Устройство обнаружения противотранспортных мин

 

Изобретение относится к техническим средствам борьбы с терроризмом и может быть использовано для предотвращения подрыва транспортных средств. Достигаемый технический результат - повышение безопасности эксплуатации транспортных средств за счет своевременного выявления установленных на них мин. Устройство содержит доплеровский СВЧ датчик, состоящий из генератора, приемно-индикаторного устройства и антенны, инфранизкочастотный сейсмический датчик вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, управляемый радиопередатчик и автономное приемное устройство, причем выходы обоих датчиков связаны с переключаемой логической схемой, выход которой подсоединен к управляющему входу радиопередатчика, а антенна доплеровского датчика выполнена из коаксиальных кабелей с перфорационными отверстиями, работающих на принципе "вытекающих волн". 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение 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].

Известно оптическое устройство для осмотра днища автомобиля фирмы "Ален" (Великобритания). Оно представляет собой зеркальце на телескопической штанге. Однако его применение очень трудоемко и требует квалификации оператора. Кроме того, во время сравнительно длительного осмотра днища автомобиля оператор может быть уничтожен при наличии канала дистанционного управления подрывом у противотранспортной мины.

Прибор "ТАЛОС" фирмы "Биолют" (Великобритания) обеспечивает обнаружение противотранспортных мин, имеющих магнитные крепления (то есть "мин-прилипалок"). Но далеко не все противотранспортные мины и взрывные устройства имеют магнитные крепления. Здесь возможно применение жгутов, клея, зацепов в виде крючков и штырей. Анализ криминальной хроники в газетах и на телевидении подтверждает это [1-3]. Особенно применение магнитов для крепления мин затруднено в зимних условиях, когда на днище автомобиля может быть толстый слой льда с грязью, препятствующий "прилипанию" магнитной мины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является новейший малогабаритный СВЧ датчик (так называемый микроволновый датчик) охранной сигнализации FCC lD (Тайвань, 1997 г. изготовления), использующий эффект Доплера. Он срабатывает при внесении любого предмета в охраняемую зону (в небольшое помещение, салон автомобиля и т.д.). СВЧ датчик 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.

Недостатками известного устройства (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).

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения безопасности эксплуатации механических транспортных средств путем заблаговременного надежного обнаружения установленных террористами противотранспортных мин при минимальном числе ложных срабатываний.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в устройство обнаружения противотранспортных мин, содержащее доплеровский СВЧ электромагнитный датчик, состоящий из генератора, приемно-индикаторного устройства и антенны, дополнительно 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 управляющему 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 процесс 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 датчика, 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 управляющий 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 предлагаемого 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 заявляемого устройства - в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Эти требования взаимно противоречивы [5]. 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).

Общим признаком с прототипом является наличие доплеровского СВЧ датчика, включающего генератор, приемно-индикаторное устройство и антенну.

В то же время сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых признаков: введением инфранизкочастотного сейсмического датчика вертикальных колебаний корпуса транспортного средства, механически жестко соединенного с его корпусом, переключаемой логической схемы И-ИЛИ, управляемого радиопередатчика и автономного радиоприемного устройства, выполнение антенны СВЧ датчика из двух коаксиальных кабелей с отверстиями в оплетке, а также их новыми связями с остальными элементами устройства и между собой.

Таким образом, заявляемое устройство обнаружения противотранспортных мин обладает совокупностью существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства обнаружения противотранспортных мин.

Устройство содержит доплеровский СВЧ датчик 1, включающий антенну 2, инфранизкочастотный сейсмический датчик вертикальных колебаний корпуса транспортного средства 3, механически жестко соединенного с его корпусом, переключаемую логическую схему И-ИЛИ 4, управляемый радиопередатчик 5 и автономное радиоприемное устройство 6. Выходы доплеровского СВЧ и сейсмического датчиков 1 и 3 подключены ко входам логической схемы 4, выход которой подсоединен к управляющему входу радиопередатчика 5.

Выполнение антенны 2 из коаксиальных передающего и приемного кабелей, прикрепленных к днищу транспортного средства, повышает стабильность работы всего устройства.

Устройство работает следующим образом. При внесении террористом взрывного устройства под днище автомобиля срабатывает доплеровский СВЧ датчик, а при прикреплении ВУ к его днищу - и сейсмический. Их практически одновременное или близкое по времени срабатывание регистрируется схемой, работающей в режиме И и включающей управляемый радиопередатчик. Излучение радиопередатчиком 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. При наличии сигнала тревоги производятся осмотр и разминирование автомобиля с использованием специальных средств соответствующими специалистами [1].

С целью проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен и испытан макетный образец устройства, который устанавливался на автомобилях Форд, ВАЗ 21099 и ВАЗ 21063. Макетный образец включал в себя макет доплеровского СВЧ датчика и макет сейсмического датчика.

Макет доплеровского СВЧ датчика включал в себя СВЧ генератор Г4-3ЭА, приемник SMV 8.5 (Германия), импульсное устройство селекции квазидоплеровского сигнала, запоминающий осцилограф С8-17 и коаксиальные кабельные антенны. Антенны были изготовлены из кабеля РК-50 и нагружены на нагрузки 50 Ом. В оплетке кабелей прорезаны щели длиной 17,8 см. Рабочая частота составляла 840 МГц.

Основными элементами макета сейсмического датчика являлись пьезодатчик с предварительным усилителем, усилитель постоянного тока, фильтр нижних частот, специализированная ПЭВМ типа "Note book", поддон-крейт с платой АЦП типа N-1250.

Объектами поиска при экспериментах были реальный образец террористического радиоуправляемого ВУ с магнитом (200 г ВВ было предварительно удалено), постоянный магнит от армейской противотранспортной диверсионной мины, а также макет ВУ с устройством крепления в виде обрезиненных жгутов с зацепами.

При проведении экспериментов каждый объект поиска устанавливался несколько десятков раз на указанные автомобили. Местами установки являлись: днище в разных местах, труба глушителя, нижние элементы бамперов.

Условия эксперимента: без ветра; ветер легкий (2 балла), скорость ветра до 2,4 м/с; ветер умеренный (4 балла), скорость ветра до 6,7 м/c; без воздействия сейсмических помех (транспорта);
слабое воздействие сейсмических помех (движение транспорта в 50 м от стоянки автомобиля);
сильное воздействие сейсмических помех (интенсивное движение транспорта в 0,5 м от места стоянки автомобиля) и прохождение вблизи пешеходов на расстоянии 0,2 м от корпуса автомобиля.

Установлено, что в последнем случае только одновременная регистрация сигнала по обоим каналам практически исключала ложные срабатывания.

Таким образом, проведенный эксперимент доказал реализуемость предлагаемого устройства
Вместе с тем применительно к решаемой задаче была создана лабораторная измерительная установка. Ее функциональная схема изображена на фиг.2.

В результате предварительных исследований из множества возможных вариантов радиоволнового метода была выбрана двухкабельная поисковая антенна на основе принципа "вытекающих волн", работающая в дециметровом диапазоне.

Ее отличительные признаки:
локализация зоны обнаружения, в основном непосредственно между излучающим и принимающим коаксиальными кабелями, что резко снижает число ложных срабатываний;
возможность работы антенн (коаксиальных кабелей со щелями) при расположении их непосредственно на металлическом основании (макете днища автомобиля);
сохранение работоспособности под слоем полупроводящей среды (то есть на практике под слоем грязи и снега).

Кроме того, исследовалась новейшая модификация миниатюрного радиоволнового датчика охранной сигнализации FCC ID (Тайвань).

Проведенные экспериментальные исследования полностью подтвердили правильность теоретических предпосылок.

Применение двухкабельной поисковой системы позволило обеспечивать высокую вероятность (P_обн≥0,95) обнаружения устанавливаемого объекта поиска (реальный образец противоднищевой "мины-прилипалки"), а также макеты других диверсионных мин. Принимаемый сигнал регистрировался на экране запоминающего осциллографа в виде характерного выброса. При этом его амплитуда была в 8 - 12 раз больше уровня флюктуационных шумов (в момент установки мины на макет днища автомобиля). "Нулевые зоны" обнаружения при этом отсутствовали. Покрытие кабельных антенн сплошным слоем полупроводящей среды (ткань, пропитанная солевым раствором, толщиной 3 - 5 см) существенно не изменяло процесс обнаружения на частотах 600 - 840 МГц. На частоте 400 МГц надежность обнаружения при этом несколько ухудшалась. Это можно объяснить резонансными свойствами щелей, прорезанных в оболочке кабелей. Длина щелей соответствовала резонансной частоте 840 МГц и на частоте 400 МГц эффективность их (как антенн) резко падала. Весьма важно, что параллельный изгиб кабельных антенн по периметру металлического листа соответственно изменял в пространстве зону обнаружения, не оставляя пропусков. Установлено, что приемный кабель лучше располагать ближе к центру днища, а передающий - к его внешнему краю. При этом обеспечивается меньшее воздействие внешних электромагнитных помех на весь приемный тракт, что уменьшает число ложных срабатываний.

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 июля.

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

5. Уокер Ф. Электронные системы охраны. - Перевод с англ., изд. А/О "Технополис" и журнал "За и против", 1991, с.25 - 67.

Формула изобретения

1. Устройство обнаружения противотранспортных мин, содержащее доплеровский СВЧ датчик, состоящий из генератора, приемно-индикаторного устройства и антенны, отличающееся тем, что в него 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 И - ИЛИ, выход которой подсоединен к управляющему входу радиопередатчика.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2