УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ИЛИ ВЕЩЕСТВ, НЕ РАЗРЕШЕННЫХ ДЛЯ ПРОНОСА В ЗОНУ КОНТРОЛИРУЕМОГО ДОСТУПА
DEVICE AND METHOD FOR DETECTING OBJECTS OR SUBSTANCES NOT ALLOWED TO BE BROUGHT INTO CONTROLLED ACCESS ZONE

Область техники
Изобретение относится к детекторам, предназначенным для обнаружения объектов или материалов, которые не разрешено проносить в зону контролируемого доступа.
Уровень техники
В настоящее время представляется необходимым с высокой надежностью контролировать попытки внести в контролируемую зону или вынести из нее определенные объекты, не исчерпывающими примерами которых являются взрывчатые материалы.
Данная проблема охватывает очень широкий набор ситуаций, который включает (не ограничиваясь ими) попытки вноса объектов в контролируемую зону, такую как магазин, школа, железнодорожная станция, общественное или даже частное помещение, или попытки вынести объекты за пределы определенного периметра, например, кражи из компании или в защищенной зоне.
Уже в течение многих лет применяются проходные металлодетекторы, преимущественно основанные на использовании индукционных обмоток. Принцип действия этих устройств, хорошо известный специалистам, состоит в том, что излучающие обмотки генерируют магнитное поле, а приемные обмотки детектируют возмущения этого поля, создаваемые металлическими объектами, проносимыми человеком, который проходит через арочный детектор. Примеры таких проходных металлодетекторов описаны в документах ЕР 1750147 и ЕР 1892542.
В последние годы были разработаны сканеры тела, чтобы обнаруживать оружие, взрывчатые вещества и другие предметы, спрятанные под одеждой людей, входящих в контролируемую зону. Все эти системы используют технологии, основанные на детектировании излучения, модулируемого или испускаемого телами инспектируемых людей. Излучения, используемые для этой цели, включают рентгеновское излучение, излучение в микроволновом, миллиметровом или терагерцовом диапазоне, инфракрасное излучение и ультразвук.
Пример сканера тела описан в документе ЕР 2202700.
Несмотря на использование различных типов излучения и различных схем получения изображения, принцип всех этих сканеров тела состоит в создании электронного изображения человека, одежда которого представляется прозрачной. Затем данное изображение отображается на мониторе и рассматривается оператором, который определяет, проносит ли человек целевой объект. Для этого оператор, прошедший специальную подготовку для детектирования целевых объектов, должен быть способен определять, соответствуют ли объекты, идентифицированные сканером тела, анатомии человека, разрешенным объектам (таким как зажигалка, платок или другие подобные предметы) или целевому объекту, такому как оружие или взрывчатое вещество.
В связи с этим заявителем было разработано устройство, содержащее рамку. Рамка содержит опорное основание, образованное прямоугольной пластиной в форме ступеньки, на верхней плоской поверхности которой сформированы профиль в форме отпечатка подошвы и ограничитель, предназначенные для приема и позиционирования одной обутой ступни человека. Рамка содержит также две симметричные боковые панели, в которых размещены средства обнаружения, и информационный модуль.
Примеры этого устройства раскрыты в документах FR 2860631, ЕР 1574879, FR 2889338 и FR 2911212.
Средства обнаружения, описанные в указанных документах, могут быть образованы обмотками для обнаружения металлов; средствами отбора проб в виде всасывающих сопел, обеспечивающих анализ пара или следов частиц, например наркотиков или взрывчатых веществ; средствами анализа, основанными на ядерно-магнитном резонансе и содержащими, например, катушки Гельмгольца, или средствами анализа суммарного импеданса, или устройствами обнаружения радиоактивного излучения.
Все эти известные устройства уже подтвердили свою большую полезность.
Однако в настоящее время требуется обеспечить еще более точное детектирование.
Более конкретно, в настоящее время существует проблема контроля доступа к общественным зданиям и сооружениям, таким, например, как стадионы и крупные театры, приток людей в которые составляет несколько сотен человек в час (вплоть до 1000 человек в час). Использование сканеров тела требует, чтобы каждый человек оставался неподвижным несколько секунд, в течение которых микроволновые преобразователи смогут считать и проанализировать сигналы, сформированные в результате измерений. Достигаемая при этом производительность, хотя и приемлемая, например, для контроля в аэропортах, является очень низкой и явно недостаточной для крупных общественных мероприятий.
Раскрытие изобретения
В связи с изложенным, задача, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы предложить новое средство обнаружения для улучшенного детектирования целевых объектов, попыток проноса которых можно ожидать.
Конкретная задача, поставленная перед изобретением, состоит в том, чтобы предложить средство обнаружения, эффективное независимо от того, в каком именно месте на теле человека закреплен скрываемый объект, например на передней или задней стороне тела или в каком-то промежуточном положении, или на каком-то другом месте тела.
Еще одна задача заключается в том, чтобы предложить систему, которая позволяет контролировать (досматривать) движущегося человека с целью определить, свободен ли от каких-либо объектов периметр его тела или же на него наложены металлические и/или диэлектрические объекты.
Согласно изобретению эти задачи решены созданием устройства, которое содержит:
- по меньшей мере две стойки, совместно образующие проход, через который могут проходить люди, подлежащие проверке;
- обмотки, размещенные в двух стойках и сконфигурированные для формирования магнитного детектирующего поля и для детектирования возмущений магнитного детектирующего поля, вызванных продвижением человека через проход между двумя стойками;
- преобразователи в форме микроволновых излучателей/приемников, размещенные в двух стойках, и
- средства анализа, сконфигурированные для анализа сигналов от приемных обмоток, чтобы детектировать присутствие металлического объекта, проносимого человеком, который движется в указанном проходе, образованном между двумя стойками, а также для анализа сигналов от микроволновых приемников, соответствующих микроволновым сигналам, переданным от одной стойки к противолежащей стойке, и микроволновым сигналам, исходящим из одной стойки и отраженным к той же стойке, чтобы детектировать присутствие диэлектрического материала, проносимого человеком, который движется в указанном проходе, и установить пространственные корреляции, существующие между металлическими объектами и детектированными диэлектрическими материалами.
По контрасту со сканерами тела, которые требуют, чтобы каждый проверяемый человек был неподвижен, устройство согласно изобретению осуществляет анализ, который использует движение человека как "пространственное сканирование" его периметра относительно стоек с индукционными обмотками и с микроволновыми излучателями и приемниками, решая, тем самым, проблему высокой производительности.
Изобретение относится также к способу обнаружения, посредством данного устройства, скрываемых объектов, проносимых человеком.
Краткое описание чертежей
Другие свойства, решаемые задачи и преимущества изобретения станут более понятны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей, соответствующих неограничивающим примерам.
На фиг. 1 представлено перспективное изображение устройства по изобретению.
Фиг. 2 схематично иллюстрирует то же устройство с показом микроволновых преобразователей, размещенных в двух его стойках.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует, в вертикальном разрезе, микроволновые пучки, испускаемые в устройстве по изобретению.
Фиг. 4а схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, испускание излучателем, находящимся в одной стойке, микроволн (СВЧ-излучения) в направлении приемника, находящегося в противолежащей стойке, тогда как фиг. 4b иллюстрирует сигнал, принимаемый приемником до того, как человек пересечет микроволновый пучок.
Фиг. 5а схематично иллюстрирует ситуацию, когда человек пересекает микроволновый пучок, тогда как фиг. 5b иллюстрирует сигнал, отраженный в направлении излучателя/приемника.
Фиг. 6 схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, возможные взаимодействия между излучателями и приемниками, если каждый излучатель сконфигурирован для испускания излучения в направлении нескольких приемников, а каждый приемник сконфигурирован симметрично, т.е. для приема пучков, испущенных несколькими излучателями.
Фиг. 7а схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, испускание/прием микроволн в случае, когда человек, движущийся в проходе, проносит на своей передней стороне скрываемый объект; фиг. 7b схематично иллюстрирует сигнал, прошедший через этот объект и характеризующийся специфичными задержкой и ослаблением, тогда как фиг. 7с иллюстрирует сигнал, прошедший через воздух между другой парой микроволновых преобразователей.
Фиг.8а схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, испускание/прием микроволн в случае, когда человек, движущийся в проходе, проносит скрываемый объект на своей задней стороне; фиг. 8b схематично иллюстрирует сигнал, прошедший через этот объект и характеризующийся специфичными задержкой и ослаблением, тогда как фиг. 8с схематично иллюстрирует сигнал, отраженный человеком и характеризующийся специфичной задержкой.
Фиг. 9а схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, испускание/прием микроволн в случае, когда человек, движущийся в проходе, проносит скрываемый объект на своей передней стороне, но со смещением к одному боку; фиг. 9b схематично иллюстрирует сигнал, прошедший через этот объект и характеризующийся специфичными задержкой и ослаблением, тогда как фиг. 9с схематично иллюстрирует сигнал, отраженный человеком и характеризующийся специфичной задержкой, а фиг. 9d схематично иллюстрирует двойной эхо-сигнал, часть которого обусловлена отражением от скрываемого объекта, а другая часть - от тела человека, причем каждая часть характеризуется специфичными значениями задержки и ослабления.
Фиг. 10а иллюстрирует ситуацию, сходную с представленной на фиг. 9а, но со смещением скрываемого объекта к противоположному боку человека, тогда как фиг. 10b, 10с и 10d иллюстрируют (аналогично фиг. 9b, 9с и 9d) сигнал, прошедший напрямую, сигнал, отраженный человеком, и двойной эхо-сигнал соответственно.
Фиг. 11а схематично иллюстрирует, на виде в разрезе горизонтальной плоскостью, испускание/прием микроволн в случае, когда человек, движущийся в проходе, проносит скрываемый объект на своем боку; фиг. 11b схематично иллюстрирует сигнал, отраженный человеком и характеризующийся специфичной задержкой, тогда как фиг. 11с схематично иллюстрирует отраженный двойной эхо-сигнал, часть которого обусловлена отражением от скрываемого объекта, а другая - от тела человека, причем каждая часть характеризуется специфичными значениями задержки и ослабления.
На фиг. 12 представлена блок-схема процесса определения пространственной корреляции между металлическим объектом, детектированным посредством обмоток, и диэлектрическим объектом, детектированным посредством микроволновых преобразователей.
Фиг. 13а схематично иллюстрирует 4 преобразователя, попарно находящиеся на одинаковом горизонтальном уровне в двух стойках, т.е. преобразователи, находящиеся в каждой стойке на входе и на выходе из прохода, тогда как фиг. 13b иллюстрирует матрицу 4×4 возможных взаимодействий между этими 4 преобразователями в зависимости от того, функционируют ли они как излучатели или как приемники.
Фиг. 14a-14g иллюстрируют 7 различных последовательных положений при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников.
Фиг. 15а-15g иллюстрируют 7 различных последовательных положений в процессе движения человека в проходе, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, но для случая, когда человек проносит на передней стороне тела скрываемый диэлектрический объект; иллюстрируются также соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников.
Фиг. 16а-16g иллюстрируют 7 различных последовательных положений при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, но для случая, когда человек проносит на задней стороне тела скрываемый диэлектрический объект.
Фиг. 17а-17g иллюстрируют 7 различных последовательных положений при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, но для случая, когда человек проносит скрываемый диэлектрический объект на передней стороне тела, со смещением клевому боку.
Фиг. 18а-18g иллюстрируют 7 различных последовательных положений при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, но для случая, когда человек проносит скрываемый диэлектрический объект на передней стороне тела, со смещением к правому боку.
Осуществление изобретения
Прилагаемые чертежи, в частности фиг. 1, иллюстрируют устройство по изобретению, содержащее две стойки 10, 20, совместно образующие проход 30, через который могут проходить люди, подлежащие проверке.
В качестве неограничивающего примера, стойки 10, 20 могут иметь высоту 150-200 см, предпочтительно 150-180 см, тогда как расстояние между двумя стойками предпочтительно составляет 70-100 см.
Как было упомянуто, устройство по изобретению содержит обмотки 110, 120, размещенные в двух стойках. Эти обмотки сконфигурированы для испускания магнитного детектирующего поля и для детектирования возмущений этого поля, вызванных продвижением человека через проход между двумя стойками.
Обмотки 110, 120 проиллюстрированы на фиг. 4-11. Они предпочтительно расположены по всей высоте стоек 10, 20.
Устройство по изобретению содержит также средства 40 анализа, сконфигурированные для анализа сигналов от приемных обмоток 110 и 120 с целью детектировать присутствие металлического объекта, проносимого человеком I, который движется в проходе 30, образованном между двумя стойками 10, 20.
Обмотки 110, 120 могут изготавливаться согласно многим известным вариантам, в том числе используемым в настоящее время в известных металлодетекторах. Они функционируют также хорошо известным образом.
Поэтому конструкция и функционирование обмоток 110, 120 в данном описании подробно не рассматриваются.
Однако очевидно, что каждую обмотку 110, 120, находящуюся в стойке 10 или 20, можно сформировать из нескольких витков, тогда как распределение обмоток по высоте стоек 10 и 20 выбирается таким, чтобы оптимизировать детектирование под управлением средств анализа, в частности генерирование переменных индукционных полей в определенном интервале частот и, соответственно, прием всех этих переменных индукционных полей в том же интервале частот.
Такие конфигурации сами по себе известны и поэтому в данном описании подробно не рассматриваются.
Индукционные поля предпочтительно генерируются обмотками 110, 120 металлодетекторов в интервале частот от 70 Гц до 30 кГц.
Было упомянуто также, что устройство по изобретению дополнительно содержит микроволновые преобразователи 210, 220 в форме излучателей/приемников, размещенных соответственно в двух стойках 10, 20.
Далее к обозначениям 210, 220 преобразователей будет добавляться индекс Тх, когда они функционируют как излучатели, и индекс Rx, когда они функционируют как приемники.
При этом каждый преобразователь 210, 220 предпочтительно способен функционировать последовательно и альтернативно как излучатель и/или приемник.
Средства 40 анализа сконфигурированы также для анализа сигналов от микроволновых приемников 210Rx, 220Rx.
Более конкретно, как было упомянуто выше, средства 40 анализа в устройстве по изобретению сконфигурированы для анализа сигналов от микроволновых приемников 210Rx, 220Rx, соответствующих микроволновым сигналам, передаваемым от одной стойки к противолежащей стойке, и микроволновым сигналам, исходящим от одной стойки и отраженным к той же стойке, чтобы детектировать присутствие диэлектрического материала, проносимого человеком I, который движется в проходе, и устанавливать пространственные корреляции, существующие между металлическими объектами и детектированными диэлектрическими материалами.
"Установление пространственных корреляций между детектированными металлическими объектами и диэлектрическими материалами" означает, что средства 40 анализа сконфигурированы с возможностью определения того, имеется ли пространственное совпадение между каким-либо объектом, скрываемым на части тела человека I и детектированным на основе сигналов от микроволновых приемников 210Rx, 220Rx, и металлом, детектированным по результатам обработки сигналов, полученных от приемных обмоток 110 и 120.
Фиг. 12 иллюстрирует, в форме блок-схемы, основные операции (шаги) процесса определения пространственной корреляции между металлическим объектом, детектируемым посредством обмоток 110, 120, и диэлектрическим объектом, детектируемым посредством микроволновых преобразователей 210, 220.
Шаги 300 и 304 - это соответственно шаги детектирования металлического объекта посредством обмоток 110, 120 и диэлектрического объекта посредством микроволновых преобразователей 210, 220. Шаги 300 и 304 повторяются в режиме цикла, если не происходит никакого детектирования. В случае необходимости, шаги 300 и 304 могут сопровождаться соответствующими операциями (шагами 302 и 306 соответственно) отображения процесса детектирования металлического объекта посредством обмоток 110, 120 и диэлектрического объекта посредством микроволновых преобразователей 210, 220.
Если на шаге 300 детектируется металлический объект, а на шаге 304 детектируется диэлектрический объект, средства 40 анализа выполняют шаг 308 выявления пространственной корреляции между металлическим и диэлектрическим объектами. Более конкретно, средства анализа проверяют, не детектированы ли металлический и диэлектрический объекты на одной и той же части тела человека, движущегося в проходе 30.
В случае детектирования такой корреляции, на шаге 312 производится отображение этого события на дисплее и генерируется соответствующий тревожный сигнал.
После выполнения шага 312 описанный процесс возвращается к началу, т.е. на шаг 300.
Процесс возобновляется также, если на шаге 308 не выявлено никакой пространственной корреляции.
При отсутствии пространственной корреляции между детектированными металлическим и диэлектрическим объектами может быть предусмотрено, на шаге 310, отображение на дисплее этих двух объектов по отдельности.
Наличие корреляции между диэлектрическим и металлическим материалами помогает персоналу, контролирующему доступ посредством данного устройства, диагностировать природу скрываемого объекта, проносимого человеком, и, следовательно, облегчает выбор необходимых действий.
Устройство по изобретению содержит также средства отображения, сконфигурированные для отображения генерируемых тревожных сигналов.
Эти средства отображения предпочтительно сконфигурированы для указания, на какой высоте и на какой стороне прохода (правой или левой) детектированы пространственно коррелированные металлический и диэлектрический объекты.
Более конкретно, средства отображения согласно изобретению предпочтительно сконфигурированы для отображения (на видах спереди и сзади) силуэта человека, движущегося в проходе. При этом размеры силуэта определяются на основе измерения, проведенного путем детектирования отражения микроволновых пучков, и на этот силуэт накладываются, в правильном положении, изображения детектированных металлического и неметаллического (диэлектрического) объектов с указанием их природы.
Устройство предпочтительно содержит группу микроволновых преобразователей 210, 220, предпочтительно распределенных по вертикали в каждой стойке 10, 20. Как проиллюстрировано на фиг. 2, в стойке можно разместить, например, 15 преобразователей, взаимно смещенных по вертикали с расстоянием между смежными преобразователями, составляющим 2-10 см.
Каждый микроволновый преобразователь 210, 220 предпочтительно снабжен фокусирующим конусом, сконфигурированным для задания телесного угла, в котором распространяется излучение каждого преобразователя, таким образом, что преобразователи 210, 220 совместно создают завесу, непрерывную в вертикальном направлении по всей высоте стоек или, по меньшей мере, на части этой высоты. Более конкретно, распределение преобразователей 210, 220 по вертикали и их диаграммы направленности при испускании и приеме излучения предпочтительно задаются таким образом, что микроволновые пучки образуют непрерывную завесу по меньшей мере в продольной медианной плоскости прохода 30.
Преобразователи 210, 220 предпочтительно функционируют в интервале частот 5-90 ГГц, предпочтительно 10-30 ГГц, более предпочтительно 12-20 ГГц.
Преобразователи 210, 220, находящиеся в стойке 10 или 20, например 15 преобразователей, распределенных по вертикали, расположены коаксиально с соответствующими преобразователями 220, 210, находящимися в противолежащей стойке 20, 10.
Каждый преобразователь 210, 220 может альтернативно функционировать, под управлением средств 40 анализа, как излучатель (210Тх, 220Тх) или как приемник (210Rx, 220Rx) или как излучатель и приемник.
Как это проиллюстрировано на фиг. 3, каждый излучатель 210Тх, 220Тх предпочтительно сконфигурирован для испускания в направлении коаксиального приемника 220Rx, 210Rx в противолежащей стойке и в направлении преобразователей, расположенных по обе стороны от этого коаксиального преобразователя, т.е. непосредственно выше и ниже его.
Аналогично, как это также проиллюстрировано на фиг. 3, каждый приемник 210Rx, 220Rx предпочтительно сконфигурирован для приема излучения от коаксиального излучателя 220Тх, 210Тх, находящегося в противолежащей стойке, и от преобразователей, расположенных по обе стороны от этого коаксиального излучателя, т.е. непосредственно выше и ниже его.
Как показано на фиг. 4а, каждая стойка 10, 20 может содержать единственную вертикальную серию микроволновых преобразователей 210, 220, расположенных, например, с входной стороны прохода 30. Согласно фиг. 4а, обмотки 110, 120, используемые для обнаружения металлических объектов, расположены на центральной оси стоек 10, 20.
Однако, как это иллюстрируется фиг. 6-11, каждая стойка 10, 20 может содержать более одной вертикальной серии микроволновых преобразователей 210, 220. Так, согласно неограничивающим примерам по фиг. 6-11, обмотки 110, 120, используемые для обнаружения металлических объектов, расположены на центральной оси каждой стойки 10, 20, а серии микроволновых преобразователей 210, 220 расположены в каждой стойке 10, 20 со смещением относительно обмоток 110,120 к входной и выходной сторонам прохода.
Расстояние в горизонтальной плоскости между двумя преобразователями 210, 220, находящимися в одной и той же стойке, в типичном варианте составляет 10-30 см.
Как это иллюстрируется фиг. 4b, соответствующей ситуации по фиг. 4а, в которой человек I готов войти в проход 30, пока между излучателем 220Тх и приемником 210Rx нет ни объекта, ни человека, приемник 210Rx принимает сигнал лишь с небольшой задержкой и без заметного уменьшения амплитуды, поскольку сигнал передается по воздуху.
Если же человек входит в проход 30 и оказывается между парой преобразователей 210, 220 (см. фиг. 5а), возникают возмущения в отношении приема излучения приемником 220Rx, как это иллюстрируется фиг. 5b.
Более конкретно, как показано на фиг. 5а, микроволновый пучок, испускаемый преобразователем, действующим как излучатель 220Тх, вследствие существенного содержания воды в теле человека I, отражается почти полностью в направлении того же преобразователя 220, действующего при этом как приемник 220Rx, с задержкой, равной 2*d/c, где d - расстояние между излучателем 220Тх и телом человека I, а с - скорость микроволн в воздухе.
Используя детектированные отражения, устройство по изобретению определяет рост человека I, движущегося в проходе 30.
Фиг. 7 иллюстрирует функционирование устройства по изобретению в ситуации, в которой человек I, входящий в проход 30, проносит на передней стороне тела скрываемый объект X, содержащий вещество, непроницаемое для микроволн.
В этом случае, если объект X находится на траектории микроволнового пучка, то, как это иллюстрируется фиг. 7b, микроволновый пучок, испускаемый излучателем 220Тх в направлении противолежащего приемника 210Rx, проходит к этому приемнику, находящемуся в противолежащей стойке, с задержкой и ослаблением вследствие присутствия объекта X.
В ситуации по фиг. 7 объект X находится на траектории микроволнового пучка, испускаемого во входную часть прохода.
Вместе с тем, подобно тому, как это показано на фиг. 4b, поскольку объект X не находится между излучателем 220Тх и приемником 210Rx, расположенными на выходе из прохода 30, находящийся на выходе из прохода приемник 210Rx принимает сигнал только с небольшой задержкой и без заметного уменьшения амплитуды, поскольку сигнал передается по воздуху (см. фиг. 7с).
Если человек I продолжает двигаться вперед в проходе 30, его тело начнет отражать микроволновый пучок в направлении преобразователя, действующего в качестве излучателя и приемника, как это было описано со ссылками на фиг. 5.
Затем, когда человек дойдет до пары преобразователей 210, 220, находящихся у выхода из прохода 30, эти преобразователи обеспечат детектирование, аналогичное произведенному преобразователями 210, 220, находящимися у входа в проход 30, когда человек входил в этот проход.
На фиг. 8 иллюстрируется функционирование устройства по изобретению в ситуации, в которой человек I, движущийся в проходе 30, проносит скрываемый объект X, содержащий вещество, непроницаемое для микроволн, на задней стороне тела.
В этом случае микроволновые пучки, испускаемые преобразователями 210, 220, расположенными на входе в проход 30, будут сначала перекрыты телом человека, продвинувшимся на траекторию этих пучков (ситуация аналогична представленной на фиг. 5).
Затем микроволновый пучок, испускаемый излучателем 220Тх в направлении противолежащего приемника 210Rx, находящегося в противолежащей стойке, будет доходить до этого приемника (как это показано на фиг. 8b) с задержкой и ослаблением веществом объекта X, находящегося на траектории микроволнового пучка.
Одновременно, если расстояние между обеими сериями преобразователей 210 (и, соответственно, преобразователей 220) является малым, тело человека будет отражать микроволновый пучок в направлении преобразователей, находящихся у выхода из прохода 30 (как это было описано со ссылками на фиг. 5). Соответствующий отраженный сигнал, проиллюстрированный на фиг. 8с, сравним с сигналом по фиг. 5b.
При этом, аналогично ситуации по фиг. 4b, объект X пока не находится между излучателем 220Тх и приемником 210Rx, расположенными на выходе из прохода 30, так что данный приемник 210Rx принимает сигнал только с небольшой задержкой, обусловленной прохождением сигнала в воздухе, без заметного уменьшения амплитуды (т.е. он аналогичен сигналу по фиг. 4b).
Затем, когда человек дойдет до пары преобразователей 210, 220, находящихся у выхода из прохода 30, эти преобразователи обеспечат детектирование, аналогичное произведенному преобразователями 210, 220, находящимися у входа в проход 30, когда человек входил в этот проход.
На фиг. 9 иллюстрируется функционирование устройства по изобретению в ситуации, в которой человек I, движущийся в проходе 30, проносит скрываемый объект X, содержащий вещество, непроницаемое для микроволн, на передней стороне тела, но со смещением к одному боку.
В этом случае сначала микроволновые пучки, проходящие между преобразователями 210, 220, находящимися у входа в проход 30, перекрыты телом человека (эта ситуация аналогична представленной на фиг. 5: пучок, испускаемый излучателем 220Тх на входе, отражается обратно к нему (как это показано на фиг. 9с) с задержкой, равной 2*d/c). В то же время сигнал, испускаемый излучателем 220Тх, находящимся у выхода из прохода 30, в направлении приемника 210Rx, находящегося у входа в проход 30 на стороне объекта X, доходит до этого приемника 210Rx (как это иллюстрируется фиг. 9b) с задержкой и ослаблением, вносимыми веществом X, когда объект X находится на траектории микроволнового пучка.
Вместе с тем, подобно ситуации по фиг. 4b, поскольку объект X не пересекает траектории пучка между излучателем 220Тх и приемником 210Rx, находящимися на выходе из прохода 30, данный приемник 210Rx, находящийся у выхода из прохода, принимает от находящегося у выхода излучателя 220Тх сигнал только с небольшой задержкой, обусловленной прохождением сигнала в воздухе, без заметного уменьшения амплитуды, (см. фиг. 4b); тогда как пучок, испускаемый находящимся у выхода преобразователем 210 в направлении объекта X, отражается к этому же преобразователю 210, функционирующему как приемник. Соответственно, этот приемник принимает два последовательных эхо-сигнала с различными задержками: первый эхо-сигнал Х1 обусловлен отражением от вещества X, а второй эхо-сигнал Х2 - отражением от тела человека I (см фиг. 9d).
Затем, когда человек дойдет до пары преобразователей 210, 220, находящихся у выхода из прохода 30, эти преобразователи обеспечат детектирование, аналогичное произведенному преобразователями 210, 220, находящимися у входа в проход 30, когда человек входил в этот проход.
На фиг. 10 иллюстрируется функционирование устройства по изобретению в ситуации, в которой человек I, движущийся в проходе 30, проносит скрываемый объект X, содержащий вещество, непроницаемое для микроволн, на передней стороне своего тела, но со сдвигом к боку, противоположному по отношению к примеру по фиг. 9.
Ситуация является симметричной относительно медианной плоскости прохода по отношению к ситуации, рассмотренной со ссылками на фиг. 9. Поэтому функционирование устройства, проиллюстрированное фиг. 10b (прием через вещество X с задержкой и ослаблением вследствие присутствия этого вещества), фиг. 10с (отражение телом и прием излучения, отраженного обратно на излучатель с задержкой, равной 2*d/c) и фиг. 10d (два последовательных эхо-сигнала с различными задержками, причем первый эхо-сигнал Х1 обусловлен отражением от вещества X, а второй эхо-сигнал Х2 - отражением от тела человека I), не будет рассмотрено подробно.
Фиг. 11 соответствует ситуации, когда человек I проносит скрываемый объект X на своем боку.
Здесь преобразователи 210, 220 также последовательно детектируют сигнал либо как микроволновый пучок, прошедший, по существу, без задержки и ослабления, когда между излучателем и приемником не находится никакого объекта или тела (см. фиг. 11b), либо как отраженный пучок с задержкой, равной 2*d/c, когда тело человека перекрывает противолежащий излучатель, либо, когда напротив излучателя находится скрываемый объект X, как два эхо-сигнала с различной задержкой (это проиллюстрировано фиг. 11с): первый эхо-сигнал Х1 обусловлен отражением от вещества X, а второй эхо-сигнал Х2 - отражением от тела человека I.
Таким образом, управление парами излучателей/приемников 210, 220 и анализ сигналов от приемника 210Rx, 220Rx позволяют детектировать присутствие на человеке объекта X, непроницаемого для микроволн, и диагностировать локализацию этого объекта на теле человека I.
В общем случае, как показывают тесты, проведенные автором изобретения, второй эхо-сигнал от тела имеет большую амплитуду, чем первый эхо-сигнал от вещества X, которое является только частично отражающим.
При ознакомлении с данным описанием специалисту будет понятно, что изобретение позволяет детектировать скрытно проносимые человеком неметаллические вещества, например взрывчатые вещества или наркотики, путем детектирования задержки и амплитуды микроволновых сигналов, прошедших сквозь вещество и/или отраженных этим веществом, а также телом.
Средства 40 анализа осуществляют сравнение сигналов, проходящих напрямую, и/или отраженных сигналов с учетом характеристик прохождения волн в воздухе и/или отражения от тела, не несущего скрываемого объекта.
При этом средства 40 сконфигурированы для генерирования тревожного сигнала при детектировании значительных (превосходящих пороговое значение) отличий от референтных параметров.
Специалисту будет понятно, что анализ последовательностей сигналов, принятых от микроволновых преобразователей 210, 220, позволяет контролировать продвижение человека в проходе 20 и определять, проносит ли он диэлектрическое вещество, задерживающее микроволны, а также определять, путем анализа хронологии последовательностей сигналов, местонахождение этого вещества на теле человека.
Фиг. 13а схематично иллюстрирует 4 преобразователя 210, 220, попарно находящихся на одинаковом горизонтальном уровне в двух стойках. При этом в каждой стойке 10, 20 имеется преобразователь, находящийся на входе в проход, и преобразователь, находящийся  на выходе из прохода.
На фиг. 13b иллюстрируется матрица 4×4 возможных взаимодействий между этими 4 преобразователями в зависимости от того, функционируют ли они как излучатели и/или как приемники.
На фиг. 13b преобразователь 210, расположенный в левой стойке у входа в проход, обозначается соответственно, как 210Тх GAv и 210Rx GAv, когда он действует как излучатель и как приемник. Преобразователь 220, расположенный в правой стойке у входа в проход, обозначается соответственно, как 220Тх DAv и 220Rx DAv, когда он действует как излучатель и как приемник. Преобразователь 210, расположенный в левой стойке у выхода из прохода, обозначается соответственно, как 210Tx GAr и 210Rx GAr, когда он действует как излучатель и как приемник. Преобразователь 220, расположенный в правой стойке у выхода из прохода, обозначается соответственно, как 220Tx DAr и 220Rx DAr, когда он действует как излучатель и как приемник.
Фиг. 14а-14g иллюстрируют 7 различных последовательных положений в процессе движения человека в проходе 30 и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников. На фиг. 14 обозначения "О", "Rx" и "Echo" относятся соответственно к ситуациям, когда приемник не принимает никакого сигнала; когда приемник принимает сигнал, сгенерированный излучателем, почти без задержки и ослабления, и когда он принимает свой собственный сигнал, отраженный телом человека I.
Фиг. 15а-15g иллюстрируют, подобно фиг. 14а-14g, 7 различных последовательных положений в процессе движения человека в проходе 30, но в ситуации, в которой человек скрытно проносит на передней стороне тела диэлектрический объект X, и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников. На фиг. 15 обозначения "О", "Rx", "Echo" и "Attenuated Delay" относятся соответственно к ситуациям, когда приемник не принимает никакого сигнала; когда приемник принимает сигнал, сгенерированный излучателем, почти без задержки и ослабления; когда он принимает свой собственный сигнал, отраженный телом человека I, и когда он принимает задержанный и ослабленный сигнал, прошедший сквозь скрытно проносимый диэлектрический объект X.
Аналогично:
- фиг.16а-16g схематично иллюстрируют различные последовательные положения при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, в ситуации, в которой человек скрытно проносит диэлектрический объект на задней стороне тела;
- фиг.17а-17g схематично иллюстрируют различные последовательные положения при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, в ситуации, в которой человек скрытно проносит диэлектрический объект на передней стороне тела;
- фиг.18а-18g схематично иллюстрируют различные последовательные положения при движении человека в проходе и соответствующие матрицы детектирования посредством микроволновых приемников, аналогичные представленным на фиг. 14а-14g, в ситуации, в которой человек скрытно проносит диэлектрический объект на передней стороне тела, со сдвигом к правому боку.
В процессе анализа сравниваются сигналы, отражающие хронологию состояний по фиг. 14, 15, 16, 17 и 18, и детектируются присутствие объекта X и его местонахождение на теле человека.
Средства 40 анализа учитывают не только эволюцию хронологических сигналов на одном приемнике 210 или 220, но также асимметрию сигналов, принятых передними и задними приемниками 210 или 220, а также асимметрию между сигналами, принятыми соответствующими приемниками 210 или 220, расположенными в левой и в правой стойках.
Разумеется, количество последовательностей сигналов, принимаемых во внимание (в данном варианте 7) не должно ограничиваться и должно выбираться с учетом относительных размеров прохода, размеров человека в поперечном сечении и (предпочтительно) разрешения при детектировании.
Кроме того, количество референтных матриц, используемых для детектирования присутствия объекта X, должно быть увеличено, чтобы учесть возможные положения объекта на человеке (на его передней, на задней или боковых сторонах) на базе операционных принципов (передача напрямую, отражение, двойное эхо (Double Echo - см. фиг. 16-18)), описанных применительно к фиг. 4-11.
На практике используется несколько уровней преобразователей 210, 220, взаимно смещенных по вертикали, например 15 уровней, и каждый преобразователь 210, 220 взаимодействует не только с преобразователями на том же уровне, но также с преобразователями более низкого уровня и с преобразователями более высокого уровня. Наличие этих различных смещенных по вертикали уровней преобразователей позволяет определить положение по вертикали любого детектированного диэлектрического объекта.
Поэтому средства анализа используют большое количество матриц детектирования, позволяющее обнаруживать присутствие на человеке диэлектрического материала, задерживающего микроволны, а также определять положение такого материала на теле человека, т.е. не только положение объекта на теле по высоте, но также и его положение на горизонтальном сечении тела.
В связи с фиг. 9-11 уже упоминалась возможность приема двойных эхо-сигналов как следствие отражения от скрываемого объекта X, который нужно обнаружить, и отражения от тела человека I. Однако, в зависимости от конфигурации и/или положения скрываемых объектов X, которые нужно обнаружить, приемник 210 или 220 может принимать более двух эхо-сигналов ("тройное эхо", "Triple echo"), как это отображено, в частности, на фиг. 17с, 17е, 18с и 18е, или даже усиленные эхо-сигналы.
Средства 40 анализа согласно изобретению предпочтительно сконфигурированы для выполнения по меньшей мере одной из следующих операций, предпочтительно в комбинации со всеми другими из следующих операций:
- измерение задержки и амплитуды микроволн, прошедших напрямую между каждой парой, образованной коаксиальными излучателем 210Тх, 220Тx и приемником 210Rx, 220Rx, находящимися в двух противолежащих стойках 10, 20;
- измерение задержки и амплитуды микроволн, прошедших под острым углом к одной из осей панели между каждым излучателем 210Тх, 220Тx, находящимся в одной стойке 10, 20, и приемниками 210Rx, 220Rx, расположенными по обе стороны от приемника, находящегося в противолежащей стойке коаксиально с излучателем;
- измерение задержки и амплитуды микроволн, испущенных каждым преобразователем 210, 220 в форме излучателя/приемника и отраженных в направлении того же преобразователя, образующего приемник 210Rx, 220Rx, или в направлении приемников 210Rx, 220Rx, расположенных по обе стороны от указанного преобразователя, телом человека или неметаллическим веществом, скрытно проносимым данным человеком;
-детектирование присутствия двойного эхо-сигнала, соответствующего микроволнам, отраженным скрываемым объектом и телом человека;
- сравнение микроволн, прошедших напрямую, с референтным значением для прохождения через воздух, и генерирование тревожного сигнала в случае детектирования задержки, превышающей пороговое значение, и сигнала с амплитудой, соответствующей веществам, вносящим задержку и ослабляющим микроволны;
- сравнение микроволн, прошедших напрямую, с микроволнами, дошедшими до смежных преобразователей, и генерирование тревожного сигнала в случае детектирования превышающего пороговое значение различия между соответствующими сигналами (что указывает на присутствие неметаллического вещества, непроницаемого для микроволн);
- сравнение микроволн, прошедших под острым углом к одной из осей панели, с референтным значением для прохождения через воздух, и генерирование тревожного сигнала в случае детектирования задержки, превышающей пороговое значение, и сигнала с амплитудой, соответствующей веществам, вносящим задержку и ослабляющим микроволны;
- сравнение микроволн, прошедших под острым углом к одной из осей панели, со смежными микроволнами, прошедшими напрямую, и генерирование тревожного сигнала в случае детектирования превышающих пороговое значение различий между соответствующими сигналами (такое детектирование указывает на присутствие неметаллического вещества, непроницаемого для микроволн);
- сравнение детектированного двойного эхо-сигнала со значением для прохождения через воздух и генерирование тревожного сигнала в случае детектирования превышающей пороговое значение задержки между пиками двух эхо-сигналов с амплитудами, превышающими пороговое значение (первый эхо-сигнал соответствует веществу, которое отражает часть волны, а второй эхо-сигнал соответствует веществу, вносящему задержку и поглощающему неотраженный сигнал);
- измерение роста человека, движущегося в проходе 30, как соответствующего высоте зоны отражения микроволн, предпочтительно у каждой стойки;
- определение положения человека, движущегося в проходе между входом и выходом, путем анализа сигналов, принятых приемниками;
- измерение изменений, возникающих в индуцированных полях под влиянием металлического вещества, проносимого человеком, который движется в проходе;
- отображение высоты и правой или левой стороны прохода для индикации зоны, в которой детектированы пространственно коррелированные металлический и диэлектрический объекты;
- отображение, на видах спереди и сзади, силуэта человека, движущегося в проходе, с размерами силуэта, определяемыми на основе измерения, проведенного путем детектирования отражения микроволновых пучков, с отображением положения и природы детектированных металлических и неметаллических (диэлектрических) объектов;
- генерирование индуцированных полей металлодетекторов в интервале частот 70 Гц - 30 кГц,
- генерирование микроволновых пучков в интервале частот 10-90 ГГц.
Описанное устройство по изобретению может быть дополнено вспомогательным оборудованием, например средствами для отбора проб и анализа веществ, пара или следов частиц, и/или средствами анализа по методу ядерно-магнитного резонанса, средствами анализа суммарного импеданса и/или средствами обнаружения радиоактивного излучения.
Такие средства сами по себе в принципе известны и поэтому в данном описании подробно не рассматриваются.
Разумеется, изобретение не ограничивается рассмотренными вариантами, а охватывает все варианты в пределах изобретательского замысла.
Благодаря детектированию пространственной корреляции между металлическими объектами и детектированными диэлектрическими материалами, изобретение обеспечивает надежное детектирование взрывчатых веществ, проносимых людьми, например пояса со взрывчаткой, особенно в сочетании с мелкими металлическими объектами. Изобретение обеспечивает также надежное детектирование содержимого портфелей, чемоданчиков и т.д., проносимых людьми, поскольку надежное детектирование обеспечивается по всей высоте стоек, вплоть до самого пола.
Специалисту будет понятно, что в отличие от сканеров тела, которые требуют, чтобы каждый проверяемый человек был неподвижен, т.е. чтобы анализ производился в статике, изобретение, благодаря использованию движения человека для осуществления пространственного сканирования его периметра относительно вертикальных серий индукционных (микроволновых) излучателей и приемников и измерения временных характеристик и ослабления микроволнового импульса, обусловленного диэлектрическим веществом, позволяет производить измерения в очень ограниченном и поэтому очень четко определенном пространстве.
Пучки между излучающими и приемными антеннами сначала частично поглощаются диэлектрическим веществом. В этой фазе значительная часть энергии проходит напрямую, т.е. не испытывает влияния диэлектрика, поскольку остаются доступными траектории через воздух. Когда человек продвигается вперед, пучки между излучателями перекрываются все в большей степени вплоть до того, что на приемники поступает только энергия, прошедшая сквозь диэлектрик, т.к. все другие траектории перекрыты. Это положение является идеальным для измерения диэлектрических свойств материала. Пространственная зона, соответствующая этому идеальному положению (в процессе перемещения проверяемого человека относительно микроволнового пучка) соответствует его смещению на 1 или 2 см.
Непрерывный мониторинг принятых микроволновых сигналов производится с относительно высокой частотой, в типичном случае 10-100 раз/с. Это частота должна быть достаточно высокой, чтобы провести по меньшей мере одно измерение в оптимальных условия (почти полностью перекрытый пучок, остаточная энергия проходит только через диэлектрическую массу).