Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором



Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором
Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором
Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором
Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором
Способ обнаружения запрещённых предметов арочным металлодетектором

 


Владельцы патента RU 2589238:

Симонов Андрей Владимирович (RU)

Изобретение относится к обнаружению запрещенных предметов и идентификации их носителей в потоке людей, поочередно пересекающих проем арочного металлодетектора. Сущность: осуществляют излучение зондирующего сигнала в виде последовательности коротких импульсов с высокой скважностью. Принимают отражённый сигнал двумя парами приёмных катушек, установленных на высоте h12 и h34 в левой и правой арочных стойках соответственно. Формируют из выходных сигналов S1(t) и S2(t) первой и второй S2(t) приёмных катушек и выходных сигналов S3(t) и S4(t) третьей и четвертой приемных катушек градиентометрический сигнал S34(t)=S3(t)-S4(t). Формируют арочный сигнал S(t)=S12(t)-S34(t). Осуществляют частотную фильтрацию и временную селекцию арочного сигнала S(t) с последующим выделением мгновенных значений его амплитуды A(t). Формируют плавающий порог P(t) путём усреднения A(t) на интервале (t-T;t), где Т - время, отводимое для мониторинга одного лица в потоке. Носителем запрещённого предмета определяется лицо, пересекающее арочный проём в момент превышения A(t) порога P(t). Технический результат: повышение помехозащищенности арочно-импульсных металлодетекторов по отношению к внешней помехе, создаваемой удаленными источниками радиоизлучения. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и средствам радиотехнического обнаружения запрещенных к проносу на охраняемую территорию металлических предметов, скрытых под одеждой человека. Традиционно материалы этого направления радиотехники размещаются в разделах «металлодетекторы» (МД) и «методы и средства металлодетектирования» (методы и средства МД).

Конкретизируем рассматриваемые ниже методы и средства МД. Во-первых, основное внимание уделим арочным МД. Входящие в их состав излучающие (ИК) и приемные (ПК) катушки определяют особенности пространственной обработки сигналов. Во-вторых, среди различных вариантов зондирующего сигнала (ЗС), определяющих особенности временной обработки отраженных сигналов, ограничимся рассмотрением периодической последовательности импульсов с высокой скважностью, имеющих малую длительностью и широкий спектр. В литературе методы МД, использующие такой ЗС, принято называть импульсными методами МД.

Таким образом, аналогами предложенного изобретения являются арочно-импульсные (АИ) методы и средства МД, особенности функционирования которых изложены в источниках информации [1; 2; 3; 4; 5].

Недостаток аналогов состоит в их низкой помехозащищенности по отношению к внешней помехе, создаваемой удаленными источниками.

Среди аналогов в качестве прототипа выберем такой АИ метод МД, арочная конструкция которого содержит одну ИК, расположенную в центре основания арочного проема, и две ПК, расположенные на одинаковой высоте в левой и правой арочных стойках соответственно [3]. В прототипе из выходных сигналов S1(t) и S2(t) первой (ПК1) и второй (ПК2) катушек соответственно формируется градиентометрический сигнал S12(t)=S1(t)-S2(t), который в дальнейшем подвергается частотной фильтрации и временной обработке. Новизна предложенного изобретения состоит в совершенствовании именно пространственной обработки сигналов, учитывая реально существующую факторизацию пространственно-временной обработки сигналов. При этом конкретный вид временной обработки в прототипе является непринципиальным и мы выберем ее традиционной для робастных локационных устройств [6]. Она заключается в выделении мгновенных значений амплитуды A(t) сигнала S12(t), формировании плавающего порога P(t) путем усреднения A(t) на интервале (t-T;t), где Т - время, отводимое для мониторинга одного лица в потоке, а носителем запрещенного предмета определим лицо, пересекающее арочный проем в момент превышения A(t) порога P(t).

Важно отметить, что импульсы ЗС проникают в выходной сигнал каждой из ПК прототипа, причем их спектры совпадают со спектрами выделяемых полезных импульсов (отраженных металлическим предметом), а также наблюдается перекрытие во времени импульсов ЗС и полезных импульсов. Оба указанных эффекта являются следствием инерционности ИК, значительно превышающей эквивалентную электродинамическую инерционность запрещенных металлических предметов, что не позволяет в каждом из выходных сигналов ПК1 и ПК2 методами временной обработки сигналов эффективно нейтрализовать указанную внутреннюю помеху в виде импульсов ЗС и выделить в них полезную составляющую. Однако благодаря градиентометрическому соединению ПК1 и ПК2, которое можно рассматривать как частный случай пространственной обработки, такая нейтрализация, по крайней мере, частичная, повышающая чувствительность прототипа, достигается в сигнале S12(t).

В то же время, прототипу свойственен тот же недостаток, что и аналогам, а именно низкая помехозащищенность по отношению к внешним помехам, создаваемых удаленными источникам радиоизлучения. Сказанное объясняется тем, что при широком спектре внешней помехи разность хода волны от удаленного источника радиоизлучения до ПК1 и до ПК2 порождает заметный фазовый сдвиг между их выходными сигналами, который препятствует нейтрализации внешней помехи в градиентометрическом сигнале S12(t).

Целью изобретения является нейтрализация излучений от дальних источников и повышение тем самым эффективности обнаружения запрещенных металлических предметов методами пространственной обработки сигналов на базе усовершенствованной конструкции арочного МД.

Для достижения поставленной цели в способе обнаружения запрещенных предметов и идентификации их носителей в потоке людей, поочередно пересекающих проем арочного МД, в котором осуществляется излучение ЗС в виде последовательности коротких импульсов с высокой скважностью, прием отраженного сигнала парой ПК, формирование из выходных сигналов S1(t), S2(t) первой и второй ПК, установленных на высоте h12 в левой и правой арочных стойках соответственно, градиентометрического сигнала S12(t)=S1(t)-S2(t), частотная фильтрация и временная селекция арочного сигнала SΣ(t) с последующим выделением мгновенных значений его амплитуды A(t), формирование плавающего порога P(t) путем усреднения A(t) на интервале (t-T;t), где Т - время, отводимое для мониторинга одного лица в потоке, а носителем запрещенного предмета определяется лицо, пересекающее арочный проем в момент превышения A(t) порога P(t), ДОПОЛНИТЕЛЬНО в левую и правую арочные стойки на высоте h34 устанавливаются соответственно третья и четвертая ПК, из выходных сигналов которых S3(t), S4(t) формируется градиентометрический сигнал S34(t)=S3(t)-S4(t), ПРИЧЕМ в качестве арочного сигнала SΣ(t) используется разница SΣ(t)=S12(t)-S34(t).

На фиг. 1, фиг. 2 изображена арочная конструкция МД с встроенными в нее ИК и четырьмя приемными катушками ПК1÷ПК4, причем на фиг. 1 оси ПК1÷ПК4 параллельны оси X, а на фиг. 2 - оси Y. На фиг. 3 изображена функциональная схема МД, реализующая предложенный способ, элементы 1÷10 которой несут следующее техническое содержание: 1 - генератор тактовых импульсов, возбуждающих ИК; 2 - ИК; 31÷34 - ПК1÷ПК4; 4 - арифметическая схема; 5 - частотный фильтр; 6 - амплитудный детектор; 7 - схема стробирования полезных импульсов; 8 - схема формирования порога; 9 - схема сравнения; 10 - устройство звуковой или световой сигнализации о появлении носителя запрещенного предмета.

Сущность предложенного изобретения очевидна из всего вышеизложенного и приведенной схемы фиг. 1. Новизна предложенного изобретения заключается в совершенствовании прежде всего пространственной обработки сигналов антенной решетки из ПК1÷ПК4, результатом которой является арочный сигнал SΣ(t).

Докажем преимущество предложенного способа перед прототипом. Выразим выходные сигналы Si(t) приемных катушек ПК1÷ПК4 через их парциальные составляющие:

где αi - полезные сигналы, порождаемые искомым металлическим предметом при появлении его в создаваемой ПК1÷ПК4 зоне обнаружения; ξi - внутренняя помеха, порождаемая импульсами ЗС; ηi - внешняя помеха, порождаемая удаленным источником радиоизлучения. Выражение для арочного сигнала

где

с учетом (1) примет вид

где

Согласно (6), суммарная внутренняя помеха ξΣ в арочном сигнале SΣ(t) будет в значительной степени нейтрализована ввиду малости каждой из стоящих в скобках величин - (ξ12) и (ξ34) при соблюдении требуемой идентичности катушек ПК1÷ПК4, симметричности их расположения относительно ИК и правильным, т.е. вдоль оси X, направлением их осей при вертикальном, т.е. вдоль оси Y, направлении оси ИК (фиг. 1).

Получим выражение для суммарной внешней помехи ηΣ от удаленного источника радиоизлучения гармонического сигнала с длиной волны λ, напряженность магнитного поля которого в окрестности арочного проема выражается плоской волной:

где

Н - любая из координатных составляющих напряженности в начале координат: Hx, Hy, Hz. Ввиду того, что арочный проем располагается в картинной плоскости XY (z=0), множитель εz(z) равен единице и его в дальнейшем можно не учитывать. Введем следующие обозначения:

где D - ширина арочного проема (вдоль оси X). Тогда парциальные помеховые сигналы ηi катушек ПК1÷ПК4 примут вид:

а суммарная внешняя помеха ηΣ, согласно (7) и (12), примет вид

где H=Hx для арочного проема фиг. 1 и H=Hy для арочного проема фиг. 2.

Оценим эффективность нейтрализации внешней помехи, для чего сравним (13) с выражением для внешней помехи, т.е. до введения дополнительных ПК3 и ПК4, согласно (7):

Для этого введем коэффициент подавления внешней помехи:

Подставляя в (15) выражения, вытекающие из (9), (11)

получим

Преобразуем (17):

и учтем малость произведения ky(h34-h12)=kyh. Тогда модуль γ получается равным

где значение волнового числа ky (впрочем, как и kx, и kz) лежит в диапазоне 0÷(2π/λ), в зависимости от направления на удаленный источник. Следовательно, модуль коэффициента подавления не может быть хуже величины (l/2π)(h/λ):

и для типовых значений λ, и h составляет

Что касается суммарного полезного сигнала αΣ, то с большой вероятностью его величина никогда не будет равной нулю, что обосновывается либо несимметричность формы искомых металлических предметов, либо - в случае их симметрии - несовпадением их оси симметрии с осью симметрии ИК (ось Y, фиг. 1), либо расположением металлических предметов вне этой оси.

Вместе с тем, для уменьшения влияния нескомпенсированных остатков обоих видов помех - внутренней и внешней, - на эффективность АИ средства МД используются элементы 8, 9, с помощью которых регистрируются возмущения стационарного распределения магнитного поля в зоне обнаружения, вызванные пересечением носителями металлических предметов арочного проема.

Источники информации

1. Березанский Д.П. Металлодетекторы - обнаружители оружия. Обзор принципов действия. Специальная техника, 1998, №4-5.

2. Синелыциков Г.А. Зарубежные арочные металлодетекторы: осознанный выбор. Специальная техника, 1999, №1-2.

3. Металлообнаружитель. Патент RU №2165094.

4. Металлообнаружитель. Патент RU №2297018.

5. Щедрин А.И. Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий. - М.; «Горячая линия - Телеком», 2003 г.

6. Оводенко А.А. Робастные локационные устройства. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981 г.

Способ обнаружения запрещённых предметов и идентификации их носителей в потоке людей, поочерёдно пересекающих проём арочного металлодетектора, в котором осуществляется излучение зондирующего сигнала в виде последовательности коротких импульсов с высокой скважностью, приём отражённого сигнала парой приёмных катушек, формирование из выходных сигналов первой S1(t) и второй S2(t) приёмных катушек, установленных на высоте h12 в левой и правой арочных стойках, соответственно, градиентометрического сигнала S12(t)=S1(t)-S2(t), частотная фильтрация и временная селекция арочного сигнала S(t) с последующим выделением мгновенных значений его амплитуды A(t), формирование плавающего порога P(t) путём усреднения A(t) на интервале (t-T;t), где Т - время, отводимое для мониторинга одного лица в потоке, а носителем запрещённого предмета определяется лицо, пересекающее арочный проём в момент превышения A(t) порога P(t), отличающийся тем, что дополнительно в левую и правую арочные стойки на высоте h34 устанавливаются соответственно третья и четвёртая приёмные катушки, из выходных сигналов которых S3(t) и S4(t) формируется градиентометрический сигнал S34(t)=S3(t)-S4(t), причем в качестве арочного сигнала S(t) используется разница S(t)=S12(t)-S34(t).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обнаружению скрытого металлического объекта. Сущность: устройство содержит две передающие катушки для создания наложенных магнитных полей, приемную катушку, находящуюся в зоне действия обоих магнитных полей, и управляющее устройство для управления передающими катушками таким образом, чтобы минимизировать по модулю наводимое в приемной катушке напряжение, синхронное с тактом подачи чередующихся по фазе переменных напряжений.

Изобретение относится к области интроскопии. Технический результат: повышение чувствительности датчика.

Изобретение относится к области интроскопии, более конкретно к металлоискателям, и может быть использовано для решения задачи обнаружения металлических объектов, находящихся в различных укрывающих средах, в частности в слабо- и высокоминерализованном грунте, стенах строений и т.п.

Изобретение относится к области интроскопии, более конкретно к датчикам металлоискателей, и может быть использовано для решения задачи обнаружения металлических объектов, находящихся в различных укрывающих средах, в частности в слабо- и высокоминерализованном грунте, стенах строений и т.п.

Использование: изобретение относится к технике, использующей излучение и отражение акустических волн для поиска смотровых колодцев трубопроводов, покрытых слоем земли, асфальта, снега и т.п.

Изобретение относится к области технических средств обнаружения металлических объектов и может быть использовано в системах безопасности, при производстве продовольственных товаров, при проведении ремонтных и строительных работ, при археологических изысканиях.

Предложенная группа изобретений относится к области геофизических исследований, а именно поиску протяженных подводных объектов, например трубопроводов или кабелей, проложенных по дну моря.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ выявления локальных дефектов металла подземного трубопровода и может применяться для диагностики и контроля состояния подземных трубопроводов, изготовленных из ферромагнитных материалов.

Изобретение относится к обеспечению безопасности и может быть использовано при создании технических средств, предназначенных для выявления взрывных устройств, имеющих короткие контактно-проводные датчики цели с электрическими замыкателями, борьбе с терроризмом, гуманитарном разминировании, а также при поиске подземных кабельных линий связи и управления.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, и может быть использовано для генерирования гармонических сигналов в составе измерительного комплекса для реализации индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций.
Наверх