СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК G01N24/08 

Предлагаемые способ и устройство относится к области физических измерений, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, в багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и могут найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блок-постах, автопарковках, железнодорожных вокзалах и т.п.

Известны способы и устройства дистанционного обнаружения вещества (авт. свид. СССР №1.131.138, 1.800.333; патенты РФ №№2.150.165, 2.161.300, 2.168.104, 2.179.716, 2.185.614, 2.226.686, 2.244.942, 2.249.202, 2.308.734, 2.340.913, 2.498.239, 2.507.505; патенты США №4.529.710, 4.599.740, 4.651.085, 4.756.866, 5.618.734, 5.986.455, 6.194.898, 6.392.408, 6.507.278, 7.659.124, 7.973.697; патенты Великобритании №1.033.452, 2.159.626, 2.254.923, 2.289.344, 2.293.885; Гречишкин В.Д. и др. Локальный ЯКР в твердых телах. Успехи физических наук, 1993, т. 163, №10; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. - СПб., 207, с. 446-467 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ дистанционного обнаружения вещества» (патент РФ №2.498.279, G01N 24/08, 2012) и устройство для его реализации, которые и выбраны в качестве прототипов.

В известном способе для приема отраженных сигналов с левой круговой поляризацией используется супергетеродинный приемник, в котором одно и то же значение промежуточной частоты ω_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω₁ и ω₂, т.е.

ω_пр=ω₁-ω_г и ω_пр=ω_г-ω_з.

Следовательно, если частоту настройки ω₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ω_з которого отличается от частоты ω₁ на 2 ω_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ω_г гетеродина (фиг. 4). 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 и помехоустойчивость супергетеродинного приемника.

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

,

где ω_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и u=2 соответствуют частоты

ω_k1=2ω_г-ω_пр и ω_k2=2ω_г+ω_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости приема сигналов и достоверности обнаружения вещества.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости приема сигналов и достоверности обнаружения вещества путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ дистанционного обнаружения вещества, основанный в соответствии с ближайшим аналогом на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса, подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции, осуществляют электромагнитное зондирование предполагаемого места закладки наркотического вещества плоскополяризованным сигналом и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от наркотического вещества, находящегося в укрывающей среде, при этом отраженный сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональному глубине залегания наркотического вещества, а отраженный сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина и выделяют напряжение промежуточной частоты, а затем перемножают его с отраженным сигналом правой круговой поляризации, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, измеряют сдвиг фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, сравнивают измеренное значение сдвига фаз с эталонным значением и по результату сравнения принимают решение о наличии наркотического вещества в укрывающей среде, отраженный сигнал с правой круговой поляризацией дифференцируют по времени, перемножают с зондирующим сигналом, пропущенным через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной корреляционной функции , при этом фиксируют расстояние до наркотического вещества, приемные антенны размещают таким образом, чтобы их диаграммы направленности создавали равносигнальную зону, сравнивают по фазе отраженные сигналы с правой и левой круговой поляризацией, при несовпадении направления на наркотическое вещества с равносигнальной зоной формируют управляющее напряжение, амплитуда которого определяется степенью отклонения направления на наркотическое вещество от равносигнальной зоны, а полярность - стороной отклонения, воздействуют им на мотор, связанный через редуктор с антенным блоком, вращают антенный блок в горизонтальной плоскости до совпадения направления на наркотическое вещество с равносигнальной зоной, при этом фиксируют азимут на наркотическое вещество и определяют его местоположение, отличается от ближайшего аналога тем, что в процессе преобразования по частоте отраженного сигнала с левой круговой поляризацией выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения перемножения напряжения промежуточной частоты с отраженным сигналом правой круговой поляризацией.

Поставленная задача решается тем, что устройство дистанционного обнаружения вещества, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом последовательно включенные генератор импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, передатчик, управляющий вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, накопитель, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, и блок регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и усилитель промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу первого приемника дифференциатор, второй перемножитель, второй вход которого через блок регулируемый задержки соединен с выходом передатчика, фильтр нижних частот и усилитель, выход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор дальности, последовательно подключенные к выходу первого приемника первый ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом блока регулируемой задержки, первый перемножитель, узкополосный фильтр, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и блок сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, последовательно подключенные к выходу первого приемника второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, и мотор, связанный через редуктор с антенным блоком, состоящим из передающей и двух приемных антенн, к редуктору подключен индикатор азимута, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и вторым ключом, причем к выходу смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу первого перемножителя.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Диаграммы направленности приемных антенн 5, 13 и равносигнальная зона показаны на фиг. 2. Корреляционная функция R(τ) и ее производная изображены на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг. 4.

Устройство содержит последовательно включенные генератор 3 импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 4, передатчик 2, управляющий вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора 4, и передающую антенну 1, последовательно включенные первую приемную антенну 5, первый приемник 6, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, и блок 22 регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну 13, второй приемник 14, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора 4, смеситель 15, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, усилитель 34 суммарной частоты, амплитудный детектор 35, второй ключ 36, второй вход которого через усилитель 17 промежуточной частоты соединен с выходом смесителя 15, первый перемножитель 18, узкополосный фильтр 19, первый фазовый детектор 20, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, и блок 21 сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока 22 регистрации. К выходу первого приемника 6 последовательно подключены дифференциатор 23, второй перемножитель 24, второй вход которого через блок 27 регулируемой задержки соединен с выходом передатчика 2, фильтр 25 нижних частот и усилитель 26, выход которого соединен с вторым входом блока 27 регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор 28 дальности. К выходу первого приемника 6 подключен первый ключ 12, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 27 регулируемой задержки, а выход подключен к второму входу первого перемножителя 18. К выходу второго приемника 14 последовательно подключены второй фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом первого приемника 16, и мотор 30, связанный через редуктор 31 с антенным блоком 10, содержащий передающую антенну 1, приемные антенны 5 и 13. К редуктору 31 подключен индикатор 32 азимута.

Перемножитель 24, фильтр 25 нижних частот, усилитель 26 и блок 27 регулируемой задержки образуют блок 11 временной задержки, выполненный в виде коррелятора 33. Передатчик 2, приемники 6 и 14 снабжены поляризаторами. Кроме того, устройство содержит исследуемое вещество 8 и наркотическое вещество 9.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, может работать в двух режимах.

Первый режим основан на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в исследуемом веществе с последующим измерением частоты отклика.

Второй режим основан на электромагнитном радиолокационном зондировании плоскополяризованной волной предполагаемого места закладки наркотического вещества, упакованного в неметаллическую оболочку и размещенного в укрывающей среде, с последующим измерением сдвига фаз между отраженными составляющими, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора электромагнитного поля.

В первом режиме импульсы с частотой заполнения ω₁ и (ω₁-ω), формируемые в генераторе 3 импульсов, поступают в передатчик 2 и излучаются передающей антенной 1 в направлении исследуемого вещества 8. Последнее может располагаться, например, на теле человека под его одеждой. Передающая 1 и приемные 5, 13 антенны выполнены, например, в виде рупорных антенн, которые снабжены поляризаторами. Сигнал на передающую антенну 1 поступает с круглого волновода, на который, в свою очередь, с передатчика 2 подаются две ортогональные (по поляризации) составляющие, одна на частоте ω₁, а другая - на частоте (ω₁-ω), в результате чего излучаемая антенной 1 волна будет модулирована по поляризации с частотой магнитного резонанса ω.

Исследуемое вещество 8, облученное электромагнитной волной, содержащей составляющую на частоте магнитного резонанса ω, возбуждается и по окончании импульса облучения излучает сигнал отклика на этой же частоте. Сигнал отклика принимается приемной антенной 5, содержащей четыре ферритовых стержня диаметром 8 мм и длиной 138 мм, при этом на стержни намотаны катушки индуктивности, содержащие по 20 витков и соединенные параллельно. Работой устройства управляет синхронизатор 4.

Сигнал с приемной антенны 5 поступает на приемник 6, на который поступает также управляющее напряжение с третьего выхода синхронизатора 4, запирающее приемник 6 на время излучения импульсов. С выхода приемника 6 сигнал поступает на накопитель 7, где сигналы постепенно накаливаются, что позволяет увеличить дальность от приемной антенны 5 до исследуемого вещества 8 в 2-3 раза. На накопитель 7 поступает также управляющее напряжение, обеспечивающее синхронизацию накапливаемых импульсов.

В случае модуляции по поляризации излучаемого сигнала с частотой ω, равной частоте магнитного резонанса исследуемого вещества 8, при частоте излучаемого сигнала ω₁>ω, вектор напряженности магнитного поля излучаемого электромагнитного сигнала содержит составляющую:

.

Исследуемое вещество 8 будет активно взаимодействовать с магнитным полем на частоте ω (Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Основы квантовой электроники. - СПб.: ГТУ, 2001). Поскольку частота ω₁ может быть выбрана достаточно высокой ω₁>ω, то в этом случае реализация передающей антенны 1 может быть осуществлена, например, с помощью техники антенн СВЧ.

Во втором режиме генератор 3 формирует зондирующий сигнал

u₁(t)=U₁⋅Cos(ω₁t+ϕ₁), 0≤t≤Т₁,

где U₁, ω₁, ϕ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала (импульса),

который поступает на вход передатчика 2, где он приобретает плоскую поляризацию. Указанный сигнал через передающую антенну 1 излучается в направлении поверхности укрывающей среды, под которой может находиться наркотическое вещество 9.

При этом в укрывающейся среде создается электромагнитное поле путем его электромагнитного зондирования. При достижении зондирующим сигналом наркотического вещества 9 происходит его частичное отражение в сторону поверхности укрывающей среды.

При этом приемные антенны 5 и 13 размещаются таким образом, чтобы их диаграммы направленности создавали равносигнальную зоны (фиг. 2).

Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от наркотического вещества 9, на которое воздействует внешнее магнитное поле Земли, то она разделяется на две независимые составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения вектора электромагнитного поля. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие имеют круговую поляризацию. Наркотическое вещество 9 имеет отличные от укрывающей среды электрические параметры (проводимость и диэлектрическую проницаемость).

Обе волны отражаются и распространяются с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами изменяются. Это явление обычно называют эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скоростью распространения и отражения сигналов с правой и левой круговой поляризацией от наркотического вещества, находится из соотношения:

где ϕ_п, ϕ_л - фазовые запаздывания отраженных сигналов с правой (вращение плоскости поляризации по часовой стрелке) и левой (вращение плоскости поляризации против часовой стрелки) круговой поляризации соответственно.

Отраженный сигнал улавливается приемными антеннами 5 и 13. При этом приемная антенна 5 восприимчива только к отраженному сигналу с правой круговой поляризацией, а приемная антенна 13 - только к отраженному сигналу с левой круговой поляризацией.

На выходе приемников 6 и 14 образуются следующие сигналы:

u_п(t)=U_п⋅Cos[(ω₁±Δω)t+ϕ_п],

u_л(t)=U_л⋅Cos[(ω₁±Δω)t+ϕ_л], 0≤t≤Т₁,

где индексы «п» и «л» относятся соответственно к сигналам с правой и левой круговой поляризацией;

±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным отражением и другими дестабилизирующими факторами.

Сигнал u_п(t) с выхода приемника 6 через первый ключ 12 поступает на первый вход перемножителя 18. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала глубине h залегания наркотического вещества 9, перемножитель 18 стробируется по времени с помощью ключа 12, на управляющий вход которого поступают стробирующие импульсы, формируемые блоком 11 временной задержки. Последний управляется синхронизатором 4. Временная задержка импульсов определяется глубиной h залегания наркотического вещества 9 в укрывающей среде. При изменении глубины меняется и время задержки.

В качестве блока 11 временной задержки используется коррелятор 33, состоящий из перемножителя 24, фильтра 25 нижних частот, усилителя 26 и блока 27 регулируемой задержки.

На первый вход перемножителя 24 через дифференциатор 23 поступает отраженный сигнал u_п(t) с выхода первого приемника 6. На второй вход перемножителя 24 через блок 27 регулируемой задержки подается зондирующий сигнал u₁(t) с выхода передатчика 2. Полученное на выходе перемножителя 24 напряжение пропускается через фильтр 25 нижних частот, на выходе которого формируется производная корреляционной функции (фиг. 3, б), где τ - текущая временная задержка.

Усилитель 26, предназначенный для поддержания нулевого значения производной корреляционной функции и подключенный к выходу фильтра 25 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 27 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной нулю (τ=0), что соответствует минимальному (нулевому) значению производной корреляционной функции (фиг. 3, б). Индикатор 28 дальности, связанный со шкалой блока 27 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное значение дальности R до наркотического вещества 9

,

где с - скорость распространения электромагнитных волн.

Отраженный сигнал u_л(t) с выхода приемника 14 поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16

u_г(t)=U_г⋅Cos(ω_гt+ϕ_г).

На выходе смесителя 15 образуются напряжения комбинационных частот.

Усилителями 17 и 34 выделяются напряжения промежуточной (разностной) и суммарной частот:

u_пр(t)=U_пр⋅Cos[(ω_пр±Δω)t+ϕ_пр],

u_∑(t)=U_пр⋅Cos[(ω_∑±Δω)t+ϕ_∑], 0≤t≤T₁,

где

ω_пр=ω₁-ω_г - промежуточная (разностная) частота;

ω_∑=ω_г+ω₁ - суммарная частота;

ϕ_пр=ϕ_л-ω_г; ϕ_∑=ϕ_г+ϕ_л.

Частота настройки ω_н усилителя 34 суммарной частоты выбирается равной суммарной частоте ω_н=ω_∑=ω_г+ω₁.

Поэтому напряжение u_∑(t) суммарной частоты выделяется усилителем 34 суммарной частоты и поступает на вход амплитудного детектора 35, который выделяет огибающую этого напряжения. Продетектированное напряжение с выхода амплитудного детектора 35 поступает на управляющий вход ключа 36 и открывает его. В исходном состоянии ключи 12 и 36 всегда закрыты. При этом напряжение u_пр(t) промежуточной частоты с выхода усилителя 17 промежуточной частоты через открытый ключ 36 поступает на второй вход перемножителя 18. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₂(t)=U₂⋅Cos(ω_гt+ϕ_г+Δϕ), 0≤t≤Т₁,

где

Δϕ=ϕ_п-ϕ_л - разность фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией, которое выделяется узкополосным фильтром 19 и поступает на первый вход фазового детектора 20, на второй вход которого подается напряжение u_г(t) гетеродина 16. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение

u_н(Δϕ)=U_н⋅cosΔϕ,

где

пропорциональное измеряемому сдвигу фаз Δϕ. Это напряжение сравнивается в блоке 21 сравнения с эталонным напряжением

u₇(Δϕ_э)=U_э⋅cosΔϕ_э,

где Δϕ_э - неизменяемый фазовый сдвиг, получаемый при зондировании укрывающей среды при отсутствии наркотического вещества 9.

Сдвиг фаз Δϕ_э определяется частотой зондирующего сигнала и электрическими параметрами укрывающей среды. Этот сдвиг фаз остается неизменным при зондировании укрывающей среды в отсутствие наркотических средств.

Если u_н(Δϕ)≈u_э(Δϕ_э), то в блоке 21 сравнения не формируется постоянное напряжение.

При u_н(Δϕ)>u_э(Δϕ_э) в блоке 21 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на второй вход блока 22 регистрации. Причем факт регистрации этого напряжения свидетельствует о наличии наркотического вещества 9 в данной укрывающей среде.

Отраженные сигналы u_п(t) и u_л(t) с правой и левой круговой поляризацией одновременно поступают на два входа второго фазового детектора 29, на выходе которого формируется управляющее напряжение, если направление на наркотическое вещество 9 не совпадает с равносигнальной зоной (фиг. 2). Причем амплитуда управляющего напряжения определяется степенью отклонения направления на наркотическое вещество 9 от равносигнального направления (зоны), а полярность - стороной отклонения. Это напряжение воздействует на мотор 30, связанный через редуктор 31 с антенным блоком 10 так, что возникшее рассогласование устраняется, т.е. направление на наркотическое вещество 9 совпадает с равносигнальным направлением (зоной).

Следящая система, состоящая из фазового детектора 29, мотора 30 и антенного блока 10 с редуктором 31, отрегулировано таким образом, что направление на наркотическое вещество 9 всегда совпадает с равносигнальным направлением. При этом угловое перемещение наркотического вещества 9 или устройства в процессе работы все время коммутируется соответствующим поворотом антенного блока 10 в горизонтальной плоскости. К редуктору 31 подключен индикатор 32 азимута.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема отраженного сигнала u_л(t) с левой круговой поляризацией по основному каналу на частоте ω₁ (фиг. 4).

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

u_з(t)=U_з⋅Cos(ω_зt+ϕ_з), 0≤t≤Т_з,

то на выходе смесителя 15 в этом случае образуются следующие напряжения:

u_пр1(t)=U_пр1⋅Cos(ω_прt+ϕ_пр1),

u_∑1(t)=U_пр1⋅Cos(ω_∑1t+ϕ_∑1)≤t≤Т_з,

где

ω_пр=ω_г-ω_з - промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр1=ϕ_г-ω_з; ϕ_∑1=ϕ_з+ϕ_г.

ω_∑1=ω_з+ω_г - первая суммарная частота.

Напряжение u_пр1(t) выделяется усилителем 17 промежуточной частоты. А напряжение u_∑1(t) первой суммарной частоты ω_∑1 не попадает в полосу пропускания усилителя 34 суммарной частоты. Это объясняется тем, что первая суммарная частота ω_∑1 отличается от частоты настройки ω_н усилителя 34 суммарной частоты на 2ω_пр:

ω_н=ω_∑=(ω_г+ω₁)-ω_∑1=(ω_з+ω_г)=2ω_пр.

Ключ 36 в этом случае не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_з, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому ω_к1 и второму ω_к2 комбинационным каналам.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают поиск и обнаружение наркотических веществ, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, в багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п.

При этом предлагаемые технические решения позволяют повысить достоверность поиска и обнаружения и разрешающую способность по глубине при определении местоположения наркотических веществ, находящихся в укрывающих средах. Это достигается за счет использования поляризационной селекции и устранения неоднозначности фазовых измерений, что обеспечивается тем, что фазовые измерения осуществляются между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией, а не между зондирующим и отраженным сигналами. При этом фазовый сдвиг Δϕ между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией измеряется на стабильной частоте ω_г гетеродина. Поэтому процесс измерения фазового сдвига Δϕ инвариантен к нестабильности несущей частоты отраженного сигнала, возникающей при некогерентном отражении сигнала от наркотического вещества и других дестабилизирующих факторах, что позволяет повысить точность измерения фазового сдвига Δϕ и, следовательно, точность определения местоположения наркотических веществ. Это достигается за счет повышения точности измерения дальности и азимута наркотического вещества, а также автоматического слежения за его перемещениями.

Для измерения дальности R до наркотического вещества используется производная корреляционной функции (фиг. 3, б). В области максимума корреляционная функция R(τ) имеет малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ, что снижает точность определения расстояния R до наркотического вещества 9.

Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от корреляционной функции , которая в точке τ=0 имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.

Следовательно, отыскание максимума корреляционной функции (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом - стабилизацией нулевого значения регулируемой величины. Минимальный принцип используется и при определении азимута α наркотического вещества 9, когда формируется равносигнальное направление (фиг. 2).

Метод минимума производной корреляционной функции и метод минимума равносигнальной зоны наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладают еще одним существенным преимуществом нулевых методов, а именно: возможность автоматического отслеживания регулируемой величины.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости приема сигналов и достоверности обнаружения наркотического вещества. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальному и комбинационным) каналам с помощью цепочки, состоящей из усилителя суммарной частоты, амплитудного детектора и ключа и реализующей метод узкополосной фильтрации.

Отличительной особенностью указанной цепочки является простота технической реализации и высокая эффективность.

Группа изобретений относится к области физических измерений, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ. Сущность изобретения заключается в том, что дистанционное обнаружение вещества, основанное на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, содержит этап, на котором в процессе преобразования по частоте отраженного сигнала с левой круговой поляризацией выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения перемножения напряжения промежуточной частоты с отраженным сигналом правой круговой поляризации. Технический результат – повышение помехоустойчивости приема сигналов и достоверности обнаружения вещества. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ дистанционного обнаружения вещества, основанный на дистанционном возбуждении электромагнитной волной магнитного резонанса в веществе с последующим измерением частоты отклика, по наличию которого делают заключение о наличии данного вещества, при этом возбуждающий электромагнитный сигнал излучают на частоте, много большей частоты магнитного резонанса подлежащего обнаружению вещества, и модулируют излучаемый возбуждающий электромагнитный сигнал по поляризации на частоте магнитного резонанса, а отклик регистрируют на частоте модуляции, осуществляют электромагнитное зондирование предполагаемого места закладки наркотического вещества плоскополяризованным сигналом и прием сигналов с правой и левой круговой поляризацией, отраженных от наркотического вещества, находящегося в укрывающей среде, при этом отраженный сигнал с правой круговой поляризацией стробируют по времени, пропорциональному глубине залегания наркотического вещества, а отраженный сигнал с левой круговой поляризацией преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, и выделяют напряжение промежуточной частоты, а затем перемножают его с отраженным сигналом правой круговой поляризации, выделяют гармоническое напряжение на стабильной частоте гетеродина, измеряют сдвиг фаз между отраженными сигналами с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина, сравнивают измеренное значение сдвига фаз с эталонным значением и по результату сравнения принимают решение о наличии наркотического вещества в укрывающей среде, отраженный сигнал с правой круговой поляризацией дифференцируют по времени, перемножают с зондирующим сигналом, пропущенным через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной корреляционной функции , где τ - текущая временная задержка, усиливают его, воздействуют на управляющий вход блока регулируемой задержки и поддерживают вводимую им задержку τ равной нулю, что соответствует нулевому значению производной корреляционной функции , при этом фиксируют расстояние до наркотического вещества, приемные антенны размещают таким образом, чтобы их диаграммы направленности создавали равносигнальную зону, сравнивают по фазе отраженные сигналы с правой и левой круговой поляризацией, при несовпадении направления на наркотическое вещества с равносигнальной зоной формируют управляющее напряжение, амплитуда которого определяется степенью отклонения направления на наркотическое вещество от равносигнальной зоны, а полярность - стороной отклонения, воздействуют им на мотор, связанный через редуктор с антенным блоком, вращают антенный блок в горизонтальной плоскости до совпадения направления на наркотическое вещество с равносигнальной зоной, при этом фиксируют азимут на наркотическое вещество и определяют его местоположение, отличающийся тем, что в процессе преобразования по частоте отраженного сигнала с левой круговой поляризацией выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения перемножения напряжения промежуточной частоты с отраженным сигналом правой круговой поляризации.

2. Устройство дистанционного обнаружения вещества, содержащее последовательно включенные генератор импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, передатчик, управляющий вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый приемник, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, накопитель, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, и блок регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй приемник, управляющий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и усилитель промежуточной частоты, последовательно подключенные к выходу первого приемника дифференциатор, второй перемножитель, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом передатчика, фильтр нижних частот и усилитель, выход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, к второму выходу которого подключен индикатор дальности, последовательно подключенные к выходу первого приемника первый ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом блока регулируемой задержки, первый перемножитель, узкополосный фильтр, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и блок сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, последовательно подключенные к выходу первого приемника второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго приемника, и мотор, связанный через редуктор с антенным блоком, состоящим из передающей и двух приемных антенн, к редуктору подключен индикатор азимута, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и вторым ключом, причем к выходу смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу первого перемножителя.