратора 16, выходы которых соединены со входами дешифратора 18, выходы которого соединены со светодиодами 19, выход сумматора 13 соединен со входом интегратора 14, на второй вход которого включена кнопка сброса 15, а выход интегратора 14 соединен с индикаторным элементом 12, кнопка 11 запоминания соединена с управляющим входом запоминания блока 9.

Дешифратор 18 может быть выполнен с фиксированной структурой (фиг.3) и содержит k элементов ИЛИ 20, число которых равно числу выходов дешифратора 18, выходами которого являются выходы элементов 20, а входы их соединены с соответствующими входами дешифратора 18. Число входов каждого элемента 20 и порядок соединения его со входами дешифратора 18 определяет "фазовый портрет" конкретного типа заряда мины и определен опытным путем.

Дешифратор 18 может быть также программируемым (фиг.4) и содержать дополнительно коммутационную панель 21, которая может быть выполнена, например, в виде матрицы переключателей 22, причем, в этом случае код конкретного заряда мины определяет замыкание определенной группы переключателей 22, соответствующих каждому элементу 20.

Генератор 5 опорной фазы является многочастотным и может быть выполнен в виде синтезатора частот, либо в виде набора независимых генераторов 23 (фиг. 5), соединенных между собой по входам 24 синхронизации фазы, выходы генераторов 23 являются выходами многочастотного генератора 5.

Блок 8 аналоговой памяти (фиг.6) содержит n параллельных каналов, каждый из которых состоит из элемента 25 выборки-хранения, состоящего из электронного ключа 26, работающего на размыкание, конденсатора памяти 27 и операционного усилителя (ОУ) 28.

Кроме того, блок 8 может содержать триггер 29, например RS типа, динамический S вход установки единицы по заднему фронту входного импульса которого соединен с его R-входом установки нуля передним фронтом и является управляющим входом 30 запоминания блока 8, а выход соединен с входами управления всех электронных ключей 26, входы которых являются входами блока 8, а выходы соединены с неинвертирующими входами ОУ 28 и одной обкладкой конденсаторов 27 памяти, другие обкладки которых соединены с общим проводом, а выходы ОУ 28 соединены каждый со своим инвертирующим входом и являются выходами блока 8 аналоговой памяти.

Устройство для поиска и идентификации пластиковых мин (фиг.1) работает следующим образом.

Антенну 1 устройства располагают параллельно поверхности земли на некоторой высоте - от 1 до 20 м, исходя из удобства и вида способа перемещения устройства - вручную человеком, при ходьбе, либо при установке на движущимся средстве - наземном (трактор, танк), либо воздушном (вертолет). Ввиду пренебрежимо малых электрических размеров антенны 1 по сравнению с длинами принимаемых волн, лежащих в сверхдлинноволновом радиодиапазоне (от 1 до 10 кГц), антенна 1 является ненаправленной и неизбирательной, в результате чего принимает сигналы равномерно в широком диапазоне т.е. является приемником шума электрической составляющей радиоволн от естественных (земля, грозовые и атмосферные электрические процессы) и искусственных (радиостанции, электротранспорт, линии электропередач и т. д.) источников, составляющих фоновое электромагнитное поле в заданном месте.

Поскольку антенна 1 представляет собой одну из обкладок конденсатора, второй обкладкой которого является земля, заряд на антенне 1 не зависит от расстояния между обкладками и является промодулированным шумами электрической составляющей фонового электромагнитного поля (ЭМП). Для измерения и усиления именно заряда антенной емкости используется усилитель 2 заряда с емкостной обратной связью специально согласованный с антенной емкостью [5] в результате чего, его выходное напряжение пропорционально шумовой составляющей заряда.

Это напряжение подается на вход фазового спектроанализатора 3, где происходит разделение его на n частотных каналов полосовыми импульсными фильтрами 4 с максимально возможными узкими полосами пропускания, настроенными на n различных частот в диапазоне от 1 до 10 кГц, причем настройка их определяется частотой опорного сигнала поступающего с соответствующего выхода многочастотного генератора 5 опорной фазы, который также поступает на второй вход соответствующего фазового детектора 6.

Выделенные частотные составляющие входного сигнала фазового спектроанализатора 3 с выходов его импульсных фильтров 4 поступают на усилители 7 переменного тока с большими коэффициентами усиления с прецизионно установленными одинаковыми значениями, усиливаются в них и поступают на первые входы соответствующих фазовых детекторов 6, напряжение на выходе каждого из которых пропорционально разности фазы частотной составляющей, выделенной соответствующим полосовым импульсным фильтром и фазы опорного сигнала, поступающего на его второй вход с выхода многочастотного генератора 5.

Сигналы с выходов фазовых детекторов 6 поступают через фильтры 8 нижних частот, сглаживающие их пульсации и в виде уровней напряжения, величина которых пропорциональна разности фаз частотных составляющих и опорного сигнала, поступают на соответствующие выходы фазового спектроанализатора 3. Частоты настройки полосовых фильтров 4 могут выбираться в диапазоне 1-10 кГц с равномерной дискретностью разбиения диапазона, логарифмической дискретностью, либо по определенным характерным частотам для наиболее часто встречающихся зарядов. Напряжения разности фаз с выходов фазового спектроанализатора 2 поступают на входы параллельных каналов блока 9 аналоговой памяти и первые входы вычитателей 10.

Обнуление запоминающих конденсаторов блока 9 аналоговой памяти осуществляется автоматически при включении питания устройства. Если кнопка 11 запоминания не нажималась, то каналы блока 8 аналоговой памяти работают как повторители, в результате чего, сигналы, поступающие на инвертирующие и неинвертирующие входы вычитателей 10 равны между собой и напряжения на выходах вычитателей равны нулю, что отражается индикаторным элементом 12. Если нажать кнопку 11, то с ее выхода на управляющий вход блока 8 поступает импульс напряжения и происходит запоминание каждого сигнала с выхода фазового спектроанализатора в блоке 9 за счет отключения его от входных цепей и длительное хранение этого значения, который принимается, таким образом, за фоновый уровень, с которым происходит сравнение определяемых в дальнейшем значений разности фаз при движении устройства.

Далее, перемещают устройство приблизительно параллельно исследуемой поверхности в направлении поиска. При этом, так как в результате естественной пространственной неоднородности ЭМП над исследуемой поверхностью, сигналы на выходах фазового спектроанализатора 3 изменяют свои значения, то на выходах вычитателей 10 появляются ненулевые разностные напряжения, которые, суммируясь в многовходовом сумматоре 13, поступают в виде суммы на вход интегратора 14.

Однако поскольку свойства грунта, при отсутствии в нем мин, незначительно отличаются от свойств в точке начала движения (по сравнению с различиями между грунтом и миной), то сигналы на выходах вычислителей 10 малы и суммарный сигнал на выходе сумматора 13 незначительно отличается от нуля, в связи с чем интегратор 14 интегрирует его медленно с очень большой постоянной времени, что не дает резких перемещений стрелки индикатора 12, а напротив, очень медленное и постепенное ее отклонение. Накапливающиеся, таким образом, напряжение на емкости интегратора 14 можно периодически обнулять нажатием кнопки 15 сброса, что приводит к установке на нуль стрелки индикатора 12. Ввиду малости разностных напряжений на выводах вычислителей 10 они также не превышают величину порога срабатывания компараторов 16, устанавливаемую заранее с блока 17 установки.

Если же при движении устройства антенна 1 его пересекает границу скрытой в почве мины, фазы выделяемых в фазовом спектроанализаторе 3 частотных составляющих принимаемого сигнала испытывают резкое изменение, при этом на каких именно частотах (частотных каналах спектроанализатора 3) возникнут эти резкие изменения, зависит от конкретного типа мины и материала взрывчатого вещества заряда.

Таким образом, каждый вид заряда, определяемый его химическим составом, имеет свой "фазовый портрет" в виде набора частот, на которых происходит резкое изменение фазы выделенных частотных составляющих. Вычитаясь из запомненного уровня фазового фона в исходной точке начала движения в блоке 9, эти сигналы обусловливают появление разностных напряжений значительных амплитуд на выходах тех вычитателей 10, которые соединены с теми выходами спектроанализатора 3, на которых наблюдаются резкие изменения фаз.

Поступая на входы компараторов 16, они, в случае превышения ими порога, заданного с блока 17, переключают их в состояние единицы (другие - компараторов 16 остаются в нулевом состоянии). Эти сигналы логических единиц с выходов включенных компараторов 16 поступают на соответствующие входы дешифратора 18. В зависимости от того, на какие именно его входы поступили сигналы логических единиц с выходов компараторов 16, загорается тот или иной светодиод 19, каждый из которых соответствует типу заряда мины. Сигналы с выходов вычитателей 10, не равные нулю, поступают также на входы сумматора 13 и, суммируясь в нем, поступают на интегратор 15, который производит быстрое их интегрирование ввиду большой амплитуды суммарного сигнала, что вызывает резкое отклонение стрелки индикатора 12.

Это служит дополнительным сигналом распознавания наличия мины и служит также гарантией отличия ее от других видов неоднородностей. В этом случае, если кодовая комбинация единиц на выходах компараторов 16 не распознается дешифратором 18, то светодиоды 19 не горят, однако стрелка индикатора 12 резко отклоняется, что свидетельствует о наличии в почве какого- либо предмета (не мины). При этом, поскольку дешифратор 18 состоит из набора многовходовых элементов ИЛИ 20 (фиг.3), то, дополняя его другими аналогичными элементами ИЛИ 20 и соответствующим образом коммутируя их входы со входами дешифратора 18, можно "обучать" устройство распознаванию других новых типов мин и видов зарядов. Одновременно с новым элементом ИЛИ 20 добавляется новый светодиод 19, соединенный с выходом элемента 20 и сигнализирующий о новом типе мины или заряде.

Дешифратор 18 может быть также программируемым (фиг.4). В этом случае он содержит дополнительно коммутируемую панель 21, в виде, например, матрицы переключателей 22. В этом случае код определения того или иного заряда задается для каждого элемента ИЛИ 20 подключением с помощью соответствующих ему переключателей определенного числа его входов к входам дешифратора 18 и выражается набором и числом номеров этих входов. Число распознаваемых мин ограничивается, с одной стороны, разрешающей способностью устройства отличать отклонения фаз частотных составляющих принимаемого сигнала, соответствующим различным типам зарядов, а с другой стороны, - количеством дискретных каналов фазового спектроанализатора 3 (чем больше каналов, тем больше возможности распознавания).

После обнаружения мины для возобновления поиска необходимо нажать кнопку 15 сброса интегратора 14. Если поиск производится длительно, рекомендуется периодически, чтобы не допускать разряда конденсаторов блока аналоговой памяти, производить запоминания новых значений фона над точками грунта, не содержащих мин, путем нажатия кнопки 11 запоминания.

Поскольку предлагаемое устройство очень тонко реагирует на любой инородный предмет в почве, оно может быть настроено также на поиск и идентификацию и металлических мин. Для этого осуществляется перекоммутация коммутационной панели 21 переключателями 22 в соответствии с "фазовыми портретами" мин, подлежащих распознаванию, определяемых экспериментальным путем в пробных экспериментах ("обучение" устройства). "Обучение" устройства может также производиться путем расширения дешифратора 18, любого из его вариантов, за счет подключения дополнительных элементов 20 с соответствующим необходимым числом входов и соответствующего "фазовому портрету" мины соединения их со входом дешифратора 18.

Многочастотный генератор 5 генерирует сетку колебаний фиксированных частот в диапазоне то 1 до 10 кГц. Дискретность диапазона (т.е. значения частот генератора 23 фиг.5 или синтезатора частот) может быть равномерной, логарифмической или не равномерной, так, чтобы частоты были равны наиболее характерным частотам для реальных мин, что определяется в натурных экспериментах на конкретном наборе реальных типов зарядов, подлежащих идентификации. В случае реализации генератора 5 в виде набора независимых генераторов 24, они должны быть синхронизированы по фазе колебаний, что достигается соединением их выводов 24 синхронизации фазы.

Блок 8 аналоговой памяти может быть реализован с использованием элементов 25 выборки-хранения, входы которых являются входами блока 8, а выходы - его выходами. Таким образом, число элементов 25 равно числу n каналов спектроанализатора 3. Напряжения с его n выходов поступают через нормально замкнутые ключи 26 на конденсаторы 27 элементов 25, поскольку постоянная времени их заряда мала (конденсаторы 27 нагружены малыми сопротивлениями выходов спектроанализатора 3, то напряжения на конденсаторах 27 и, следовательно, на выходах операционных усилителей (ОУ) 28 и соответственно выходах блока 8 отслеживает (повторяет) изменение напряжений с выходов спектроанализатора 3.

При поступлении на динамические входы R и S триггера 29 импульса напряжения с выхода кнопки 11 запоминания при нажатии этой кнопки, передний фронт его по входу R поддерживает (или переключает) триггер 29 в состояние логического нуля, что поддерживает (или переводит) ключи 26 в замкнутое состояние, и конденсаторы 27 заряжаются до входного напряжения блока 8 и отслеживают его изменения до окончания импульса с выхода кнопки 11(пока она нажата). По окончании этого импульса задний его фронт (отжатие кнопки 11) переключает триггер 29 в состояние единицы до следующего нажатия кнопки 11 и поддерживает, таким образом, ключи 26 в разомкнутом состоянии. При этом конденсаторы 27 оказываются подключенными только ко входам ОУ 28, имеющим очень большое входное сопротивление, а поэтому напряжения, до которых зарядились конденсаторы 27, длительно хранятся и на выходах ОУ 28 напряжения равны им или пропорциональны (повторители на ОУ 28 показаны условно, они могут быть и усилителями).

Предлагаемое устройство для поиска и идентификации пластиковых мин по сравнению с известными аналогами, в том числе, прототипом, обладает следующими преимуществами:
- значительно более широкими функциональными возможностями за счет введения дополнительных элементов, соединенных предложенным образом, позволяющих обнаруживать мины любых типов и размеров, в том числе, пластиковые, не содержащие магнитных и электропроводных материалов, а также проводить распознавание типа мины и применяемого в ней взрывчатого вещества;
- значительно более высокой помехозащищенностью за счет использования шумового электромагнитного фона в качестве источника полезного сигнала и проведения фазовых измерений, что позволяет, в свою очередь, значительно повысить чувствительность устройства, что дает возможность осуществления значительно более тонкого распознавания, позволяющего реализовать распознавание на уровне различия химического состава зарядов мин, а также значительно увеличить глубину поиска мин, в отличие от известных устройств, позволяющих проводить обнаружение мины в приповерхностном слое почвы;
- значительно меньшей зависимостью работы устройства от погодных условий и, особенно, от состояния почвы, ее влажности, плотности, температуры, различных фазовых состояний (лед, снег) и т. д. за счет использования фазовых измерений и применения шума в качестве источника полезного сигнала;
- практической независимостью характера работы устройства от высоты расположения антенны в широком диапазоне высот за счет применения электрической антенны и хорошего согласования ее с входными цепями, выполненными как усилитель заряда антенной емкости, что значительно расширяет эксплуатационные характеристики устройства и позволяет эксплуатировать его как в пешем состоянии, так и с использованием транспортных средств, в том числе, низколетящего вертолета;
- за счет выше перечисленных преимуществ устройство обладает возможностью применения высокоэффективной и, в то же время, простейшей интеллектуализации для целей распознавания, что позволяет осуществить его работу в реальном времени и в значительной мере снизить себестоимость и повысить надежность работы, т. к. позволяет исключить применение сложных компьютерных систем и комплексов программ;
- значительно более высокими эксплуатационными характеристиками, низкими весогабаритными показателями, значительно более низким энергопотреблением, а также полной экологической безопасностью за счет выполнения устройства полностью пассивным без применения каких-либо радиолокационных или других излучающих средств.

Источники информации
1. Заявка DE 19756218, МПК 7 G 01 V 3/11, 1999. Способ неразрушающей и синхронизирующей локализации проложенных на грунте и под землей на глубине 100 см металлосодержащих и не содержащих металлов сухопутных мин и противопехотных мин.

2. Патент RU 2122224, МПК 7 G 01 V 3/12, 1997. Способ обнаружения мин в почве.

3. Патент US 5942899, МПК 7 G 01 V 3/08, 1999. Радиометрический обнаружитель мин, реагирующий на яркостную температуру СВЧ-излучения и интерференционные сигнатуры.

4. Патент US 5148110, МПК 7 G 01 V 3/08, 1992. Устройство для пассивного обнаружения глубины и локализации пространственной или временной аномалии путем мониторинга временных изменении сигнала.

5. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. М.: Энергия, 1980, с. 61.

Изобретение относится к электромагнитной технике пассивного обнаружения скрытых инородных образований в почве, а именно мин, и может быть использовано для поиска пластиковых мин с одновременным определением типа взрывчатого вещества, которым снаряжены мины. Технический результат: расширение функциональных возможностей за счет осуществления возможности поиска и обнаружения пластиковых мин, не содержащих металлических деталей, а также надежного распознавания типа взрывчатого вещества, которым снаряжены мины; повышение помехозащищенности устройства и снижение зависимости стабильности работы от внешних и погодных условий (плотность и вид грунта, степень его анизотропности, влажность грунта и воздуха, температура и т.д.); повышение эксплуатационных характеристик, максимальное снижение весогабаритных и энергетических показателей, повышение разрешающей способности с возможностью обнаружения малоразмерных предметов (любых типов мин) с одновременным увеличением максимально возможной глубины поиска. Сущность изобретения: принимаемый шумовой сигнал заряда антенной емкости преобразуется в напряжение усилителя заряда и поступает на вход фазового спектроанализатора, на выходах которого наблюдаются сигналы, пропорциональные величинам фазового сдвига частотных составляющих сетки частот в диапазоне 1-10 кГц входного сигнала. Эти сигналы вычитаются в вычитателях из запомненных блоком аналоговой памяти калибровочных сигналов, полученных перед началом перемещения устройства над исходной точкой почвы, не содержащей мины. Разностный сигнал поступает на компараторы, причем срабатывают только те из них, где входной сигнал превысил их порог срабатывания. Сигналы единиц с выходов сработавших компараторов поступают на входы дешифратора, преобразующего код номеров входов, на которые поступили сигналы единиц, в сигнал на том или ином входе дешифратора. Это приводит к зажиганию соответствующего светодиода, что соответствует определению того или иного типа заряда. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для поиска и идентификации пластиковых мин, содержащее приемную антенну, соединенную со входом предварительного усилителя, спектроанализатор, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, компараторы, число которых равно числу каналов спектроанализатора, индикаторный элемент, многовходовый сумматор, отличающееся тем, что в него введены вычитающие элементы, число которых равно числу каналов спектроанализатора, неинвертирующий вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего канала спектроанализатора, а выход каждого вычитающего элемента соединен со входом соответствующего ему компаратора, блок установки пороговых значений, выход которого соединен с управляющими входами компараторов, блок аналоговой памяти, кнопка запоминания, интегратор с кнопкой сброса, выход которой соединен с входом сброса интегратора, выход которого соединен со входом индикаторного элемента, а вход соединен с выходом многовходового сумматора, каждый вход которого соединен с выходом соответствующего ему вычитающего элемента, инвертирующий вход каждого из которых соединен с соответствующим ему выходом блока аналоговой памяти, каждый вход которого соединен с соответствующим ему выходом каналов спектроанализатора, а управляющий вход блока аналоговой памяти соединен с кнопкой запоминания, дешифратор, каждый вход которого соединен с выходом соответствующего ему компаратора, выходы дешифратора соединены со входами светодиодов, спектроанализатор выполнен фазовым, а антенна является широкополосной и ненаправленной. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна выполнена электрической, причем размеры ее пренебрежимо малы по сравнению с длинами принимаемых волн, а предварительный усилитель выполнен в виде усилителя заряда. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фазовый спектроанализатор содержит многочастотный генератор опорной фазы и n каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных импульсного фильтра, усилителя переменного тока, фазового детектора по его первому входу и сглаживающего фильтра, причем входы импульсных фильтров соединены и являются входом фазового спектроанализатора, второй вход опорного сигнала каждого импульсного фильтра соединен со вторым входом соответствующего ему фазового детектора и соответствующим выходом многочастотного генератора опорной фазы, а выходы сглаживающих фильтров являются выходами каналов фазового спектроанализатора. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что дешифратор содержит многовходовые элементы ИЛИ, число которых равно числу светодиодов, соответствующему числу идентифицируемых типов зарядов, выход каждого элемента ИЛИ соединен с соответствующим светодиодом, а входы подключены к входам дешифратора, соответствующим конкретному типу заряда. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что дешифратор выполнен программируемым за счет того, что содержит коммутационную панель, через которую входы элементов ИЛИ подключаются ко входам дешифратора в любом порядке. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что в него введены панели для подключения дополнительных светодиодов, а в дешифратор введены панели для подключения дополнительных элементов ИЛИ для расширения дешифратора. 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что блок аналоговой памяти содержит элементы выборки-хранения, число которых равно числу каналов спектроанализатора, входы элементов выборки-хранения образуют входы блока аналоговой памяти, а выходы его образованы входами элементов выборки-хранения, управляющие входы которых объединены и образуют управляющий вход блока аналоговой памяти. 8. Устройство по любому из пп.3-7, отличающееся тем, что многочастотный генератор опорной фазы представляет собой набор независимых генераторов, настроенных на различные частоты, выход каждого из которых является выходом многочастотного генератора, каждый генератор содержит вывод синхронизации фазы, которые объединены у всех генераторов. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что каждый из генераторов имеет возможность перестройки частоты. 10. Устройство по любому из пп.3-7, отличающееся тем, что многочастотный генератор опорной фазы выполнен в виде синтезатора частот. 11. Устройство по любому из пп.3-10, отличающееся тем, что импульсные фильтры фазового спектроанализатора настроены на различные частоты сверхдлинноволнового радиодиапазона от 1 до 10 кГц и каждый из них имеет максимально возможную узкую полосу пропускания.