RU2515191C2 - Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method - Google Patents
Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515191C2 RU2515191C2 RU2012126490/28A RU2012126490A RU2515191C2 RU 2515191 C2 RU2515191 C2 RU 2515191C2 RU 2012126490/28 A RU2012126490/28 A RU 2012126490/28A RU 2012126490 A RU2012126490 A RU 2012126490A RU 2515191 C2 RU2515191 C2 RU 2515191C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- frequency
- antenna
- amplifier
- unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ и устройство относятся к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами.The proposed method and device relates to the field of search and rescue operations and can be used to search for bombarded bioobjects or their remains in earthquake areas, as well as in mountaineering when searching for bioobjects bombarded with, for example, avalanches or mountain landslides.
Известны способы и устройства обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков (патенты РФ №№2.085.997, 2.105.432, 2.116.099, 2.206.902, 2.248.235, 2.288.486, 2.370.792; патенты США №№4.129.868, 4.331.957, 6.031.482; патенты EP №№0.075.199, 1.746.433; Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М., 183, С.136-137; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. - СПб, 2007, С.460-467, и другие).Known methods and devices for detecting the location of buried biological objects or their remains (RF patents Nos. 2,085.997, 2.105.432, 2.116.099, 2.206.902, 2.248.235, 2.288.486, 2.370.792; US patents Nos. 4.129. 868, 4.331.957, 6.031.482; EP patents No. 0.075.199, 1.746.433; Vinokurov V.K. et al. Safety in mountain climbing. - M., 183, S.136-137; V. Dikarev Safety, protection and salvation of a person. - SPb, 2007, S.460-467, and others).
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 №2.370.792, G01V 3/12, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.Of the known methods and devices closest to the proposed one is the "Method for locating buried biological objects or their remains and a device for its implementation" (RF patent No. 2,370.792, G01V 3/12, 2007), which are selected as the base objects.
Известные способ и устройство обеспечивают расширение функциональных возможностей путем определения расстояния до источника радиоизлучений (ИРИ) (засыпанного биообъекта или его останков). При этом используется корреляционная обработка и корреляционная функция R(τ) (фиг.8, а).The known method and device provide an extension of functionality by determining the distance to a source of radio emission (IRI) (a buried biological object or its remains). In this case, the correlation processing and the correlation function R (τ) are used (Fig. 8, a).
Однако в области максимума корреляционная функция R(τ) имеет малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ, что снижает точность определения расстояния до ИРИ. Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от корреляционной функции dR(τ)/dτ (фиг.8, б). В точке τ=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.However, in the region of the maximum, the correlation function R (τ) has a small slope and changes insignificantly with changes in τ, which reduces the accuracy of determining the distance to the IRI. Much more favorable for finding the maximum is the form of the derivative of the correlation function dR (τ) / dτ (Fig. 8, b). At the point τ = 0, the derivative has a significant steepness and, in addition, changes sign depending on the position relative to the point τ = 0.
Таким образом, отыскание максимума корреляционной функции (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом - стабилизацией нулевого значения регулируемой величины.Thus, finding the maximum of the correlation function (the maximum principle is an extreme problem) is replaced by the minimum principle - stabilization of the zero value of the controlled variable.
Кроме того, для определения направления на источник радиоизлучений (биообъект или его останки) используется антенна с широкой диаграммой направленности, у которой отсутствует ярко выраженная точка экстремума, что также снижает точность определения азимута (пеленга) на ИРИ. Для формирования узкой диаграммы направленности необходима сложная антенная система больших габаритов, что не всегда можно технически реализовать на практике. Целесообразно использовать вибраторную и рамочную антенны, которые формируют круговую и кардиоидную диаграммы направленности, т.е. используется метод минимума.In addition, to determine the direction to the source of radio emissions (bioobject or its remains), an antenna with a wide radiation pattern is used, which does not have a pronounced extremum point, which also reduces the accuracy of determining the azimuth (bearing) for IRI. To form a narrow radiation pattern, a complex antenna system of large dimensions is required, which is not always technically feasible in practice. It is advisable to use a vibrating and loop antenna, which form a circular and cardioid radiation patterns, i.e. the minimum method is used.
Следовательно, низкая точность определения дальности и азимута источника радиоизлучений приводят к низкой точности определения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков.Consequently, the low accuracy of determining the range and azimuth of a source of radio emissions leads to low accuracy in determining the location of buried biological objects or their remains.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков путем использования производной корреляционной функции, вибраторной и рамочной антенн.An object of the invention is to increase the accuracy of determining the location of buried biological objects or their remains by using the derivative of the correlation function, vibrator and frame antennas.
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, относящемуся 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 ωc, преобразуют его по частоте с использованием частоты ωг гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ωпр1, равной сумме частоты ωпр1=ωг+ωс, 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 переизлучают микрополосковой антенной в эфир, принимают его антенной сканирующего блока, усиливают по амплитуде, принятый сигнал с фазовой манипуляцией на первой промежуточной частоте ωпр1, повторно преобразуют по частоте с использованием несущей частоты ωc, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ωпр2=ωпр1-ωс=ωг, регистрируют выделенный модулирующий код, соответствующий структуре встречно-штыревого преобразователя, анализируют его и определяют принадлежность засыпанного биообъекта или его останков, задерживают напряжение гетеродина на время τ, отличается от ближайшего аналога тем, что антенную систему сканирующего блока выполняют в виде вибраторной и рамочной антенн, которые закрепляют на платформе с возможностью ее вращения в горизонтальной плоскости, суммируют сложные сигналы с фазовой манипуляцией, принимаемые вибраторной и рамочной антеннами, формируя кардиоидную диаграмму направленности, суммарный сигнал усиливают по амплитуде, детектируют его и осуществляют деление продетектированного сигнала, принимаемого вибраторной антенной, на продетектированный суммарный сигнал, сравнивают полученное напряжение с пороговым напряжением и в случае его превышения, что соответствует совпадению нулевого провала кардиоидной диаграммы направленности с направлением на источник радиоизлучений, разрешают дальнейшую обработку принимаемых сигналов, в процессе которой осуществляют синхронное детектирование принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на второй промежуточной частоте ωпр2=ωГ, напряжение второй промежуточной частоты дифференцируют по времени и перемножают с напряжением гетеродина, задержанным на время τ, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное производной корреляционной функции dR(τ)/dτ, усиливают его, изменяют время задержки τ до наступления равенства τ=0, поддерживают указанное равенство, что соответствует нулевому значению производной корреляционной функции dR(τ)/dτ, определяют расстояние R до засыпанного биообъекта или его останков, сравнивают по фазе сигнал, принимаемый вибраторной антенной с суммарным сигналом, формируют управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого соответствуют степени и стороне отклонения нулевого провала кардиоидной диаграммы направленности от направления на источник радиоизлучений, воздействуют им на исполнительные органы платформы, устраняя возникшее рассогласование.The problem is solved in that a method for detecting the location of buried bioobjects or their remains, based on the closest analogue on that previously placed on a bioobject belonging to the risk group, is a low-power transceiver, which is used as a piezocrystal with an aluminum counter-coated on its surface a pin transducer associated with a microstrip antenna and a set of reflectors form a high-frequency oscillation with a carrier frequency ω c , transform it by the frequency frequency using the frequency ω g local oscillator, isolate the voltage of the first intermediate frequency ω pr1 equal to the sum of the frequency ω pr1 = ω g + ω s , amplify it in power, irradiate with the help of a scanning unit a covered area, under the surface of which there may be a biological object or its remains directed by an electromagnetic signal, receive it on a bombarded biological object or its remains, convert it into an acoustic wave, ensure its propagation on the surface of the piezocrystal and back reflection, convert the reflected acoustics wave again into an electromagnetic signal with phase shift keying, the internal structure of which corresponds to the structure of the interdigital transducer, the generated signal with phase shift keying is re-emitted by the microstrip antenna into the ether, receive by its scanning unit antenna, amplified by the amplitude, the received signal with phase shift keying at the first intermediate frequency ω CR1 , repeatedly converted in frequency using the carrier frequency ω c , the voltage of the second intermediate frequency ω CR2 = ω CR1 -ω c = ω g , reg the selected modulating code corresponding to the structure of the interdigital transducer is abutted, analyzed and the affiliated bioobject or its remains are identified, the local oscillator voltage is delayed for a time τ, differs from the closest analogue in that the antenna system of the scanning unit is made in the form of vibrating and loop antennas, which fixed on the platform with the possibility of its rotation in the horizontal plane, summarize the complex signals with phase shift keying received vibrator and loop antenna By forming a cardioid radiation pattern, the total signal is amplified in amplitude, it is detected and the detected signal received by the vibrator antenna is divided by the detected total signal, the obtained voltage is compared with the threshold voltage and if it is exceeded, which corresponds to the coincidence of the zero dip of the cardioid radiation pattern with a direction to the source of radio emissions, allow further processing of the received signals, during which nhronnoe detection of the received signal with phase shift keying on the second intermediate frequency ω np2 = ω T, the voltage of the second intermediate frequency is differentiated with respect to time and multiplied with the voltage oscillator delayed by time τ, emit a low-frequency voltage proportional to the derivative of the correlation function dR (τ) / dτ, reinforce it, change the delay time τ until equality τ = 0, maintain the indicated equality, which corresponds to the zero value of the derivative of the correlation function dR (τ) / dτ, determine the distance the brightness of R to the bombarded biological object or its remains, the signal received by the vibrating antenna with the total signal is compared in phase, the control voltage is formed, the amplitude and polarity of which correspond to the degree and side of the deviation of the zero dip of the cardioid radiation pattern from the direction to the source of radio emissions, they affect the executive bodies platforms, eliminating the inconsistency.
Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения местонахождения 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 первым выходом гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к второму выходу гетеродина блока регулируемой задержки, перемножителя и фильтра нижних частот, последовательно подключенных к второму выходу блока регулируемой задержки первого фазового детектора и компьютера, второй вход которого соединен с выходом блока регулируемой задержки, к второму выходу блока регулируемой задержки подключен индикатор дальности, отличается от ближайшего аналога тем, что сканирующий блок снабжен платформой, указателем угла, редуктором, сумматором, вторым усилителем высокой частоты, двумя амплитудными детекторами, блоком деления, пороговым блоком, усилителем, двумя ключами, вторым фазовым детектором, мотором и блоком формирования управляющего напряжения, причем приемопередающая антенна выполнена в виде антенной системы, состоящей из вибраторной и рамочной антенн, размещенных на платформе и подключенных через сумматор к последовательно соединенным второму усилителю высокой частоты, второму амплитудному детектору, блоку деления, второй вход которого через первый амплитудный детектор соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, пороговый блок, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, выход фильтра нижних частот через усилитель соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, вход первого фазового детектора соединен с выходом первого ключа, к выходу первого усилителя высокой частоты последовательно подключен второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, блок формирования управляющего напряжения и мотор, связанный через редуктор с платформой, редуктор снабжен указателем угла.The problem is solved in that a device for detecting the location of buried bioobjects or their remains, containing, in accordance with the closest analogue, a transceiver located on a bioobject belonging to a risk group and made in the form of a piezoelectric crystal with an aluminum thin-film interdigital transducer deposited on its surface, associated with a microstrip antenna, and a set of reflectors, while the interdigital transducer contains two comb systems of electrodes, electrodes each one of the combs is connected to each other by buses connected to a microstrip antenna, and a scanning unit consisting of a serially connected master oscillator, a first mixer, the second input of which is connected by the first output of the local oscillator, the amplifier of the first intermediate frequency, the power amplifier, the circulator, the input-output of which connected to the transceiver antenna, the first high-frequency amplifier, the second mixer, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, and the amplifier of the second intermediate frequency, subsequently properly connected to the second output of the local oscillator of the adjustable delay unit, multiplier and low-pass filter, connected in series to the second output of the adjustable delay unit of the first phase detector and computer, the second input of which is connected to the output of the adjustable delay unit, a range indicator is connected to the second output of the adjustable delay unit, differs from the closest analogue in that the scanning unit is equipped with a platform, an angle indicator, a gearbox, an adder, a second high-frequency amplifier, two amplitude detectors, a division block, a threshold block, an amplifier, two keys, a second phase detector, a motor and a control voltage generating unit, the transceiver antenna being made in the form of an antenna system consisting of a vibrating and loop antennas located on the platform and connected through the adder to the series connected to a second high-frequency amplifier, a second amplitude detector, a division unit, the second input of which is connected to the output of the first amplifier through the first amplitude detector For high frequency, the threshold block, the first key, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, and the differentiator, the output of which is connected to the second input of the multiplier, the output of the low-pass filter through the amplifier is connected to the second input of the adjustable delay unit, the input of the first phase detector is connected with the output of the first key, the second phase detector is connected in series to the output of the first high-frequency amplifier, the second input of which is connected to the output of the second high-frequency amplifier, the unit Bani control voltage and a motor connected through a gearbox to the platform, provided with a reducer angle pointer.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1 и 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов по частоте, изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг.4. Диаграмма направленности, пеленгационные характеристики и вид приемных антенн изображены на фиг.5, 6 и 7. Корреляционная функция R(τ) и ее производная dR(τ)/dτ показаны на фиг.8.A block diagram of a device that implements the proposed method is presented in figures 1 and 3. A frequency diagram illustrating the process of converting signals by frequency is shown in figure 2. Timing diagrams explaining the operation of the device are presented in figure 4. The radiation pattern, direction-finding characteristics and the appearance of the receiving antennas are shown in Figs. 5, 6 and 7. The correlation function R (τ) and its derivative dR (τ) / dτ are shown in Fig. 8.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит сканирующий блок и приемопередатчик.A device that implements the proposed method contains a scanning unit and a transceiver.
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 приемопередающей антенной 4, усилитель 5 высокой частоты, второй смеситель 11, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, усилитель 12 второй промежуточной частоты, первый ключ 34, фазовый детектор 6, второй вход которого через блок 23 регулируемой задержки соединен со вторым выходом гетеродина 8, перемножитель 20, второй вход которого через дифференциатор соединен с выходом первого ключа 34, фильтр 21 нижних частот, усилитель 22, блок 23 регулируемой задержки и индикатор 24 дальности. Перемножитель 20, фильтр 21 нижних частот, усилитель 22 и блок 23 регулируемой задержки образуют коррелятор 19.The scanning unit contains a serially connected
Приемопередающая антенна 4 выполнена в виде антенной системы, состоящей из вибраторной 4.1 и рамочной 4.2 антенн, размещенных на платформе 26 и подключенных через сумматор 28 к последовательно соединенным второму усилителю 29 высокой частоты, второму амплитудному детектору 31, блоку 32 деления, второй вход которого через первый амплитудный детектор 30 соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, пороговый блок 33, второй ключ 35, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 5 высокой частоты, второй фазовый детектор 37, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 29 высокой частоты, блок 39 формирования управляющего напряжения и мотор 40, связанный через редуктор 25 с платформой 26. Редуктор 25 снабжен указателем 27 угла. Второй вход первого ключа 34 соединен с выходом порогового блока 33. Блок 39 формирования управляющего напряжения и мотор 40 образуют блок 38 управления диаграммой направленности антенной системы.The
Приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла 13 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 14, и набором отражателей 18.The transceiver unit is made in the form of a
Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 15, шины 16 и 17, которые соединят электроды каждой из гребенок между собой. Шины 16 и 17, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 14.The interdigital transducer of surface acoustic waves (SAW) contains two comb systems of
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Задающим генератором 1 формируется высокочастотное колебание (фиг.4, а)The proposed method is implemented as follows. The
uc(t)=Uccos(ωct+φc), 0≤t≤Tc,u c (t) = U c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≤T c ,
где Uc, ωc, φс, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,where U c , ω c , φ s , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of high-frequency oscillations,
которое поступает на первый вход первого смесителя 9, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 8 (фиг.4, б)which is fed to the first input of the
uГ(t)=UГcos(ωГt+φГ).u Г (t) = U Г cos (ω Г t + φ Г ).
На выходе смесителя 9 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 10 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.4, в)The output of the
uпр1(t)=Uпр1cos(ωпр1t+φпр1), 0≤t≤Tc u CR1 (t) = U CR1 cos (ω CR1 t + φ CR1 ), 0≤t≤T c
где
K1 - коэффициент передачи смесителя;K 1 - gear ratio of the mixer;
ωпр1=ωс+ωГ - первая промежуточная (суммарная) частота;ω CR1 = ω s + ω G - the first intermediate (total) frequency;
φпр1=φс+φГ,φ pr1 = φ s + φ G ,
которое после усиления 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.which, after amplification in the
Электромагнитный сигнал uпр1(t) принимается микрополосковой антенной 14 приемопередатчика, размещенного на биообъекте или его останках. Последний 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 микроволновой антенной 14.The electromagnetic signal u pr1 (t) is received by the
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.The principle of operation of the interdigital transducer of a surfactant is based on the fact that the electric fields in space and time created in a piezoelectric crystal by a system of electrodes cause elastic strains due to the piezoelectric effect, which propagate in the crystal as a surfactant. Surface acoustic waves are waves propagating along the surface of solids in a relatively thin surface layer. The propagation velocity of surfactants in crystals is approximately five orders of magnitude lower than the propagation velocity of electromagnetic waves. This means that on the centimeter of the crystal, you can place information that will fill a kilometer-long cable.
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.The high information capacity of instruments based on surface acoustic waves was first used in delay lines, which make it possible to store, transform, channel, divert and reflect the signals propagating in them.
В основе работы приборов на ПАВ лежат три физических процесса:The basis of the operation of devices on surfactants are three physical processes:
- преобразование входного электрического сигнала в акустическую волну;- conversion of the input electrical signal into an acoustic wave;
- распространение акустической волны вдоль поверхности звукопровода;- propagation of an acoustic wave along the surface of the sound duct;
- обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал. Для прямого и обратного преобразования ПАВ используются преобразователи поверхностных акустических волн. Наиболее распространенные среди которых получили встречно-штыревые преобразователи.- the inverse transformation of the surfactant into an electrical signal. For direct and inverse conversion of surfactants, transducers of surface acoustic waves are used. The most common among which received interdigital converters.
Принимаемое гармоническое колебание uпр1(t) 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.4, д)The received harmonic oscillation u pr1 (t) is converted by an interdigital transducer into an acoustic wave that propagates along the surface of the
u2(t)=U2cos[ωпр1t+φk(t)+φпр1], 0≤t≤Ес,u 2 (t) = U 2 cos [ω CR 1 t + φ k (t) + φ CR 1 ], 0≤t≤E s ,
где φк={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.4, ), причем φк(t)=const при kτЭ<t<(k+1)τЭ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);where φ к = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t) (Fig. 4), and φ к (t) = const for kτ Э <t <(k +1) τ E and can change stepwise at t = kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (k = 1, 2, ..., N-1);
τЭ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Тс=NτЭ).τ E , N - the duration and number of chips that make up a signal of duration T c (T c = Nτ E ).
При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о владельце, например фамилия, имя, отчество, год рождения и т.п.In this case, the internal structure of the generated PSK signal is determined by the topology of the interdigital transducer, has an individual character and contains all the necessary unique information about the owner, for example, last name, first name, middle name, year of birth, etc.
Сформированный ФМ-сигнал u2(t) излучается микрополосковой антенной 14 в эфир, принимается вибраторной 4.1 и рамочной 4.2 антеннами антенной системы 4 сканирующего блока и через циркулятор 3, сумматор 28, усилители 5, 29 и амплитудные детекторы 30, 31 поступает на два входа блока 32 деления.The generated FM signal u 2 (t) is radiated by the
Амплитуда сигнала на выходе амплитудного детектора 30 не зависит от направления прихода входного сигнала из-за круговой диаграммы направленности вибраторной антенны 4.1 (фиг.5).The amplitude of the signal at the output of the
Рамочная антенна 4.2 вместе с вибраторной антенной 4.1 образуют кардиоидную диаграмму направленности. Рамочная антенна 4.2 вместе с вибраторной антенной 4.1 образуют кардиоидную диаграмму направленности, которая вращается до совмещения нулевого провала с направлением прихода сигнала (фиг.5). Амплитуда сигнала с этого направления на выходе амплитудного детектора 31 близка к нулю, поэтому на выходе блока 32 деления в этот момент будет максимальным напряжение, которое с выхода блока 32 деления сравнивается с пороговым напряжением Uпор в пороговом блоке 33. Величина порогового уровня Uпор выставляется так, чтобы пороговый блок 33 срабатывал только от сигналов, приходящих с нулевого направления. При превышении порогового уровня пороговый блок 33 срабатывает и формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 34 и 35, открывая их. В исходном состоянии ключи 34 и 35 всегда закрыты.The loop antenna 4.2 together with the vibrator antenna 4.1 form a cardioid radiation pattern. The loop antenna 4.2 together with the vibrator antenna 4.1 form a cardioid radiation pattern that rotates until the zero dip coincides with the direction of arrival of the signal (Fig. 5). The amplitude of the signal from this direction at the output of the
Сформированный ФМн-сигнал u2(t), излучаемый микрополосковой антенной 14, принимается вибраторной антенной 4.1 и через циркулятор 3 и усилитель 5 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 11, на второй вход которого подается высокочастотное колебание uc(t) (фиг.4, а) с выхода задающего генератора 1 в качестве напряжения второго гетеродина. На выходе смесителя 11 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 12 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.4, е)The generated PSK signal u 2 (t) emitted by the
uпр2(t-τ)=Uпр2cos[ωпр2(t-τ3)+φк(t-τ3)+φпр2], 0≤t≤Tc,u CR2 (t-τ) = U CR2 cos [ω CR2 (t-τ 3 ) + φ to (t-τ 3 ) + φ CR2 ], 0≤t≤T c ,
где
ωпр2=ωпр1-ωC=ωГ - вторая промежуточная (разностная) частота;ω CR2 = ω CR1 -ω C = ω G - the second intermediate (difference) frequency;
φпр2=φпр1-φс=φГ;φ CR2 = φ CR1 -φ with = φ G ;
R - расстояние до засыпанного биообъекта или его останков;R is the distance to the bombarded bioobject or its remains;
c - скорость распространения радиоволн,c is the propagation velocity of radio waves,
которое через открытый ключ 34 поступает на вход дифференциатора 36 и на первый (информационный) вход первого фазового детектора 6. На второй (опорный) вход первого фазового детектора 6 подается напряжение UГ(t) со второго выхода гетеродина 8 через блок 23 регулируемой задержки. На выходе последнего образуется следующее напряжениеwhich through the
uГ1(t)=UГ(t-τ)=UГ1cos[ωГ(t-τ)+φГ],u Г1 (t) = U Г (t-τ) = U Г1 cos [ω Г (t-τ) + φ Г ],
где τ - время задержки блока 23 регулируемой задержки.where τ is the delay time of the
Напряжение uпр2(t-τ3) с выхода усилителя 12 второй промежуточной частоты через открытый ключ 34 дифференциатора 36 поступает на первый вход перемножителя 20, на второй вход которого подается напряжение uГ1(t) с выхода блока 23 регулируемой задержки. Полученное на выходе перемножителя 20 напряжение пропускается через фильтр 21 нижних частот, на выходе которого формируется производная корреляционной функции dR(τ)/dτ. Усилитель 22 предназначен для поддержания нулевого значения производной корреляционной функции и подключен к выходу фильтра 21 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 23 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной нулю (τ=0), что соответствует минимальному (нулевому) значению производной корреляционной функции dR(τ)/dτ. Индикатор 24 дальности, связанный со шкалой блока 23 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать измеренное значение дальности R до засыпанного биообъекта или его останковThe voltage u pr2 (t-τ 3 ) from the output of the
При этом на второй вход первого фазового детектора 6 подается следующее напряжениеIn this case, the following voltage is supplied to the second input of the
uГ1(t)=uГ(t-τз)=UГcos[ωГ(t-τз)+φГ],u Г1 (t) = u Г (t-τ з ) = U Г cos [ω Г (t-т з ) + φ Г ],
которое используется в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на второй промежуточной частоте ωпр2uпр2(t-τз).which is used as a reference voltage for synchronously detecting a received signal with phase shift keying at a second intermediate frequency ω pr2 u pr2 (t-τ s ).
На выходе первого фазового детектора 6 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4, ж)At the output of the
uн(t)=Uнcosφk(t), 0≤t≤Tc,u n (t) = U n cosφ k (t), 0≤t≤T c ,
где
К2 - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональный модулирующему коду M(t) (фиг.4, г). Это напряжение вместе с измеренным значением дальности L регистрируются и анализируются в компьютере 7.To 2 - the gain of the phase detector, proportional to the modulating code M (t) (Fig.4, g). This voltage, together with the measured range value L, is recorded and analyzed in
Если сканирующий блок размещен на подвижном объекте, то при его перемещении на выходе второго фазового детектора 37 и блока 39 формирования управляющего напряжения появляется управляющее напряжение, амплитуда которого определяется степенью отклонения нулевого провала антенной системы 4 от направления прихода сигналов, а полярность - стороной отклонения. Это напряжение воздействует на мотор 40, связанный через редуктор 25 с платформой 26, так что возникшее рассогласование устраняется.If the scanning unit is placed on a moving object, then when it moves at the output of the
Следящая система, состоящая из второго фазового детектора 37, блока 39 формирования управляющего напряжения, мотора 40, редуктора 25 и платформы 26, на которой установлена антенная система 4, состоящая из вибраторной 4.1 и рамочной 4.2 антенны, отрегулирована таким образом, что нулевой провал антенной системы 4 (кардиоиды) всегда совпадает с направлением прихода сигналов. При этом угловое перемещение сканирующего блока в процессе работы все время компенсируется соответствующим поворотом платформы 26.A tracking system consisting of a
К основным характеристикам устройства для обнаружения местонахождения биообъектов или их останков можно отнести следующие:The main characteristics of the device for detecting the location of biological objects or their remains include the following:
- мощность передатчика сканирующего блока, средняя - не более 100 мВт;- transmitter power of the scanning unit, average - not more than 100 mW;
- частотный диапазон - 900…920 МГц;- frequency range - 900 ... 920 MHz;
- дальность обнаружения - не менее 2000 м;- detection range - not less than 2000 m;
- количество кодовых комбинаций - 232…2128;- the number of code combinations - 2 32 ... 2 128 ;
- тип излучаемого сигнала - гармоническое колебание;- type of emitted signal - harmonic oscillation;
- тип отраженного (переизлученного) сигнала - широкополосный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала B=Δfc Tc=200…1000, Δfc - ширина спектра);- type of reflected (re-emitted) signal - broadband signal with phase shift keying (signal base B = Δf c T c = 200 ... 1000, Δf c - spectrum width);
- габариты приемопередатчика, размещаемого на биообъекте или его останках - 8×15×5 мм;- dimensions of the transceiver located on the biological object or its remains - 8 × 15 × 5 mm;
- срок службы приемопередатчика - не менее 20 лет;- the service life of the transceiver is not less than 20 years;
- потребляемая приемопередатчиком мощность - 0 Вт.- power consumed by the transceiver - 0 W.
Каждый предполагаемый участник мероприятий, которые могут сделать этого участника потенциально пострадавшим, относится к группе риска и должен быть снабжен дополнительно 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.Each prospective participant in events that could make this participant potentially affected is at risk and should be equipped with an additional simple, reliable and miniature device (such as a keychain, ring or small medallion), which should not impede the owner’s normal life activity, but should bear You need unique information about this owner.
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 удовлетворяют предлагаемые способ и устройство.The second important requirement for this device is the ability to remotely read the information it carries, an unlimited number of times, without any involvement of the owner, and after a long time, for example, after an earthquake. The proposed method and device satisfy these requirements.
С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью.From the point of view of detection, complex QPSK signals have energetic and structural secrecy.
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 широкополосный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскирован шумами и помехами. Причем энергия широкополосного 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.The energy secrecy of complex QPSK signals is due to their high compressibility in time or spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, the broadband QPSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of a broadband signal is by no means small; it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point in this region the signal power is less than the power of noise and interference.
Структурная скрытность широкополосных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку широкополосных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.The structural secrecy of broadband QPSK signals is caused by a wide variety of their forms and significant ranges of parameter values, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of broadband QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiving device.
Широкополосные 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.Broadband FMN signals allow the use of a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to distinguish these signals from other signals and interference operating in the same frequency band and at the same time intervals.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности определения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков. Это достигается за счет повышения точности измерения дальности и пеленга засыпанных биообъектов или их останков путем использования производной корреляционной функции dR(τ)/dτ, вибраторной и рамочной антенн, которые формируют кардиоидную диаграмму направленности.Thus, the proposed method and device in comparison with prototypes and other technical solutions of a similar purpose provide an increase in the accuracy of determining the location of bombarded biological objects or their remains. This is achieved by increasing the accuracy of measuring the range and bearing of buried biological objects or their remains by using the derivative of the correlation function dR (τ) / dτ, vibrator and frame antennas that form a cardioid radiation pattern.
Метод минимума производной корреляционной функции и метод минимума кардиоидной диаграммы направленности (прохождение через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладают еще одним весьма существенным преимуществом нулевых методов, а именно амплитуды входных сигналов и их флюктуации не оказывают влияния на результаты измеренийThe minimum method of the derivative of the correlation function and the minimum method of the cardioid radiation pattern (passing through zero), along with high accuracy and sensitivity, have another very significant advantage of the zero methods, namely, the amplitudes of the input signals and their fluctuations do not affect the measurement results
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126490/28A RU2515191C2 (en) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126490/28A RU2515191C2 (en) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012126490A RU2012126490A (en) | 2013-12-27 |
RU2515191C2 true RU2515191C2 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=49786044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012126490/28A RU2515191C2 (en) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515191C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6031482A (en) * | 1995-12-22 | 2000-02-29 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Method and system for sensing and locating a person, e.g. under an avalanche |
RU2306159C1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-09-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Method and device for buried biological object or biological object remains location detection |
RU2370792C2 (en) * | 2007-10-17 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского" | Method of location detection of burried bio-objects or their remains and device for its performance |
EP2244101A1 (en) * | 2008-01-04 | 2010-10-27 | Pontificia Universidad Catolica de Chile | System and method for detecting, locating and identifying objects located above ground or below ground in a pre-referenced area of interest |
RU2431870C1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-10-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of detecting location of filled bio-objects or remains thereof and device for realising said method |
RU2434253C1 (en) * | 2010-07-19 | 2011-11-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation |
-
2012
- 2012-06-19 RU RU2012126490/28A patent/RU2515191C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6031482A (en) * | 1995-12-22 | 2000-02-29 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Method and system for sensing and locating a person, e.g. under an avalanche |
RU2306159C1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-09-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Method and device for buried biological object or biological object remains location detection |
RU2370792C2 (en) * | 2007-10-17 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского" | Method of location detection of burried bio-objects or their remains and device for its performance |
EP2244101A1 (en) * | 2008-01-04 | 2010-10-27 | Pontificia Universidad Catolica de Chile | System and method for detecting, locating and identifying objects located above ground or below ground in a pre-referenced area of interest |
RU2431870C1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-10-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of detecting location of filled bio-objects or remains thereof and device for realising said method |
RU2434253C1 (en) * | 2010-07-19 | 2011-11-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012126490A (en) | 2013-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5323114A (en) | Method and apparatus for obtaining sectional information of the underground by measuring time differences and strength of electromagnetic signals | |
EP2182375A1 (en) | A combined direction finder and radar system, method and computer program product | |
RU2553272C1 (en) | Method of measuring range and radial velocity in radar station with probing composite pseudorandom chirp pulse | |
RU2434253C1 (en) | Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation | |
US20090189740A1 (en) | Method and system for detecting vital signs of living bodies | |
RU2515191C2 (en) | Method of locating buried biological objects or remains thereof and device for realising said method | |
RU2013121063A (en) | CLOCK SYNCHRONIZATION METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2296432C1 (en) | Method for autocorrelation receipt of noise-like signals | |
Lind et al. | Intercepted signals for ionospheric science | |
RU2370792C2 (en) | Method of location detection of burried bio-objects or their remains and device for its performance | |
RU2402787C1 (en) | Method of finding vessels in distress | |
RU2386977C1 (en) | Method of direction finding and direction-finder for its implementation | |
RU2410729C1 (en) | Method of detecting location of filled bio-objects or remains thereof and device for realising said method | |
RU2530542C1 (en) | Method and device for measurement of angular height of object of search in surveillance non-linear radars | |
RU2248235C1 (en) | Method and device for determining location of buried biological objects or their remnants | |
RU2431870C1 (en) | Method of detecting location of filled bio-objects or remains thereof and device for realising said method | |
RU2405170C1 (en) | Radar station for successive range scanning with linear adjustment of duration of probing phase-shift keyed radio pulses | |
RU2439607C1 (en) | Detection method of suffering distress and device for its implementation | |
RU2526533C2 (en) | Phase-based direction-finder | |
RU2625212C1 (en) | Method of control and registration of movement of vehicles | |
RU2369418C1 (en) | Method for detection of dumped bioobjects or their remains location and device for their realisation | |
RU2108596C1 (en) | Radio complex searching for markers | |
RU2426148C1 (en) | Telemetry system for identification of objects | |
RU2206902C1 (en) | Method of detection of men in distress | |
RU2711632C1 (en) | Method of underground facilities of subway monitoring and system for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140620 |