СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НОСИМЫХ ОСКОЛОЧНЫХ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ
METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING PORTABLE FRAGMENTATION EXPLOSIVES

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано в системах защиты объектов.
Известен одночастотный миноискатель, работающий на принципе нелинейной радиолокации [1]. Принцип его работы заключается в следующем. Мина с электронными компонентами, находящаяся на местности, засоренной маскирующими металлическими предметами (осколками, обрезками проволоки и т.д.), облучается одночастотными СВЧ-сигналами. Прием отраженного сигнала ведется на частотах второй и третьей СВЧ-гармоник. При этом вторая гармоника создается в основном p-n переходами электронных устройств, а третья - металлическими контактами. Это позволяет выявлять мины с электронными компонентами на засоренной металлом местности. Данный принцип реализован в переносном искателе неконтактных взрывных устройств «Детектор нелинейных переходов NR900EK», выпускаемом серийно [2]. Недостаток аналога - низкая эффективность обнаружения осколочных взрывных устройств из-за малого уровня сигнала на 3-й гармонике. Это объясняется усилением шунтирующего влияния емкости металлических контактов на высоких частотах 3-й гармоники. Кроме того, сильное помеховое влияние оказывают собственные гармоники СВЧ-передатчика. В совокупности данные недостатки снижают дальность обнаружения осколочных взрывных устройств.
Наиболее близким к заявленному изобретению является двухчастотный способ нелинейной радиолокации [3] с регистрацией комбинационных частот второго и третьего порядка. Недостатком данного способа является сложность отстройки от помехового влияния носимых электронных устройств (мобильных телефонов, радиоприемников и т.д.), создающих помеху на комбинационных частотах.
Техническим результатом изобретения является повышение дальности обнаружения осколочных взрывных устройств на фоне помех от электронных компонентов.
Осколочные взрывные устройства, как правило, имеют в своем составе радиопрозрачную диэлектрическую емкость, наполненную готовыми поражающими металлическими элементами. В совокупности данные элементы представляют собой большую группу металлических контактов, имеющих различную площадь и усилие соприкосновения. Для выявления осколочных взрывных устройств, на фоне «нелинейных» отражений от носимых электронных устройств, предлагается использовать три демаскирующих признака, присущих большой группе контактирующих металлических элементов:
- наличие модулированного по амплитуде «фликкер-шума». «Фликкер-шум» представляет собой низкочастотную шумоподобную амплитудную модуляцию отраженного СВЧ-сигнала на комбинационных частотах, которая возникает при облучении группы нелинейных металлических контактов [4, 5]. Принятие решения о наличие «фликкер-шума» осуществляется при наблюдении отраженных сигналов на комбинационных частотах с одновременным увеличением среднего уровня шумовой составляющей. Кроме того, при периодических микровстрясываниях, формируемых в большой группе металлических контактов при ходьбе человека, «фликкер-шум» будет дополнительно промодулирован по амплитуде с инфранизкой частотой, соответствующей темпу совершения шагов;
- низкочастотная шумовая модуляция отраженного сигнала на комбинационных частотах, возникающая вследствие плазменного пробоя в тонких оксидных пленках металлических контактов при их облучении СВЧ электромагнитным полем [6]. Решение о наличии данного признака принимается при наблюдении скачкообразного увеличения уровня шума, что свидетельствует о начале возникновения плазменных пробоев в тонких диэлектрических оксидных пленках большой группы металлических контактов;
- значительно больший уровень амплитуды комбинационной частоты третьего порядка по сравнению с амплитудой комбинационной частоты второго порядка при регистрации отражений от многочисленных контактов [8, 9]. Физическая сущность природы данного признака заключается в следующем. Нечетность функции, описывающей вольт-амперную характеристику группы металлических контактов, приводит к тому, что амплитуда комбинационных частот второго порядка будет меньше амплитуды комбинационных частот третьего порядка. В тоже время вольт-амперная характеристика полупроводниковых p-n переходов имеет форму, описываемую четной квадратичной функцией, соответственно амплитуды комбинационных частот второго порядка, будут доминировать над амплитудами комбинационных частот третьего порядка. Таким образом, данный признак позволит разделить сигналы, отраженные от полупроводниковых элементов и больших групп металлических контактов.
Совместная обработка и учет рассмотренных демаскирующих признаков позволяет обеспечить обнаружение и селекцию осколочных взрывных устройств на фоне различных носимых радиоэлектронных устройств. Влияние одежды, под которой осуществляется скрытое ношение осколочных взрывных устройств, не учитывается, поскольку она является «радиопрозрачной» для СВЧ электромагнитных полей и искажений в отраженные сигналы не вносит.
На рисунке 1 показана структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ обнаружения носимых осколочных взрывных устройств.
Устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств содержит объект поиска (1), СВЧ передающее устройство с частотой f1 (2), СВЧ передающее устройство с частотой f2 (3), СВЧ приемное устройство комбинационных частот второго порядка (4), СВЧ приемное устройство комбинационных частот третьего порядка (5), измеритель отношения амплитуд сигналов комбинационных частот второго и третьего порядка (6), регистратор низкочастотного контактного шума (7), регистратор периодической инфразвуковой составляющей (8).
Устройство СВЧ обнаружения носимых осколочных взрывных устройств работает следующим образом.
Узконаправленные лучи СВЧ электромагнитного поля с помощью передающего устройства (2) на частоте f1 и передающего устройства (3) на частоте f2 излучаются в направлении объекта поиска (осколочного взрывного устройства). Отраженный от объекта поиска СВЧ электромагнитный сигнал принимается приемными устройствами комбинационных частот второго порядка (4) и третьего порядка (5). С выхода СВЧ приемных устройств (4) и (5) сигналы, несущие информацию об амплитуде и текущем уровне шума в переотраженном объектом поиска СВЧ электромагнитном поле на второй и третьей комбинационной частотах, поступают в измеритель отношения амплитуд сигналов комбинационных частот второго и третьего порядка (6), регистратор низкочастотного контактного шума (7), регистратор периодической инфразвуковой составляющей (8). Измеритель отношения амплитуд сигналов комбинационных частот второго и третьего порядка (6) отображает численное значение соотношения их амплитуд. Регистратор низкочастотного контактного шума (7) обеспечивает регистрацию текущего уровня шумовой составляющей на комбинационных частотах второго и третьего порядка и непрерывное его сравнению со средним значением в интересах выявления и отображения момента появления признаков «фликкер-шума» и плазменного пробоя. Регистратор периодической инфразвуковой составляющей (8) осуществляет анализ амплитуды шума на комбинационных частотах второго и третьего порядка в целях выявления модуляции с характерной инфранизкой частотой. Решение об обнаружении осколочного взрывного устройства принимается на основе анализа совокупности данных, выработанных измерителем отношения амплитуд сигналов комбинационных частот второго и третьего порядка (6), регистратором низкочастотного контактного шума (7), регистратором периодической инфразвуковой составляющей (8).
Источники информации
1. Щербаков Г.Н. и др. Миноискатель. Авторское свидетельство на изобретение №131578 по заявке №2236420 с приоритетом от 6 мая 1978 г.
2. NR-900EK Детектор нелинейных переходов. URL: http://stt-180-900ek-detektor-nelinejnyh.html. (дата обращения 30.12.2012).
3. Щербаков Г.Н. Применение нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов // Специальная техника. 1999. №6. С.36-37.
4. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром типа 1/f в твердых телах. Уфа: Изд-во «УФН», 1985. Т.145, С.285.
5. Weissman M.B. 1/F noise and other slow, nonexponential kinetics in condensed matter. «Rev. Mod. Fhys.». 1988. v.60, №2. C.537.
6. Воробьев Г.А., Черняев B.A. Пробой тонких диэлектрических пленок. М.: Советское радио, 1977.
7. Смирнов B.C. и др. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре. М.: Советское радио, 1974.
8. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988. С.278-283.
9. Клементенко А.Я. и др. Контактные помехи радиоприему. М.: Военное издательство МО СССР, 1979. С.52-56.