11

ДОПЛЕРОВСКИЕ СПЕКТРЫ ДОПЛЕРОВСКИЕ СПЕКТРЫ ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И

ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ИХ ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ИХ

ОПИСАНИЯОПИСАНИЯ «Всероссийский научно-технический семинар«Всероссийский научно-технический семинар

"Подповерхностная радиолокация и дистанционное "Подповерхностная радиолокация и дистанционное зондированиезондирование »»

5 5 февраляфевраля 200 20099 МоскваМосква

  Doctor Sci. O. V. SYTNIK, Ph.D. I. A. VYAZMITINOV, Doctor Sci. O. V. SYTNIK, Ph.D. I. A. VYAZMITINOV,

Ph.D. Ye. I. MYROSHNICHENKO Ph.D. Ye. I. MYROSHNICHENKO Telephone: +3-8-057-7203-Telephone: +3-8-057-7203-592592E-mail: E-mail: ssvp11@ire.kharkov.uassvp11@ire.kharkov.ua

Institute of Radiophysics and ElectronicsInstitute of Radiophysics and ElectronicsKharkov, UkraineKharkov, Ukraine

22

Структура докладаСтруктура доклада

1.1. Схема и особенности эксперимента.Схема и особенности эксперимента.

2.2. Характеристики радара. Характеристики радара.

3.3. Экспериментальные данные и алгоритмы Экспериментальные данные и алгоритмы предварительной обработки.предварительной обработки.

4.4. Вероятностные модели информационных процессов.Вероятностные модели информационных процессов.

5.5. Алгоритмы обработки сигналов и оптимизация Алгоритмы обработки сигналов и оптимизация решений.решений.

6.6. Выводы.Выводы.

7.7. Литература.Литература.

33

Схема и особенности Схема и особенности экспериментаэксперимента

В эксперименте доплеровский локатор работал В эксперименте доплеровский локатор работал на несущей частоте 1,8 ГГц с квазинепрерывным на несущей частоте 1,8 ГГц с квазинепрерывным фазокодоманипулированным (ФКМ) сигналом фазокодоманипулированным (ФКМ) сигналом длиной N=(2длиной N=(21616 -1). Длительность периода -1). Длительность периода неповторяющейся последовательности равна 0,3 неповторяющейся последовательности равна 0,3

мс при длительности элементарного мс при длительности элементарного импульса 5 нс, что соответствует разрешающей импульса 5 нс, что соответствует разрешающей способности по дальности около 0,75 м. способности по дальности около 0,75 м. Мощность излучения передатчика 100 мВт, Мощность излучения передатчика 100 мВт, чувствительность приемника примерно минус 165 чувствительность приемника примерно минус 165 дБ/Вт. Расстояние до препятствия ─ 2 м. дБ/Вт. Расстояние до препятствия ─ 2 м. Расстояние от цели до препятствия 0,5 м. Расстояние от цели до препятствия 0,5 м. Толщина препятствия примерно 0,3 м. Толщина препятствия примерно 0,3 м.

44

Достоинства и недостатки зондирования Достоинства и недостатки зондирования непрерывным квазислучайным непрерывным квазислучайным

сигналомсигналом ДостоинстваДостоинства когерентного квазинепрерывного метода зондирования когерентного квазинепрерывного метода зондирования

природных сред:природных сред: Отсутствие «мертвой зоны»;Отсутствие «мертвой зоны»; Малая (Малая (~~0,1 Вт) мощность излучения СВЧ-сигнала;0,1 Вт) мощность излучения СВЧ-сигнала; Высокая помехоустойчивость;Высокая помехоустойчивость; Широкий спектр применений (коммунальное хозяйство, археология, Широкий спектр применений (коммунальное хозяйство, археология,

криминалистика, строительство, спасательные и горно-спасательные криминалистика, строительство, спасательные и горно-спасательные службы, охранные системы, экологический мониторинг среды, поиск службы, охранные системы, экологический мониторинг среды, поиск водоносных слоев, несанкционированных подключений к различным водоносных слоев, несанкционированных подключений к различным трубопроводам, обнаружение скрытых сыпучими грузами трубопроводам, обнаружение скрытых сыпучими грузами контрабандных товаров при железнодорожных и морских перевозках);контрабандных товаров при железнодорожных и морских перевозках);

Возможность повышения точности и достоверности работы системы за Возможность повышения точности и достоверности работы системы за счет объединения радиолокационных датчиков в пространственно-счет объединения радиолокационных датчиков в пространственно-разнесенные системы;разнесенные системы;

Возможность создания портативных, а в перспективе и карманных Возможность создания портативных, а в перспективе и карманных приборов.приборов.

ПроблемыПроблемы :: Необходимость разработки специализированных приемо-передающих Необходимость разработки специализированных приемо-передающих

антенн с высокой (до 90 дБ) степенью развязки между приемной и антенн с высокой (до 90 дБ) степенью развязки между приемной и передающей антеннами;передающей антеннами;

Необходимость обучения персонала для интерпретации Необходимость обучения персонала для интерпретации радиолокационной информации.радиолокационной информации.

55

Состояние разработки Состояние разработки

на настоящий моментна настоящий момент В настоящее время авторами разработан и испытан прибор для В настоящее время авторами разработан и испытан прибор для

обнаружения людей за оптически непрозрачными обнаружения людей за оптически непрозрачными препятствиями, который положен в основу серии приборов препятствиями, который положен в основу серии приборов различного назначения. Проведена серия экспериментов по различного назначения. Проведена серия экспериментов по реальным целям. Вероятность правильного обнаружения реальным целям. Вероятность правильного обнаружения объектов за кирпичными перегородками зданий не менее 0,98 объектов за кирпичными перегородками зданий не менее 0,98 при уровне ложных тревог 10при уровне ложных тревог 10-5-5..

Прибор работает в диапазоне частот 0,93 — 1,86 ГГц. Прибор работает в диапазоне частот 0,93 — 1,86 ГГц. Обработка сигналов осуществляется в цифровом виде с Обработка сигналов осуществляется в цифровом виде с применением разработанных авторами спектральных методов применением разработанных авторами спектральных методов селекции со «сверхразрешением». Имеется звуковая и селекции со «сверхразрешением». Имеется звуковая и визуальная индикация и возможность регистрации сигнала на визуальная индикация и возможность регистрации сигнала на внешнем носителе.внешнем носителе.

При работе по подповерхностным целям доплеровская При работе по подповерхностным целям доплеровская селекция не применяется. Глубина зондирования зависит от селекция не применяется. Глубина зондирования зависит от состава и влажности грунта и для большинства практических состава и влажности грунта и для большинства практических задач составляет до 10 метров при разрешающей способности задач составляет до 10 метров при разрешающей способности 0,3-0,5 метра. 0,3-0,5 метра.

66

Портативный радиолокатор предназначенный Портативный радиолокатор предназначенный для поисково-спасательных службдля поисково-спасательных служб

Основные тактико-технические Основные тактико-технические данные:данные:

Максимальная дальность до Максимальная дальность до преграды – 15 м.преграды – 15 м.

Глубина расположения Глубина расположения обнаруживаемых объектов – до 5 м.обнаруживаемых объектов – до 5 м.

Разрешающая способность по Разрешающая способность по дальности – 0.7 м.дальности – 0.7 м.

Диапазон длин волн – Диапазон длин волн – дециметровый. дециметровый.

Питание – автономное.Питание – автономное. Масса локатора (без блока Масса локатора (без блока

питания) – 3 кг.питания) – 3 кг. Масса блока питания – 5 кг. Масса блока питания – 5 кг. Габариты локатора (без Габариты локатора (без

антенны) - 400х150х140 мм3.антенны) - 400х150х140 мм3. Осевая длина антенны – 600 Осевая длина антенны – 600

мм.мм. Время работы без подзарядки Время работы без подзарядки

аккумуляторов – не менее 8 часов.аккумуляторов – не менее 8 часов.

77

Экспериментальные данныеЭкспериментальные данные

Рис.1 Исходный сигнал. Длительность обрабатываемых реализаций 50…60 с. Оцифровка: частотой 8 кГц по 16-ти уровням.

Рис.2 Сигнал после медианной фильтрации окном 1001

88

Экспериментальные данныеЭкспериментальные данные

Рис. 3. Спектральная плотность

99

Алгоритмы предварительной Алгоритмы предварительной обработки.обработки.

( ) ( ){ } ( ),s S S sm t T E S t t T m t+ = + = ( ) ( ), ,S S S Sr t T u T r t u+ + =

1010

Информационный процессИнформационный процесс

Рис. 1. Матожидание процесса при T=TS

при

Рис. 2. Матожидание процесса при T<TS

при

1111

Информационный процессИнформационный процесс

Рис. 1. Ковариационная функция Рис. 2. Спектр

1212

Критерий выбора шага Критерий выбора шага решеткирешетки

Рис. 1. Зависимость среднеквадратического значения процесса от длины шага решетки.

1313

ВыводыВыводы

Таким образом, алгоритм обработки сигналов при обнаружении Таким образом, алгоритм обработки сигналов при обнаружении человека за оптически непрозрачным препятствием с помощью человека за оптически непрозрачным препятствием с помощью когерентного доплеровского радиолокатора строится на когерентного доплеровского радиолокатора строится на гипотезе о том, что информационный процесс гипотезе о том, что информационный процесс S(t) S(t) является является периодически коррелированным эргодическим на периодически коррелированным эргодическим на эквидистантной решетке случайным процессом и сводится к эквидистантной решетке случайным процессом и сводится к получению реализации сигнала, вычислению его матожидания получению реализации сигнала, вычислению его матожидания m(t)m(t) на произвольной решетке с шагом на произвольной решетке с шагом kk и оценке дисперсии по и оценке дисперсии по реализации. Процедуры вычисления реализации. Процедуры вычисления m(t)m(t) и дисперсии и дисперсии повторяются при всех повторяются при всех kk . При наличии ярко выраженного . При наличии ярко выраженного глобального максимума зависимости дисперсии от величины глобального максимума зависимости дисперсии от величины шага решетки принимается решение об обнаружении человека шага решетки принимается решение об обнаружении человека и вычисляется оценка периода дыхания.и вычисляется оценка периода дыхания.

Применение предлагаемой радиолокационной системы Применение предлагаемой радиолокационной системы позволит оперативно обнаруживать людей, пострадавших в позволит оперативно обнаруживать людей, пострадавших в техногенных и природных катастрофах. техногенных и природных катастрофах.

1414

Литература 1. Sytnik O.V., I.A. Vyazmitinov, Y.I. Myroshnychenko, Y.A. Kopylov. Design

Problems of Rescue-Radar // Proc. of Intern. Conf. Antennas, Radar and Wave Propagation // ARP-2007, Montreal, QC., Canada. – 5/30/2007 – 6/1/2007. – Radar: 566-082.

2. Sytnik O.V Ground-Penetrating Radar Data Preprocessing. // Telecommunications and Radio Engineering. – 2006. – V.65, № 7. – P. 621 – 631.

3. О.В. Сытник, Г.П. Почанин, М.М. Головко Удаление тренда из данных георадара. // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2006. – Т.11, №2-3. – С. 99 – 105.

4. Sytnik O.V. Invariant Transformation in Identification Theory // Telecommunications and Radio Engineering. – 2003. – V.60, № 10,11&12. – P. 20 – 32.

5. О.В. Сытник Методы идентификации природных сред и объектов по данным радиофизического эксперимента. // Успехи современной радиоэлектроники. М.: – 2006. ‑ №1. – С. 30 – 57.

6. Sytnik O.V., I.A. Vyazmitinov, Y.I. Myroshnychenko The Features of Radar Developments for People Detection Under Obstructions. // Telecommunications and Radio Engineering. 2004. Vol.61, № 10. P. 875–885.

7. Sytnik O.V Algorithm for Detection and Identification of Low Doppler Target. // Telecommunications and Radio Engineering. 2004. Vol.61, № 2. P. 130–140.10

8. Вопросы подповерхностной радиолокации. / Под ред. А.Ю. Гринева. М.: Радиотехника, 2005. – 416с.: ил. (Сер. “Радиолокация”).ISBN 5-88070-070-4 Сытник О.В., Вязьмитинов И.А., Мирошниченко Е.И.

1515

КонтактыКонтакты

Д. ф.-м. н., с.н.с. Сытник Олег ВикторовичД. ф.-м. н., с.н.с. Сытник Олег ВикторовичТел.Тел.: +3-8-057-7203-: +3-8-057-7203-592 (р);592 (р);

Моб.: +3-8-097-737-60-53Моб.: +3-8-097-737-60-53E-mail: E-mail: ssvp11@ire.kharkov.uassvp11@ire.kharkov.ua

Институт радиофизики и электроники Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, им. А.Я. Усикова НАН Украины,

12, ул. Акад. Проскуры, 12, ул. Акад. Проскуры, г. Харьков-085, Украина, 61085г. Харьков-085, Украина, 61085