устройство для обнаружения противотранспортных мин

Формула изобретения

Устройство обнаружения противотранспортных мин, содержащее доплеровский СВЧ-датчик, состоящий из генератора, приемоиндикаторного устройства и антенны, инфранизкочастотный сейсмический датчик вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, механически жестко соединенный с его корпусом, переключаемую логическую схему И-ИЛИ, управляемый радиопередатчик и автономное радиоприемное устройство, при этом выходы доплеровского СВЧ и сейсмического датчиков подключены ко входам логической схемы И-ИЛИ, выход которой подсоединен к управляющему входу управляемого радиопередатчика, антенна доплеровского СВЧ-датчика выполнена из коаксиальных передающего и приемного кабелей с перфорационными отверстиями, работающих на принципе «вытекания волн» и нагруженных на активные сопротивления, равные по величине их волновому сопротивлению, передающий кабель прикреплен к металлическому днищу транспортного средства по его внешнему периметру, а приемный коаксиальный кабель прикреплен внутри к днищу вдоль передающего кабеля на расстоянии от него 0,1-0,3 м, управляемый радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных опорного генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом источника аналоговых сообщений, усилителя мощности и передающей антенны, автономное радиоприемное устройство выполнено в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя высокой частоты, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, первого амплитудного ограничителя, синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом ключа, усилителя сигналов звуковой частоты и акустического излучателя, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены второй амплитудный ограничитель, первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два, второй узкополосный фильтр, частотный детектор, триггер, балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, а также блок регистрации, отличающееся тем, что автономное радиоприемное устройство снабжено двумя перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, фазовращателем на +45°, фазовращателем на -45°, фазовращателем на +90°, двумя блоками вычитания, причем к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +45° соединен с выходом балансного переключателя, первый фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход подключен к блоку регистрации, к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -45° соединен с выходом балансного переключателя, и второй фильтр нижних частот, выход которого подключен ко второму входу первого блока вычитания.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к области технических средств борьбы с терроризмом и может быть использовано для предотвращения подрыва механических транспортных средств (автомобилей) путем заблаговременного выявления установленных на них противотранспортных мин.

Существующие армейские и коммерческие миноискатели не могут обнаруживать мины и взрывные устройства на фоне помех от близко расположенного металлического корпуса механического транспортного средства [1].

Известны устройства обнаружения противотранспортных мин (патенты РФ № № 2124758, 2173889, 2212712; патент США № 4752778: Ивлев С., Щербаков Г. и др. Поиск и обезвреживание взрывных устройств. - М.: АЭН РФ, 1996, с.48-51, 59-69; Дикарев В.И., Койнаш Б.В., Сандулов Ю.А., Сальников В.П. Взрывоопасные объекты: Методы и средства поиска, обнаружения, обезвреживания и утилизации. - СПб.: Лань, 2001 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство обнаружения противотранспортных мин» (патент РФ № 2212712, G08B 13/14, 2001), которое и выбрано в качестве прототипа.

Известное устройство обеспечивает повышение информативности и достоверности обнаружения противотранспортных мин путем использования сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) на одной несущей частоте.

Однако известное устройство имеет низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости устройства к узкополосным помехам путем их подавления.

Поставленная задача решается тем, что устройство обнаружения противотранспортных мин, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, доплеровский СВЧ-датчик, состоящий из генератора, приемоиндикаторного устройства и антенны, инфранизкочастотный сейсмический датчик вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, механически жестко соединенный с его корпусом, переключаемую логическую схему И-ИЛИ, управляемый радиопередатчик и автономное радиоприемное устройство, при этом выходы доплеровского СВЧ и сейсмического датчиков подключены ко входам логической схемы И-ИЛИ, выход которой подсоединен к управляющему входу управляемого радиопередатчика, антенна доплеровского СВЧ-датчика выполнена из коаксиальных передающего и приемного кабелей с перфорационными отверстиями, работающих на принципе «вытекания волн» и нагруженных на активные сопротивления, равные по величине их волновому сопротивлению, передающий кабель прикреплен к металлическому днищу транспортного средства по его внешнему периметру, а приемный коаксиальный кабель прикреплен внутри к днищу вдоль передающего кабеля на расстоянии от него 0,1-0,3 м, управляемый радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных опорного генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом источника аналоговых сообщений, усилителя мощности и передающей антенны, автономное радиоприемное устройство выполнено в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя высокой частоты, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, первого амплитудного ограничителя, синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом ключа, усилителя сигналов звуковой частоты и акустического излучателя, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены второй амплитудный ограничитель, первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два, второй узкополосный фильтр, частотный детектор, триггер, балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя, а также блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что автономное радиоприемное устройство снабжено двумя перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, фазовращателем на +45°, фазовращателем на -45°, фазовращателем на +90°, двумя блоками вычитания, причем к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +45° соединен с выходом балансного переключателя, первый фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход подключен к блоку регистрации, к выходу первого амплитудного ограничителя последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -45° соединен с выходом балансного переключателя, и второй фильтр нижних частот, выход которого подключен ко второму входу первого блока вычитания.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.2.

Устройство содержит доплеровский СВЧ-датчик 1, включающий антенну 2, инфранизкочастотный сейсмический датчик 3 вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, механически жестко соединенный с его корпусом, переключаемую логическую схему И-ИЛИ 4, управляемый радиопередатчик 5 и автономное радиоприемное устройство 14. Выходы доплеровского СВЧ и сейсмического датчиков 1 и 3 подключены ко входам логической схемы И-ИЛИ 4, выход которой подсоединен к управляющему входу радиопередатчика 5.

Радиопередатчик 5 выполнен в виде последовательно включенных опорного генератора 6, фазового манипулятора 8, второй вход которого соединен с выходом источника 7 дискретных сообщений, амплитудного модулятора 10, второй вход которого соединен с выходом источника 9 аналоговых сообщений, усилителя 11 мощности и передающей антенны 12.

Радиоприемное устройство 14 выполнено в виде последовательно включенных антенны 13, усилителя 15 высокой частоты, удвоителя 16 фазы, второго анализатора спектра 18, блока 19 сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра 17 соединен с выходом усилителя 15 высокой частоты, ключа 20, второй вход которого соединен с выходом усилителя 15 высокой частоты, первого амплитудного ограничителя 21, синхронного детектора 22, второй вход которого соединен с выходом ключа 20, усилителя 23 сигналов звуковой частоты и акустического излучателя 24. К выходу удвоителя 16 фазы последовательно подключены второй амплитудный ограничитель 25, первый узкополосный фильтр 26, делитель 27 фазы на два, второй узкополосный фильтр 28, частотный детектор 29, триггер 30, балансный переключатель 31, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 28, фазовый детектор 32, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного ограничителя 21, второй блок 42 вычитания и блок 33 регистрации. К выходу первого амплитудного ограничителя 21 последовательно подключены первый перемножитель 34, второй вход которого через фазовращатель 36 на +45° соединен с выходом балансного переключателя 31, первый фильтр 38 нижних частот, первые блок 40 вычитания и фазовращатель 41 на +90°, выход которого соединен со вторым входом второго блока 42 вычитания. К выходу первого амплитудного ограничителя 21 последовательно подключены второй перемножитель 35, второй вход которого через фазовращатель 37 на -45° соединен с выходом балансного переключателя 31, и второй фильтр 39 нижних частот, выход которого соединен со вторым входом первого блока 40 вычитания.

Принцип действия устройства основан на совместном использовании доплеровского СВЧ-датчика и сейсмического датчика.

Доплеровский СВЧ-датчик срабатывает при внесении любого предмета в охраняемую зону (например, в небольшое помещение, салон автомобиля и т.д.)

Недостатками доплеровского микроволнового датчика являются:

- большое число ложных срабатываний;

- возникновение в отдельных случаях под неровным днищем автомобиля «нулевых» зон, то есть зон пропуска объектов поиска;

- подверженность мешающему (экранирующему) воздействию слоя полупроводящей среды (льда, грязи и т.п.).

Причем для устранения «нулевых» зон требуется увеличивать чувствительность СВЧ-датчика. Но при этом резко возрастает число ложных срабатываний от внешних электромагнитных полей, близко проходящих у автомобиля пешеходов и т.д. Все это приводит к снижению безопасности эксплуатации механических транспортных средств (автомобилей).

Данное устройство обеспечивает повышение безопасности эксплуатации механических транспортных средств путем заблаговременного надежного обнаружения установленных террористами противотранспортных мин при минимальном числе ложных срабатываний.

Для этого в устройство обнаружения противотранспортных мин введен инфранизкочастотный сейсмический датчик вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, механически жестко соединенного с его корпусом, а также переключаемая логическая схема И-ИЛИ, управляемый радиопередатчик и автономное радиоприемное устройство. При этом выходы доплеровского СВЧ и сейсмического датчиков подключены ко входам логической схемы И-ИЛИ, выход которой подсоединен к управляемому входу радиопередатчика. Причем для уменьшения числа ложных срабатываний и снижения экранирующего влияния слоя полупроводящей среды антенна доплеровского СВЧ-датчика выполнена из коаксиальных передающего и приемного кабелей с перфорационными отверстиями, работающих на принципе «вытекающих волн» и нагруженных на активные сопротивления, равные по величине их волновому сопротивлению, при этом передающий коаксиальный кабель прикреплен к металлическому днищу транспортного средства по его внешнему периметру, а приемный коаксиальный кабель прикреплен внутри к днищу вдоль передающего кабеля на расстоянии от него от 0,1 до 0,3 м. Величина данного расстояния обусловлена характерными размерами взрывчатого устройства (ВУ) (от 0,1 до 0,3 м), а также рабочей длиной волны, находящейся в дециметровом диапазоне.

Введение сейсмического датчика совместно с логической схемой, работающей в режиме И, резко снижает число ложных срабатываний, так как срабатывание всего устройства обнаружения происходит только при одновременном срабатывании обоих каналов (СВЧ электромагнитного и сейсмического). При этом СВЧ электромагнитный датчик срабатывает за счет микроволнового поля от устанавливаемого ВУ, а сейсмический - из-за возникновения механических колебаний в корпусе автомобиля при закреплении ВУ к его днищу. Вероятность же одновременного возникновения помех по обоим каналам, действующим на разных физических принципах (от проезжающего транспорта, проходящих вблизи пешеходов, эфирных помех и т.п.), весьма мала.

Применение коаксиальных кабелей с отверстиями в оплетке в качестве передающей и приемной антенн для СВЧ доплеровского датчика позволяет:

- локализовать зону обнаружения в пространстве между этими кабелями и резко снизить этим число ложных срабатываний от более удаленных движущихся объектов;

- уменьшить экранирующее влияние слоя полупроводящей среды (льда, грязи, снега), образующейся на днище автомобиля, на процессе обнаружения противотранспортных мин.

Подобные коаксиальные кабели устойчиво работают в качестве связных антенн в толще полупроводящей среды [4]. В данном устройстве они используются в качестве «рецепторов» СВЧ-датчиков, а нагружение их на активные сопротивления, равные по величине волновому, позволяет создать равномерный режим «бегущей волны» и устранить эти интерференционные «нулевые» зоны обнаружения этого датчика.

В устройство также введен управляемый радиопередатчик, при этом его управляемый вход подключен к выходу логической схемы И-ИЛИ. Информация о состоянии контролируемого транспортного средства (то есть заминировано оно или нет) с радиопередатчика передается на автономный радиоприемник, входящий в комплект данного устройства. Введение данного дистанционного канала съема информации обеспечивает повышение безопасности, так как не исключен подрыв ВУ террористом при подходе водителя (или VIP персоны) к транспортному средству.

Наличие переключения режима работы логической схемы И-ИЛИ позволяет дискретно регулировать общую чувствительность и помехоустойчивость всего устройства - в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Эти требования взаимно противоречивы [5, 6]. Основной режим И обеспечивает минимальное число ложных срабатываний в сложных условиях эксплуатации при интенсивном воздействии различных помех, а режим ИЛИ - наивысшую вероятность обнаружения ВУ (практически близкую к единице), но при минимальном уровне помех, что бывает в отдельных редких случаях.

Следует также отметить, что доплеровский СВЧ-датчик может быть размещен в малогабаритном радиопрозрачном пластмассовом корпусе. Его схема включает в себя генератор, приемно-индикаторное устройство и вибраторную полосковую антенну. Ток потребления 12 мА, напряжение питания 12 В. Эксперименты показали, что максимальный радиус зоны обнаружения для миноподобного объекта составляет несколько метров, что в общем достаточно.

Устройство работает следующим образом.

При внесении террористом взрывного устройства под днище автомобиля срабатывает доплеровский СВЧ-датчик 1, а при прикреплении взрывного устройства к его днищу - и сейсмический датчик 3. Их практически одновременное или близкое по времени срабатывание регистрируется логической схемой И-ИЛИ 4, работающей в режиме И и включающей управляемый радиопередатчик 5. После включения радиопередатчика 5 высокочастотное колебание (фиг.2, а)

u_c (t)=U_c·Cos(w_ct+ _c), 0 t T_c, где U_c, w_c, _c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания;

с выхода запущенного при указанном включении опорного генератора 6 поступает на первый вход фазового манипулятора 8, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.2, б) с выхода источника 7 дискретных сообщений. Причем модулирующий код M(t) содержит в цифровом виде все основные сведения о государственном номере транспортного средства, цвете, его владельце и другие технические и паспортные данные.

В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 8 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2, в)

u ₁(t)=U_c·Cos[w_ct+ _к(t)+ _c], 0 t T_c,

где _кt={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем _кt=const при K _э<t<(K+1) _э и может изменяться скачком при t=K _э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, , N-1);

_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (T_c=N· _э);

который поступает на вход амплитудного модулятора 10. На второй вход последнего с выхода источника 9 непрерывных сообщений подается моделирующая функция m(t) амплитудной модуляции (фиг.2, г), обеспечивающая передачу, например, следующей речевой информации: «Заминирован автомобиль ВАЗ 2108, цвет голубой, номерной знак БО 352 ЛД». На выходе амплитудного модулятора 10 образуется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) (фиг.2, д)

u₂(t)=U_c·[1+m(t)]·Cos[w _ct+ _к(t)+ _c], 0 t T_c.

Указанный сигнал после усиления в усилителе 11 мощности излучается передающей антенной 12 в эфир. Излучение радиопередатчиком 5 специального сигнала тревоги свидетельствует о минировании автомобиля.

При подходе к автомобилю водитель на безопасном расстоянии (на практике не менее 50-70 м) включает автономный радиоприемник из комплекта заявляемого устройства.

Излучаемый сложный сигнал тревоги улавливается приемной антенной 13 и через усилитель 15 высокой частоты поступает на вход удвоителя 16 фазы, на выходе которого образуется напряжение

u₃(t)=U_c ·[1+m(t)]·Cos[2w_ct+2 _к(t)+2 _c]=U_c·[1+m(t)]·Cos[2w _ct+ _c], 0 t T_c,

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует. Ширина спектра сложного АМ-ФМн-сигнала определяется длительностью _э его элементарных сигналов ( f_c=1/ _э). Тогда как ширина спектра его второй гармоники определяется длительностью сигнала T_c ( f₂=1/T_c). Следовательно, при умножении фазы на два сложных АМ-ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз

.

Это обстоятельство позволяет обнаружить и отселектировать сложный АМ-ФМн-сигнал среди других сигналов и помех.

Ширина спектра сложного АМ-ФМн-сигнала измеряется с помощью анализатора спектра 17, а ширина спектра f₂ его второй гармоники измеряется с помощью анализатора спектра 18. Напряжения U₁ и U₂ , пропорциональные f_c и f₂ соответственно, с выходов анализаторов спектра 17 и 18 поступают на два входа блока 19 сравнения. Если на два входа блока 19 сравнения поступают приблизительно одинаковые по интенсивности напряжения, то на его выходе напряжение отсутствует. Если на два входа блока 19 сравнения поступают разные по интенсивности напряжения, то на его выходе появляется постоянное напряжение.

Так как U₁>>U₂, то на выходе блока 19 сравнения образуется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 20, открывая его. В исходном состоянии ключ 20 всегда закрыт.При этом принимаемый АМ-ФМн-сигнал с выхода усилителя 15 высокой частоты через открытый ключ 20 поступает на информационный вход синхронного детектора 22 и на вход амплитудного ограничителя 21, на выходе которого образуется ФМн-сигнал (фиг.2, е)

u₄(t)=U₀ ·Cos[w_ct+ _к(t)+ _c], 0 t T_c,

где U₀ - порог ограничения.

Этот сигнал используется в качестве опорного напряжения и подается на опорный вход синхронного детектора 22. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, ж)

u_н1(t)=U_н1·[1+m(t)],

где ;

К₁ - коэффициент передачи синхронного детектора,

которое пропорционально модулирующей функции m(t), усиливается по мощности усилителем 23 сигналов звуковой частоты и поступает на акустический излучатель 24, например громкоговоритель, который обеспечивает прослушивание сигнала речевой информации: «Заминирован автомобиль ВАЗ 2108, цвет голубой, номерной знак БО 352 ЛД».

Одновременно напряжение u₃(t) с выхода удвоителя 16 фазы поступает на вход амплитудного ограничителя 25, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.2, з)

u₅ (t)=U₀·Cos(2w_ct+2 _c), 0 t T_c.

Это напряжение выделяется узкоплосным фильтром 26, а затем делится по фазе на два в делителе 27 фазы на два (фиг.2, и):

u₆(t)=U ₀·Cos(w_ct+ _c), 0 t T_c.

Начальная фаза полученного напряжения может иметь два устойчивых значения _c и _c+ . Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2 , что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получается напряжение, сдвинутое по фазе на :

.

Следовательно, двузначность начальной фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность начальной фазы объясняется неустойчивой работой делителя 27 фазы на два. Полученное таким образом гармоническое напряжение u₆(t) выделяется узкополосным фильтром 28, используется в качестве опорного напряжения и подается через балансный переключатель 31 на опорный вход фазового детектора 32, на информационный вход которого подается ФМн-сигнал u ₄(t) с выхода амплитудного ограничителя 21.

Однако при этом возникает явление «обратной работы», которое обусловлено скачкообразным и переходами начальной фазы опорного напряжения из одного состояния _c в другое _c+ под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема сложного сигнала происходят в случайные моменты времени, например t₁ , t₂. При этом на выходе фазового детектора 32 выделяется искаженный аналог модулирующей функции M_и(t) (фиг.2, к).

Для устранения явления «обратной работы» напряжение u₆(t) (фиг.2, и) с выхода узкополосного фильтра 28 одновременно поступает на вход частотного детектора 29, который предназначен для обнаружения момента возникновения «обратной работы». При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения u₆(t) на +180° в момент времени t₁ (фиг.2, и) на выходе частотного детектора 29 появляется положительный короткий импульс, а при скачке начальной фазы на -180° в момент времени t₂ (возвращение начальной фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс (фиг.2, л).

Знакочередующиеся короткие импульсы с выхода частотного детектора 29 управляют работой триггера 30, выходное напряжение которого, в свою очередь, управляется работой двойного - балансного переключателя 31. В устойчивом состоянии, когда начальная фаза опорного напряжения u₆(t) совпадает, например, с нулевой начальной фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 30 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель 31 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода узкополосного фильтра 28 на опорный вход фазового детектора 32 без изменения.

При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения u₆(t) на 180°, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 27 фазы на два под действием помех, триггер 30 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора 29 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 30 в момент времени t₁ становится и остается положительным до очередного скачка начальной фазы в момент времени t₂, который возвращает начальную фазу опорного напряжения в первоначальное состояние.

Положительное выходное напряжение триггера 30 (фиг.2, м) переводит балансный переключатель в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 28 поступает на опорный вход фазового детектора 32 с изменением начальной фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность начальной фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех, и связанную с ней «обратную работу».

Следовательно, частотный детектор 29 обеспечивает обнаружение момента возникновения «обратной работы», а триггер 30 и двойной балансный переключатель 31 устраняет ее.

Опорное напряжение u₆(t) (фиг.2, н) со стабильной начальной фазой поступает на опорный вход фазового детектора 32, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2·Cos _к(t),

где ;

К₂ - коэффициент передачи фазового детектора,

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.2, б).

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) при отсутствии узкополосных помех. Этот случай не всегда соответствует реальным условиям.

В реальных условиях входная смесь, содержащая полезный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн)

u₂(t)=U_c ·[1+m(t)]·Cos[w_ct+ _к(t)+ _c]

и узкополосная помеха вида

u_п(t)=U_п·Cos(w_п t+ _п),

где w_п w_c, w_п-w_c= w w_н,

w_н - полоса пропускания фильтра нижних частот;

с выхода усилителя 15 высокой частоты через открытый ключ 20 поступает на вход первого амплитудного ограничителя 21, на выходе которого образуются напряжения:

u ₇(t)=U₀·Cos[w_ct+ _к(t)+ _c],

u_п1(t)=U₀ ·Cos(w_пt+ _п),

которые поступают на первый (информационный) вход фазового детектора 32, на первые входы перемножителей 34 и 35. Опорное напряжение

u ₆(t)=U₀·Cos(w_ct+ _c)

с выхода балансного переключателя 31 одновременно через фазовращатели 36 и 37 на +45° и -45° соответственно поступает на вторые входы перемножителей 34 и 35.

Тогда на выходе фазового детектора 32 можно записать

u₈(t)=[u₇(t)+u _п1(t)]·u₆(t)=U₀·{Cos[w _ct+ _к(t)+ _c]+Cos(w_пt+ _п)}·

·U₀ ·Cos(w_ct+ _с)=U₁·Cos _к(t)+U₁·Cos[(w_п-w _c)t+ _п- _c],

где .

Таким образом, при w_п-w _с= w w_н на выходе фазового детектора 32 наряду с полезной составляющей появляется и составляющая, вызванная воздействием узкополосной помехи на радиоприемное устройство 14.

На выходе первого фильтра 38 нижних частот в этом случае будем иметь

u₁₀(t)=[u₇(t)+u _п1(t)]·u₉(t)=U₀·{Cos[w _ct+ _к(t)+ _c]+Cos(w_пt+ _п)}·

·U₀ ·Cos(w_ct+ _с+45°)=U₁·Cos[ _к(t)-45°]+U₁·Cos[(w _п-w_c)t+ _п- _c-45°]

Аналогично на выходе второго фильтра 39 нижних частот будем иметь

u ₁₂(t)=[u₇(t)+u_п1(t)]·u₁₁ (t)=U₀·{Cos[w_ct+ _к(t)+ _c]+Cos(w_пt+ _п)}·

·U₀ ·Cos(w_ct+ _с-45°)=U₁·Cos[ _к(t)+45°]+U₁·Cos[(w _п-w_c)t+ _п- _c+45°]

На выходе первого блока 40 вычитания получаем разность

u₁₃ (t)=u₇(t)-u₁₀(t)=2U₁·Sin[(w _п-w_c)t+ _п- _с]·Sin45°.

Из полученной разности видно, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей U₁·Cos[(w _п-w_c)t+ _п- _с] на выходе фазового детектора 32 постоянным амплитудным множителем 2Sin45° и поворотом на фазе на +90°.

Напряжение u₁₃(t) с выхода первого блока 40 вычитания поступает на вход фазовращателя 41 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

u ₁₄(t)=U₁·Cos[(w_п-w_c )t+ _п- _с].

Это напряжение поступает на второй вход второго блока 42 вычитания, на первый вход которого подается напряжение u₈(t) с выхода фазового детектора 32.

После вычитания из u₈(t) напряжения u₁₄(t) на выходе второго блока 42 получим

u₁₅(t)=u₈(t)-u₁₄(t)=U₁ ·Cos _к(t).

Помеховая составляющая на выходе второго блока 42 вычитания отсутствует.

Напряжение u₁₅(t) фиксируется блоком 33 регистрации. Следовательно, в блоке 33 регистрации зафиксируются в цифровом виде сведения о заминированном транспортном средстве. При этом на одной несущей частоте используются сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн).

С точки зрения обнаружения указанные сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных АМ-ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный АМ-ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскирован шумами. Причем энергия сложного АМ-ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность сложных АМ-ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных АМ-ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.

Сложные АМ-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 временные интервалы.

Высокая информативность и наличие дистанционной радиосвязи определяют целесообразность широкого использования устройства для обнаружения заминированных автомобилей. Так, например, при оснащении поста или оперативных работников ГИБДД простыми, а следовательно, и малогабаритными носимыми приемными устройствами любой из автомобилей, снабженный доплеровским СВЧ-датчиком, сейсмическим датчиком и радиопередатчиком, может быть быстро обнаружен, осмотрен и разминирован с использованием специальных средств соответствующими специалистами.

Достоинством устройства является также высокая эффективность использования частотного диапазона, так как для обнаружения многих заминированных автомобилей может быть использован радиоканал одной частоты, например f_c=26945 кГц, выделенной для дистанционной охранной сигнализации.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости устройства обнаружения противотранспортных мин. Это достигается подавлением узкополосных помех фазокомпенсационным методом и использованием двух дополнительных каналов обработки принимаемой аддитивной смеси полезного сигнала и узкополосных помех.

Источники информации

1. Ивлев С., Щербаков Г. и др. Поиск и обезвреживание взрывных устройств. - М.: АЭН РФ, 1996, с.48-51, 59-69.

2. Еще одного банкира взорвали в автомобиле. - Московский комсомолец, 1994, 12 декабря.

3. Иномарка взорвалась при повороте ключа зажигания. - Московский комсомолец, 1997, 22 июня.

4. Кабель с дырками // Радио, 1997, 8. - С.68-69.

5. Уокер Ф. Электронные системы охраны. - Перевод с англ., изд. АО «Технополиз» и журнал «За рулем», 1991. - С.25-67.

6. Дикарев В.И., Койнаш Б.В., Сандулов Ю.А., Сальников В.П. Взрывоопасные объекты: Методы и средства поиска, обнаружения, обезвреживания и утилизации. - СПб.: «Лань», 2001.