СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТОНАХОЖДЕНИЯ ЗАСЫПАННЫХ БИООБЪЕКТОВ ИЛИ ИХ ОСТАНКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска живых людей или их останков в районах землетрясений и взрывов жилых домов в результате утечки бытового газа, в завалах и укрытиях, а также в альпинизме при поиске людей, засыпанных, например, снежными лавинами и горными обвалами.

Известны способы и устройства обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков (патенты РФ №№2076336, 2085997, 2105432, 2116099, 2141119, 2206902, 2245733, 2248235, 2288486, 2313108, 2370792; патенты США №№4129868, 4673936, 4958638, 5479120; патент ЕР №0075119; Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М.: 1983, с 136-137 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является «Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления» (патент РФ №2370792, G01V 3/12, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Указанные способ и устройство обеспечивают определение расстояния до засыпанных биообъектов или их останков.

Для этого предварительно размещают на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощный приемопередатчик, в качестве которого используют преобразователь на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Облучают участок, под поверхностью которого может находиться биообъект или его останки, направленным электромагнитным сигналом. Принимают переизлученный сигнал, выделяют модулирующий код, отображающий идентификационный номер биообъекта или его останков. Перед излучением преобразуют зондирующий сигнал по частоте с использованием частоты гетеродина и выделяют напряжение первой промежуточной частоты w_пр1, равной сумме несущей частоты w_с и частоты w_г гетеродина:

w_пр1=w_г+w_с.

Переизлученный сигнал с фазовой манипуляцией повторно преобразуют по частоте, выделяют напряжение второй промежуточной частоты:

w_пр2=w_пр1-w_с=w_г.

и осуществляют синхронное детектирование на частоте w_г гетеродина.

В устройстве, реализующем предлагаемый способ, одно и то же значение второй промежуточной частоты w_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах w_пр1 и w_з, т.е.

w_пр2=w_пр1-w_с и w_пр2=w_с-w_з.

Следовательно, если частоту настройки w_пр1 принять за основу канала приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота w_з которого отличается от частоты w_пр1 на 2w_пр2 и расположена симметрично (зеркально) относительно несущей частоты w_с (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу, поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность, помехоустойчивость и точность определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий

w_пр2=[±mw_кi±nw_с],

где w_кi - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа, включая n=0.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники второй промежуточной частоты с гармониками несущей частоты w_с малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

W_к1=2w_с-w_пр2 и w_к2=2w_с+w_пр2.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и точности определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков.

Кроме того, для точного определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков нужно возможно точнее определить значение регулируемого запаздывания τ_з, соответствующее максимуму корреляционной функции R(τ) (фиг.4).

Однако в области максимума корреляционная функция R(τ) имеет очень малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ. Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от корреляционной функции . В точке τ=τ_з производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, и использования производной от корреляционной функции.

Поставленная задача решается тем, что способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом на том, что предварительно размещают на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощный приемопередатчик, в качестве которого используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной и набором отражателей, формируют высокочастотное колебание с несущей частотой w_с, преобразуют его по частоте с использованием частоты w_г гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты w_пр1, равной сумме частот w_пр1=w_г+w_с, усиливают его по мощности, облучают с помощью сканирующего блока засыпанный участок, под поверхностью которого может находиться биообъект или его останки, направленным электромагнитным сигналом, принимают его на засыпанном биообъекте или на его останках, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну опять в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, сформированный сигнал с фазовой манипуляцией переизлучают микрополосковой антенной в эфир, принимают его антенной сканирующего блока, усиливают по амплитуде, принятый сигнал с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1 повторно преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания несущей частоты w_с, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты w_пр2=w_пр1-w_с=w_г, регистрируют выделенный модулирующий код, соответствующий структуре встречно-штыревого преобразователя, анализируют его и определяют принадлежность засыпанного биообъекта или его останков и задерживают напряжение гетеродина на время τ, отличается от ближайшего аналога тем, что принятый сигнал с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1 повторно преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания несущей частоты w_с, сдвинутого по фазе на 90°, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты w_пр2=w_пр1-w_с=w_г, сдвигают по фазе на 90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают суммарное напряжение второй промежуточной частоты w_пр2 с принятым сигналом с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1, выделяют гармоническое колебание на несущей частоте w_с, детектируют его по амплитуде и используют продетектированное напряжение в качестве управляющего напряжения для открытия ключа, через который пропускают суммарное напряжение второй промежуточной частоты w_пр2, осуществляют его синхронное детектирование с использованием задержанного напряжения гетеродина в качестве опорного напряжения, одновременно суммарное напряжение второй промежуточной частоты дифференцируют по времени, перемножают его с напряжением гетеродина, задержанным на время τ, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной корреляционной функции , изменяют время задержки τ до момента прохождения производной корреляционной функции через нуль, определяют время задержки τ_з=2R/C, где R - расстояние до засыпанного биообъекта или его останков, C - скорость распространения радиоволн, поддерживают производную корреляционной функции на нулевом уровне.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения местонахождение засыпанных биообъектов или их останков, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, приемопередатчик, размещенный на биообъекте, относящемся к группе риска, и выполненный в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, и сканирующий блок, состоящий из последовательно включенных задающего генератора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных фазового детектора, второй вход которого соединен с первым выходом блока регулируемой задержки, и компьютера, второй вход которого соединен с вторым выходом блока регулируемой задержки, последовательно подключенных к второму выходу гетеродина блока регулируемой задержки, первого перемножителя и фильтра нижних частот, при этом к второму выходу блока регулируемой задержки подключен индикатор дальности, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено двумя фазовращателями на 90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, усилителем, ключом и дифференциатором, причем к второму выходу задающего генератора последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового детектора и через дифференциатор к второму входу первого перемножителя, второй вход блока регулируемой задержки через усилитель соединен с выходом фильтра нижних частот.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1 и 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов по частоте, изображена на фиг.2. Вид корреляционной функции R(τ) и ее производной показан на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг.5.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит сканирующий блок и приемопередатчик.

Сканирующий блок содержит последовательно включенные задающий генератор 1, первый смеситель 9, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 8, усилитель 10 первой промежуточной частоты, усилитель 2 мощности, циркулятор 3, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной 4, усилитель 5 высокой частоты, второй смеситель 11, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора 1, и первый усилитель 12 второй промежуточной частоты, последовательно подключенные к второму выходу задающего генератора 1 первый фазовращатель 25 на 90°, третий смеситель 26, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 высокой частоты, второй усилитель 27 второй промежуточной частоты, второй фазовращатель 28 на 90°, сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 12 второй промежуточной частоты, второй перемножитель 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 5 высокой частоты, узкополосный фильтр 31, амплитудный детектор 32, ключ 33, второй вход которого соединен с выходом сумматора 29, фазовый детектор 6, второй вход которого соединен с первым выходом блока 23 регулируемой задержки, и компьютер 7, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 23 регулируемой задержки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 8 блок 23 регулируемой задержки, первый перемножитель 20, второй вход которого через дифференциатор 34 соединен с выходом ключа 33, фильтр 21 нижних частот и усилитель 22, выход которого соединен с вторым входом блока 23 регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор 24 дальности.

Второй перемножитель 20, фильтр 21 нижних частот, усилитель 22 и блок 23 регулируемой задержки образуют коррелятор 19.

Приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла 13 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП), связанным с микрополосковой антенной 14, и набором отражателей 18.

Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 15, шины 16 и 17, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины 16 и 17, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 14.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Задающим генератором 1 формируется высокочастотное колебание (фиг.5,a)

u_c(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_с), 0≤t≤Т_с,

где U_c, w_c, φ_с, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания;

которое поступает на первый вход первого смесителя 9, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 8 (фиг.5,б)

u_г(t)=U_г·Cos(w_гt+φ_г).

На выходе смесителя образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 10 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.5,в)

u_пр1(t)=U_пр1·Cos(w_пр1t+φ_пр1), 0≤t≤Т_с,

где U_пр1=ЅU_с·U_г;

w_пр1=w_г+w_с - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_пр1=φ_г+φ_с,

которое после усилении в усилителе 2 мощности через циркулятор 3 поступает в рупорную приемопередающую антенну 4 и излучается в эфир. С помощью рупорной антенны 4 последовательно облучается засыпанный участок, где предположительно находится биообъект или его останки.

Электромагнитный сигнал u_пр1(t) принимается микрополосковой антенной 14 приемопередатчика, размещенного на биообъекте или его останках. Приемопередатчик представляет собой пьезокристалл 13 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем ПАВ, который состоит из двух гребенчатых систем электродов 15, нанесенных на поверхность пьезокристалла 13. Электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 16 и 17. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 14.

Принцип работы встречно-штыревого преобразователя ПАВ основан на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов, вызывают из-за пьезоэффекта упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.

Поверхностные акустические волны - это волны, распространяющиеся вдоль поверхности твердых тел в относительно тонком поверхностном слое. Скорость распространения ПАВ в кристаллах примерно на пять порядков меньше скорости распространения электромагнитных колебаний. Это значит, что на сантиметре кристалла можно разместить информацию, которая заполнит кабель длиной в километр.

Высокая информационная емкость приборов на поверхностных акустических волнах впервые была использована в линиях задержки, которые позволяют хранить, преобразовывать, канализировать, отводить и отражать распространяющиеся в них сигналы.

В основе работы приборов на ПАВ лежат три физических процесса:

- преобразование входного электрического сигнала в акустическую волну;

- распространение акустической волны вдоль поверхности звукопровода;

- отражение и обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал.

Для прямого и обратного преобразований ПАВ используются преобразователи поверхностных акустических волн. Наиболее распространенные среди них являются встречно-штыревые преобразователи.

Принимаемое гармоническое колебание u_пр1(t) (фиг.5,в) преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 13, отражается от набора 18 отражателей и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5,д)

u₂(t)=U₂·Cos[w_пр1t+φ_к(t)+φ_пр1], 0≤t≤Т_с,

где φ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5, д), причем φ_к(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может измениться скачком при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=N·τ_э).

При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о владельце, например фамилию, имя, отчество, год рождения и т.п.

Сформированный ФМн-сигнал u₂(t) излучается микрополосковой антенной 14 в эфир, принимается антенной 4 сканирующего блока и через циркулятор 3 и усилитель 5 высокой частоты поступает на первые входы смесителей 11 и 26, на вторые входы которого подаются напряжения задающего генератора 1:

U_c(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_с),

u_c ¹(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_с+90°), 0≤t≤Т_с.

На входе смесителей 11 и 26 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 12 и 27 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр2(t-τ_э)=U_пр2·Cos[w_пр2(t-τ_з)+φ_к(t-τ_з)+φ_пр2],

u_пр3(t-τ_э)=U_пр2·Cos[w_пр2(t-τ_з)+φ_к(t-τ_з)+φ_пр2-90°],

где U_пр2=ЅU₂·U_c;

w_пр2=w_пр1-w_c=w_г - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_с=φ_г;

- время запаздывания переизлученного сигнала;

R - расстояние до засыпанного биообъекта или его останков;

C - скорость распространения радиоволн.

Напряжение u_пр3(t-τ_з) с выхода усилителя 27 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 28 на 90°, на выходе которого образуется следующее напряжение:

u_пр4(t-τ_з)=U_пр2·Cos[w_пр2(t-τ_з)+φ_к (t-τ_з)+φ_пр2-90°+90°]=

U_пр2·Cos[w_пр2(t-τ_з)+ φ_к(t-τ_з)+ φ_пр2].

Напряжение u_пр2(t-τ_э) и u_пр4(t-τ_э) поступают на два входа сумматора 29, на выходе которого образуется сумматорное напряжение (фиг.5, е)

u_Σ(t-τ_з)=U_Σ·Cos[w_пр2(t-τ_з)+ φ_к(t-τ_з)+ φ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где U_Σ=2U_пр2,

которое подается на второй вход перемножителя 30, на первый вход которого поступает принимаемый ФМн-сигнал

u₂(t-τ_з)=U₂·Cos[w_пр1(t-τ_з)+φ_к(t-τ_з)+φ_пр1],

с выхода усилителя 5 высокой частоты.

На выходе перемножителя 30 образуется гармоническое напряжение

U₃(t)=U₃·Cos(w_ct+φ_с), 0≤t≤Т_с,

где U₃=ЅU₂·U_Σ,

которое выделяется узкополосным фильтром 31, детектируется амплитудным детектором 32 и поступает на управляющий вход ключа 33, открывая его. Ключ 33 в исходном состоянии всегда закрыт. Частота настройки w_н узкополосного фильтра 31 выбирается равным несущей частоте w_c задающего генератора 1 (w_н=w_c).

При этом суммарное напряжение u_Σ(t-τ_з) (фиг.5, е) с выхода сумматора 29 через открытый ключ 33 поступает на вход дифференциатора 34 и на первый (информационный) вход фазового детектора 6, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 8 через блок 23 регулируемой задержки

u_г(t-τ_з)=U_г·Cos(w_г(t-τ_з)+φ_г)

Это напряжение используется в качестве опорного напряжения. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 6 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, ж)

U_н(t)=U_н·Cos(φ_к), 0≤t≤Т_с,

где

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5, г). Это напряжение регистрируется и анализируется в компьютере 7.

Напряжение u_Σ(t-τ_з) с выхода сумматора 29 через открытый ключ 33 и дифференциатор 34 поступает на второй вход перемножителя 20, на первый вход которого подается напряжение u_г(t) гетеродина 8 через блок 23 регулируемой задержки. Полученное на выходе перемножителя 20 напряжение пропускается через фильтр 21 нижних частот, на выходе которого формируется произвольная корреляционной функции (фиг.4). Блоком 23 регулируемой задержки изменяют время задержки τ до момента прохождения производной корреляционной функции через нуль. Индикатор 24 дальности, связанный с блоком 23 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное значение дальности R до засыпанного биообъекта или его останков. Измеренное значение дальности R регистрируется и анализируется в компьютере 7.

Описанная выше работа сканирующего блока соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте w_пр1 (фиг.2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте w_з

U_з(t)=U_з·Cos(w_зt+φ_з), 0≤t≤Т_з,

то усилителями 12 и 27 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения

u_пр5(t)=U_пр5·Cos(w_пр2t+φ_пр5),

u_пр6(t)=U_пр5·Cos(w_пр2t+φ_пр5+90°), 0≤t≤Т_з,

где U_пр5=ЅU₃·U_с;

w_пр2=w_г+w_з - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_пр5=φ_с+φ_з.

Напряжение u_пр6(t) с выхода усилителя 27 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 28 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр7(t)=U_пр5·Cos(w_пр2t+φ_пр5+90°+90°)=-U_пр5·Cos(w_пр2t+φ_пр2), 0≤t≤Т_з.

Напряжения u_пр5(t) и u_пр7(t), поступающие на два выхода сумматора 29, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте w_з, подавляется фазокомпенсационным моментом.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте w_к1.

Если ложный сигнал (помеха) принимает по второму комбинационному каналу на частоте w_к2

u_к2(t)=U_к2·Cos(w_к2t+φ_к5), 0≤t≤Т_к2,

то усилителями 12 и 27 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр8(t)=U_пр8·Cos(w_пр2t+φ_пр8),

u_пр9(t)=U_пр9·Cos(w_пр2t+φ_пр8-90°), 0≤t≤Т_к2,

где U_пр8=¹/₂U_к2·U_с;

w_пр2=w_к2+w_с - первая промежуточная (суммарная) частота;

φ_пр8=φ_к2+φ_с.

Напряжение u_пр9(t) с выхода усилителя 27 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 28 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр10(t)=U_пр8·Cos(w_пр2t+φ_пр8-90°+90°)=U_пр8·Cos(w_пр2t+φ_пр8), 0≤t≤Т_к2

Напряжение u_пр8(t) и u_пр10(t) поступают на два входа сумматора 29, на входе которого образуется суммарное напряжение

u_Σ1(t)=U_Σ1·Cos(w_пр2t+φ_пр8), 0≤t≤Т_к2,

где U_Σ1=2U_пр8,

которое подается на второй вход перемножителя 30, на первый вход которого поступает принимаемый ложный сигнал (помеха) u_к2(t) с выхода усилителя 5 высокой частоты.

На выходе перемножителя 30 образуется гармоническое напряжение

u₄(t)=U₄·Cos(2w_ct+φ_с), 0≤t≤Т_к2,

где U₄=¹/₂U_к2·U_Σ1,

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 31. Ключ 33 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинированному каналу на частоте w_к2, подавляется методом узкополосной фильтрации.

К основным характеристикам устройства для обнаружения местонахождения биообъекта или его останков может относиться следующее:

- мощность передатчика сканирующего блока - средняя не более 10 мВт;

- частотный диапазон - 900…920 МГц;

- дальность обнаружения - не менее 2000 м;

- количество кодовых комбинаций - 2³²…2¹²⁸;

- тип излучаемого сигнала - гармоническое колебание;

- тип отраженного (переизлученного) сигнала - широкополосный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала B=Δf_с·T_c=200…1000, где Δf_c - ширина спектра);

- габариты приемопередатчика, размещенного на биообъекте или его останках 8×15×5 мм;

- срок службы приемопередатчика - не менее 20 лет;

- потребляемая приемопередатчиком мощность - 0 Вт.

Каждый предполагаемый участник мероприятий, которые могут сделать этого участника потенциально пострадавшим, относится к группе риска и должен быть снабжен достаточно простым, надежным и миниатюрным устройством (типа брелка, кольца или небольшого медальона), которое не должно затруднять обычную жизнедеятельность владельца, но должно нести на себе необходимую уникальную информацию об этом владельце.

Второе важное требование к этому устройству - предоставляемая возможность дистанционного считывания несущей им информации неограниченное число раз, без какого бы то ни было участия владельца и через продолжительное время, например после землетрясения. Этим требованиям удовлетворяет приемопередатчик на ПАВ.

С точки зрения сложные ФМн-сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскирован шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.

Сложные ФМн-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Используя направленные свойства рупорной антенны сканирующего блока и измеренное расстояние R, можно определить местонахождение засыпанных биообъектов или их останков.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с базовыми объектами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, и использованием производной от корреляционной функции. В точке τ=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.

Метод измерения дальности до засыпанных биообъектов или их останков по минимуму производная корреляционной функции (прохождения через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладает еще одним весьма существенным преимуществом нулевого метода, а именно амплитуда входных сигналов и ее флуктуации не оказывают влияние на результат измерений.

Изобретение относится к области поисково-спасательных работ. Технический результат: повышение помехоустойчивости и точности определения расстояния до засыпанных биообъектов или их останков путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, и использования производной корреляционной функции. Сущность: устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит сканирующий блок и приемопередатчик. Сканирующий блок содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, циркулятор 3, рупорную приемопередающую антенну 4, усилитель 5 высокой частоты, фазовый детектор 6, компьютер 7, гетеродин 8, первый смеситель 9, усилитель 10 первой промежуточной частоты, второй смеситель 11, первый усилитель 12 второй промежуточной частоты, коррелятор 19, первый перемножитель 20, фильтр 21 нижних частот, усилитель 22, блок 23 регулируемой задержки, индикатор 24 дальности, первый 25 и второй 28 фазовращатели на 90°, третий смеситель 26, второй усилитель 27 второй промежуточной частоты, сумматор 29, амплитудный детектор 32, ключ 33 и дифференциатор 34. Приемопередатчик содержит пьезокристалл 13, микрополосковую антенну 14, электроды 15, шины 16 и 17, набор 18 отражателей. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, основанный на том, что предварительно размещают на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощный приемопередатчик, в качестве которого используется пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, формируют высокочастотное колебание с несущей частотой W_c, преобразуют его по частоте с использованием частоты w_г гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты w_пр1, равной сумме частот w_пр1=w_г+w_с, усиливают его по мощности, облучают с помощью сканирующего блока засыпанный участок, под поверхностью которого может находиться биообъект или его останки, направленным электромагнитным сигналом, принимают его на засыпанном биообъекте или его останках, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну опять в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, сформированный сигнал с фазовой манипуляцией переизлучается микрополосковой антенной в эфир, принимают его антенной сканирующего блока, усиливают по амплитуде, принятый сигнал с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1 повторно преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания несущей частоты w_с, выделяют первое напряжение второй промежуточной частоты w_пр2=w_пр1-w_с=w_г, регистрируют выделенный модулирующий код, соответствующий структуре встречно-штыревого преобразователя, анализируют его и определяют принадлежность засыпанного биообъекта или его останков и задерживают напряжение гетеродина на время τ, отличающийся тем, что принимают сигнал с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1, повторно преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания несущей частоты w_с, сдвинутого по фазе на 90°, выделяют второе напряжение второй промежуточной частоты w_пр2=w_пр1-w_с=w_г, сдвигают по фазе на 90°, суммируют с первым напряжением второй промежуточной частоты, перемножают суммарное напряжение второй промежуточной частоты w_пр2 с принятым сигналом с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте w_пр1, выделяют гармоническое колебание на несущей частоте w_с, детектируют его по амплитуде и используют продетектированное напряжение в качестве управляющего напряжения для открытия ключа, через который пропускают суммарное напряжение второй промежуточной частоты w_пр2, осуществляют его синхронное детектирование с использованием задержанного напряжения гетеродина в качестве опорного напряжения, одновременно суммарное напряжение второй промежуточной частоты дифференцируют по времени, перемножают его с напряжением гетеродина, задержанным на время τ, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной корреляционной функции изменяют время задержки τ до момента прохождения производной корреляционной функции через нуль, определяют время задержки τ₃=2R/C, где R - расстояние до засыпанного биообъекта или его останков, С - скорость распространения радиоволн, поддерживают производную корреляционной функции на нулевом уровне.

2. Устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее приемопередатчик, размещенный на биообъекте, относящемся к группе риска, и выполненный в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, и сканирующий блок, состоящий из последовательно включенных задающего генератора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных фазового детектора, второй вход которого соединен с первым выходом блока регулируемой задержки, и компьютера, второй вход которого соединен с вторым выходом блока регулируемой задержки, последовательно подключенных к второму выходу гетеродина блока регулируемой задержки, первого перемножителя и фильтра нижних частот, при этом к второму выходу блока регулируемой задержки подключен индикатор дальности, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фазовращателями на 90°, третьим смесители, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, усилителем, ключом и дифференциатором, причем к второму выходу задающего генератора последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй пермножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового детектора и через дифференциатор к второму входу первого перемножителя, второй вход блока регулируемой задержки через усилитель соединен с выходом фильтра нижних частот.