В настоящее время практически во всех международных аэропортах внедрены микроволновые сканеры, которые позволяют определить наличие запрещенных предметов скрытых под одеждой [1]. Однако, достаточно высокая стоимость сканирующего оборудования и его сложность конструкции ограничивают более широкое применение подобных систем в местах скопления людей: торговые центры, учебные заведения, различные административные здания, парки отдыха, многочисленные развлекательные комплексы, стадионы и т.д.
Перспективным направлением в создании подобных технических систем является применение принципа голографии, который заключается в измерении интерференционной картины, полученной при смешивании микроволн отраженных от объекта и от опорного отражателя [2].
Основной проблемой реализации существующих микроволновых голографических систем сканирования является их высокая себестоимость, так как требуется большое количество излучателей и измерителей интенсивности излучения. Для качественного распознавания запрещенного предмета, например револьвера, (см. рисунок 1) требуется не менее 4000 комбинаций излучатель- приемник [3].
|
Рисунок 1. Изображения полученное голографическим методом на основе смоделированных данных для матричной сенсорной системы апертурой 1000 х 1000 мм, для частоты 24 ГГц, расстояние от сенсорной системы до револьвера 1 метр Рисунок А – 180 излучателей и 180 приемников, 16110 комбинаций; Рисунок Б – 90 излучателей и 90 приемников, 4005 комбинаций; Рисунок В – 32 излучателей и 32 приемника, 496 комбинаций |
Для оптимизации разработчики подобных систем пошли по пути использования небольшого количества излучателей и приемников с применением технологии мультиплексеров — СВЧ свитчей [4, 5]
Между тем, на рынке доступны очень дешевые радары: HB – 100 (10 ГГц), LV002 (10 ГГц), CDM324 (24 ГГц), RSM-1700 (24 ГГц), которые применяются для обнаружения движения. Из представленных радаров, самый распространенный и доступный является радар HB-100 частотой излучения 10,525 ГГц [6] (см. рисунок 2).
|
Рисунок 2. Изображения Допплеровского радара HB-100 А — вид спереди, Б — вид сзади, В — внутреннее строение радара HB-100, Г – структурная схема радара HB-100 |
На основе данного радара была разработана структурная схема линейной измерительной голографической системы (см. рисунок 3), включающая в себя: модуль 1 из 16 радаров, маскирующий экран 2 и объект обнаружения 3. Экспериментальная модель измерительной системы (см. рисунок 4) представляет собой модуль, включающий 16 радаров, установленных в один ряд на одинаковом расстоянии друг от друга. Все радары работают одновременно в обычном режиме измерения скорости и независимо друг от друга, излучая волны сверхвысокой частоты. Методом измерения и расчета получаемого изображения является мультичастотная мультистатическая голография, позволяющая измерить отраженный сигнал электромагнитных волн излученных в пространство [7].
|
Рисунок 3. Структурная схема измерительной голографической системы: 1 – радарный модуль; 2 – маскирующий экран; 3 – объект обнаружения |
|
Рисунок 4. Лабораторная установка на основе допплеровских радаров НB 100: 1 –Радарный модуль, 2 – компьютер, 3 — осциллограф |
Каждый радар одновременно измеряет несколько отраженных волн от других радаров. Смешанный сигнал от каждого радара усиливается и преобразуется в цифровой вид аналого-цифровым преобразователем и передается в вычислительный модуль. При помощи спектрального анализа определяется амплитуда отраженной волны для каждого радара и затем синтезируется голограмма исследуемого объекта.
В результате проведения пилотного эксперимента были получены мультистатические голограммы, на основе которых было рассчитано изображение объекта – металлического стержня диаметром 15 мм при применении различных маскирующих материалах. Расстояние от сенсорной системы до стержня 1 м, диаметр стержня 15 мм. Сенсорная система 16 излучателей и 16 приемников, расстояние между соседними излучателями 60 мм, частота излучения 10,525 ГГц
|
Рисунок 1. Изображения металлического стержня полученное линейной голографической системой. Рисунок А – микроволновое изображение стержня без маскирующих материалов; Рисунок Б – микроволновое изображение стержня маскированного бумагой; Рисунок В – микроволновое изображение стержня маскированного хлопчато — бумажной тканью. |
Из рисунка видно, что препятствие в виде бумаги и ткани влияют на общую картину реконструкции, но изображения стержня обладают достаточной визуализацией исследуемого объекта. В дальнейшем для получения трехмерной картины скрытого предмета, необходимо создать матрицу из 256 допплеровских радаров, расположенных в плоскости на эквидистантном расстоянии друг от друга.
Список литературы:
- D. L. McMakin, D. M. Sheen, H. D. Collins, T. E. Hall, and R. R. Smith, “Millimeter-wave, high-resolution, holographic surveillance system,” EUROPTO International Symposium on Substance Identification Technologies, Innsbruck, Austria, SPIE Vol 2092, pp. 525 — 535, 1993.
- Leith E. N. and Upatnieks J. Wavefront reconstruction with diffused illumination and three-dimensional objects // J. Opt. Soc. Am.—1964.—V. 54.—P.1295.
- Жантлесов Е.Ж., Грузин В.В., Жантлесов Ж.Х., Наушек К., Даукенов О.К., Имажанов Б.Г. «Оптимизация распределения радаров микроволнового томографа» перспективы современной науки и результаты. Сборник научных статей по материалам Международной научно-практической конференции. 15 октября 2015 г., г. Алматы.
- Sherif A. Electronic Microwave Imaging withPlanar Multistatic Arrays. Dissertation. Faculty of Engineering Friedrich-Alexander-University at Erlangen-Nurnberg. April 26, 2013
- Воробьев С. И. «Методическое и алгоритмическое обеспечение информационно-измерительных систем построения и анализа СВч-изображений динамических объектов» Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. 28 октября 2015г.
- https://forum.arduino.cc/index.php?topic=61989.0 Ссылка 27.09.2016.
- Ли Я., Тань Ю. «Способ и система для динамической настройки радиочастотных параметров мультичастотной метки и мультичастотная метка» Патент Республики Беларусь. Номер патента: 18689 от 30.10.2014[schema type=»book» name=»ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ГОЛОГРАФИИ» description=»В статье рассматриваются особенности проведения пилотного эксперимента при обнаружении скрытых металлических предметов на основе микроволновой голографии. Применение допплеровских радаров в комбинации с мультичастотным мультистатическим методом измерения голограмм позволило создать прототип, при помощи которого экспериментально получено изображение металлического отражателя скрытого за различными маскирующими материалами.» author=»Грузин Владимир Васильевич, Жантлесов Ербол Жангабулович, Байгужинов Ринат Александрович» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-07″ edition=»euroasia-science_30_22.09.2016″ ebook=»yes» ]