СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ДОСМОТРА ЦЕЛИ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА Российский патент 2011 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к области дистанционного обнаружения скрытых объектов, в частности к способам обнаружения диэлектрических взрывчатых веществ, скрытых под одеждой на теле человека.

Среди проблем обеспечения безопасности особое место в настоящее время занимает проблема обнаружения, так называемых, суицидных бомб, которые скрыты на теле террориста.

В настоящее время для решения этой задачи применяются, в основном, способы, базирующиеся на использовании металлодетекторов, детекторов паров, рентгеновского оборудования, служебных собак и др. В разных странах ведутся работы по созданию способов досмотра тела человека, основанных на новых физических принципах: на основе эффекта ядерного квадрупольного резонанса, обратного комбинационного рассеяния, диэлектрических порталов, пассивных и активных приборов для досмотра тела человека в террагерцовом диапазоне, пассивных радаров миллиметрового диапазона, активных микроволновых порталов.

Известные способы не обеспечивают в достаточной степени возможность дистанционного и скрытного досмотра, а значит, не позволяют вовремя обнаружить террориста-смертника и принять меры к его обезвреживанию прежде, чем он приведет взрывное устройство в действие. Другим серьезным недостатком существующих способов является отсутствие возможности автоматического определения степени опасности обнаруженного предмета и высокий уровень ложных тревог, что делает невозможным их применение в реальных условиях досмотра больших потоков людей.

Таким образом, задача обнаружения суицидных взрывных устройств требует соблюдения особых условий ее решения:

- дистанционность досмотра;

- автоматический режим досмотра;

- обнаружение любых типов объектов (как диэлектриков, так и проводников);

- осуществление досмотра в режиме реального времени;

- автоматическое определение степени опасности обнаруженного предмета;

- возможность осуществления скрытного досмотра;

- независимость досмотра от внешних условий;

- безопасность для человека;

- возможность привязки сигнала опасности к конкретному человеку;

- мобильность системы и относительно невысокая стоимость.

Известен способ обнаружения предметов, скрытых под одеждой не только металлических, но и неметаллических, типа взрывчатки, скрытой под одеждой; с помощью радиоприемной антенны, сфокусированной на небольшом участке поверхности тела человека, принимают электромагнитные волны, излученные этим участком, затем с помощью радиометра и сопряженного с ним блока обработки измеряют интенсивность принятого сигнала, регистрируя при этом положение луча. Измеренную интенсивность принятого сигнала отображают в виде интенсивности свечения экрана дисплея и по распределению интенсивности определяют наличие или отсутствие металлических или неметаллических предметов, RU 2133971.

Недостатком этого способа является низкая контрастность получаемого изображения, поскольку данный способ не позволяет четко дифференцировать неметаллические предметы и тело человека ввиду прозрачности диэлектрика в используемом диапазоне излучения.

Известен также способ дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства, включающий облучение этой области СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку отраженного сигнала и отображение полученной в результате обработки информации, US 5557283.

Источники и приемники поля расположены во множественных, известных заранее позициях. Результат досмотра основан на анализе 3-мерного изображения, получающегося в результате цифровой обработки зарегистрированного в широкой полосе частот излучения.

При реализации способа облучение СВЧ-излучением контролируемой области пространства происходит в полосе частот без корреляции ее ширины с радиальным пространственным разрешением изображения контролируемой области и интервалом времени регистрации, в течение которого возможна когерентная обработка зарегистрированного отраженного сигнала. Это обусловливает следующие недостатки:

- невозможность использования способа в случае движущегося досматриваемого объекта (цели), так как при движении объекта во время регистрации отраженного сигнала изменяется положение объекта относительно приемопередающих антенн и нарушается условие применимости когерентной обработки зарегистрированного сигнала, а некогерентная обработка не позволяет получить изображение хорошего качества при неизвестной траектории досматриваемого объекта; таким образом, не обеспечивается скрытность досмотра объекта;

- низкое качество изображения, не позволяющее осуществлять его анализ с целью получения количественной информации о диэлектрической проницаемости объектов (компонентов цели) и их эквивалентной массе.

Способ дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства, включающий облучение этой области СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных СВЧ-излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением максимальных значений интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей в области досмотра в зависимости от дальности элементарных излучателей до цели и отображение полученной в результате обработки информации путем построения СВЧ-изображения в виде нескольких трехмерных поверхностей, RU 2294549.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатки способа-прототипа состоят в следующем:

- малая величина сигнала отражения от границы воздух-диэлектрик - около 7% по интенсивности для диэлектриков с диэлектрической проницаемостью ~3, характерной для взрывчатых веществ; это приводит к тому, что сигнал отражения от границы диэлектрик-тело человека (~90% по интенсивности) может существенно искажать трехмерную поверхность, изображающую физическую границу воздух-диэлектрик, а это, в свою очередь, приводит к ошибкам при определении наличия взрывчатого вещества;

- малый диапазон углов падения и приема СВЧ-излучения, при которых излучение, отраженное от границы воздух-диэлектрик, может быть зарегистрировано; это связано с тем, что, как правило, поверхность диэлектрика достаточно гладкая в сравнении с длиной волны в СВЧ-диапазоне, и рассеяние на границе приобретает характер зеркального отражения, таким образом, этот способ может быть эффективно реализован лишь в узком диапазоне возможных ракурсов досмотра.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности определения наличия или отсутствия диэлектрических объектов при скрытом досмотре, а также расширение диапазона возможных ракурсов досмотра.

Согласно изобретению в способе дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства, включающем облучение этой области СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных СВЧ-излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением максимальных значений интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей в области досмотра в зависимости от дальности элементарных излучателей до цели и отображение полученной в результате обработки информации путем построения СВЧ-изображения соответствующей трехмерной поверхности, дополнительно получают видеоизображение цели с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с СВЧ-излучателями, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение цели, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют расстояние l в общей системе координат между СВЧ- и видеоизображениями, при l<l_o, где l_o - заданное пороговое значение l, констатируют отсутствие у цели скрытого диэлектрического объекта в количестве, превышающем предельно допустимое значение, а при l≥l_o дополнительно определяют наличие впадин в трехмерном СВЧ-изображении в областях, где l≥l_o и при глубине h впадины больше , где h_o - пороговое значение h, ε - значение диэлектрической проницаемости искомого диэлектрического объекта, констатируют наличие у цели скрытого диэлектрического объекта.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает важные новые свойства объекта. Прежде всего происходит устранение искажений трехмерной поверхности, изображающей физическую границу воздух-диэлектрик, что существенно уменьшает возможность ошибки при определении наличия (или отсутствия) взрывчатого вещества.

Кроме того, дополнительное использование трехмерного видеоизображения значительно расширяет диапазон возможных ракурсов досмотра, что весьма важно при скрытном досмотре.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».

Реализация способа поясняется конкретным примером. Для осуществления дистанционного досмотра цели, находящейся в контролируемой области, эту область облучают СВЧ-излучением последовательно на 14 фиксированных эквидистантных частотах в пределах диапазона 8-12 ГГц. Облучение производят с помощью элементарных излучателей, представляющих в конкретном примере коммутируемую антенную решетку, состоящую из 256 элементарных передающих антенн. Отраженный от контролируемой области сигнал регистрируется в данном примере с помощью двух параллельных каналов, включающих две широкополостные антенны Вивальди и два приемника. С выхода приемников данные, соответствующие зарегистрированному сигналу, поступают в компьютер, где происходит их когерентная обработка и формирование изображения цели в виде только одной трехмерной поверхности, сформированной из точек, соответствующих максимальных значениям интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей в области досмотра в зависимости от дальности элементарных излучателей до цели.

Дополнительно с помощью двух видеокамер, в данном примере, SDU-415, пространственно разнесенных и синхронизированных с СВЧ-излучателями, получают видеоизображение цели, которое преобразуется в цифровой вид. С помощью компьютера строят трехмерное видеоизображение цели и переводят это изображение и СВЧ-изображение в общую систему координат. Система координат задается плоскостью антенной решетки и перпендикуляром в ней. При этом определяют расстояние l в общей системе координат между СВЧ- и видеоизображениями. Задают l_o - пороговое значение l, которое соответствует предельно допустимому количеству взрывчатого диэлектрического вещества. Если l<l_o, констатируют отсутствие у цели скрытых диэлектрических объектов в количестве, превышающем предельно допустимое значение. Если l≥l_o, дополнительно определяют наличие впадин в трехмерном СВЧ-изображении в областях, где l≥l_o, и при глубине h впадины больше , где h_o - пороговое значение глубины впадины, ε - значение диэлектрической проницаемости искомого объекта, констатируют наличие у цели скрытого диэлектрического объекта. Для наиболее распространенных взрывчатых веществ значение диэлектрической проницаемости ε≈3.

Поскольку трехмерное изображение границы воздух-диэлектрик и диэлектрик-тело человека строятся на основе разных физических принципов (изображение границы воздух-диэлектрик - на основе видеоданных, изображение границы диэлектрик-тело человека - на основе принятого отраженного СВЧ-сигнала) исключается искажение границы воздух-диэлектрик отраженным СВЧ-сигналом. Благодаря этому существенно уменьшается возможность ошибки при определении наличия (отсутствия) взрывчатого вещества.

Кроме того, поскольку СВЧ-излучение не используется для построения изображения границы воздух-диэлектрик, а используется видеоизображение, не имеет значения гладкость поверхности диэлектрика и, соответственно, расширяется ракурс досмотра объекта.

Использование: для дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение контролируемой области СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных СВЧ-излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением максимальных значений интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей в области досмотра в зависимости от дальности элементарных излучателей до цели и отображение полученной в результате обработки информации путем построения СВЧ-изображения соответствующий трехмерной поверхности, при этом дополнительно получают видеоизображение цели с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с СВЧ-излучателями, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение цели, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют расстояние l в общей системе координат между СВЧ- и видеоизображениями, при l<l_o, где l_o - заданное пороговое значение l, констатируют отсутствие у цели скрытого диэлектрического объекта в количестве, превышающем предельно допустимое значение, а при l≥l_o дополнительно определяют наличие впадин в трехмерном СВЧ-изображении в областях, где l≥l_o и при глубине h впадины больше , где h_o - пороговое значение h, ε - значение диэлектрической проницаемости искомого диэлектрического объекта, констатируют наличие у цели скрытого диэлектрического объекта. Технический результат: повышение достоверности определения наличия или отсутствия диэлектрических объектов при скрытом досмотре, а также расширение диапазона возможных ракурсов досмотра.

Способ дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства, включающий облучение этой области СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных СВЧ-излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением максимальных значений интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей в области досмотра в зависимости от дальности элементарных излучателей до цели и отображение полученной в результате обработки информации путем построения СВЧ-изображения соответствующей трехмерной поверхности, отличающийся тем, что дополнительно получают видеоизображение цели с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с СВЧ-излучателями, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение цели, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют расстояние l в общей системе координат между СВЧ- и видеоизображениями, при l<l_o, где l_o - заданное пороговое значение l, констатируют отсутствие у цели скрытого диэлектрического объекта в количестве, превышающем предельно допустимое значение, а при l≥l_o дополнительно определяют наличие впадин в трехмерном СВЧ-изображении в областях, где l≥l_o и при глубине h впадины больше , где h_o - пороговое значение h, ε - значение диэлектрической проницаемости искомого диэлектрического объекта, констатируют наличие у цели скрытого диэлектрического объекта.