Способ и устройство дистанционного обнаружения и распознавания объектов с нелинейными маркерами

Авторы патента:

G01S13/75 - с использованием "ответчиков", питаемых энергией от получаемых волн, например с использованием пассивных ответчиков

Владельцы патента RU 2595775:

Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (RU)

Изобретение относится к нелинейной радиолокации и может быть использовано для дистанционного обнаружения и распознавания объектов, находящихся вне зоны визуального наблюдения. Достигаемый технический результат - увеличение дальности обнаружения объектов поиска с нелинейными маркерами при повышении помехозащищенности и возможность распознавания объектов поиска. Сущность способа заключается в том, что поисковая система облучает объект поиска с нелинейным маркером зондирующим сигналом на частоте f₀ и получает отклик на частоте f₀+Δf, где Δf<<f₀. При этом зондирующий сигнал и сигнал отклика кодируются и декодируются, а нелинейный рассеиватель, входящий в состав нелинейного маркера, преобразует высокочастную энергию принятого зондирующего сигнала в энергию постоянного напряжения для включения активного сигнала отклика на частоте f₀+Δf. Реализующее указанный способ устройство состоит из поисковой системы, содержащей передающее устройство, полосовой фильтр, приемник, индикатор и антенну с соответствующими связями, и нелинейного маркера, содержащего антенну, полосовой фильтр, передающее устройство, индикатор, нелинейный рассеиватель, дешифратор кодовых посылок, ключ и аккумулятор с соответствующими связями. При этом передающее устройство поисковой системы и полосовой фильтр нелинейного маркера настроены на частоту f₀, передающее устройство нелинейного маркера, полосовой фильтр поисковой системы и приемник - на частоту f₀+Δf, оба передающих устройства содержат формирователи кодовых посылок, приемник содержит дешифратор кодовых посылок, а обе антенны являются приемно-передающими с полосой пропускания от f₀ до f₀+Δf и соединены между собой по радиоканалу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Известны способы и устройства дистанционного обнаружения объектов, использующие нелинейные способы и устройства радиолокации (НРЛ) [1, 2, 3], где основными элементами устройств являются нелинейные рассеиватели энергии (HP) (высокочастотные полупроводниковые радиодетали, точечные и плоскостные металлические контакты деталей), имеющиеся (или специально размещенные) в объекте поиска.

При облучении объекта поиска зондирующим сигналом нелинейный рассеиватель переизлучает в пространство сигнал на частотах высших гармоник и субгармоник зондирующего сигнала.

Таким образом, факт регистрации приемником поисковой системы сигнала отклика на частотах высших гармоник и субгармоник зондирующего сигнала говорит о нахождении в области облучения нелинейного рассеивателя или нелинейного пассивного маркера (НМ).

Существенными недостатками указанных способов и устройств являются незначительная (до 30 м) дальность обнаружения объектов поиска и слабая помехозащищенность из-за малого коэффициента преобразования мощности принятого зондирующего сигнала в сигналы его высших гармоник и субгармоник (слабого пассивного сигнала отклика), а также невозможность идентификации (распознавания) объектов поиска.

Использование HP в параметрических рассеивателях [4, 5, 6], повышающих на один-два порядка эффективность преобразования энергии входного сигнала, увеличивает мощность сигнала отклика, что несколько увеличивает дальность обнаружения объектов поиска (менее 100 м) и помехозащищенность.

Увеличение дальности обнаружения HP за счет значительного повышения мощности зондирующего сигнала или чувствительности приемника поисковой системы приводит к ухудшению электромагнитной совместимости, повышению опасности для операторов и ухудшению помехозащищенности.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано техническое решение [6], которое может быть использовано в поисковых системах, например в системе обнаружения жертв кораблекрушения.

В случае сигнала бедствия поисковая система излучает в пространство зондирующий сигнал, принимаемый объектом поиска с HP, который возбуждает в нелинейном маркере - субгармоническом параметрическом рассеивателе колебания на половинной частоте зондирующего сигнала, излучаемые в пространство и принимаемые поисковой системой, что позволяет обнаружить объект поиска и по направлению приемной антенны поисковой системы - его направление.

Устройство-прототип состоит из поисковой системы, расположенной на подвижном водном или воздушном носителе и состоящей из генератора зондирующего сигнала, подсоединенного к излучающей антенне, настроенных на частоту зондирующего сигнала, приемной антенны и присоединенного к ней приемника, настроенных на половинную частоту зондирующего сигнала, и нелинейного маркера, расположенного на объекте поиска.

Нелинейный маркер - субгармонический параметрический рассеиватель состоит из приемной и передающей антенн, настроенных, соответственно, на частоту зондирующего сигнала и его половинную частоту, и двух параметрических генераторов, настроенных на половинную частоту зондирующего сигнала.

Параметрический генератор представляет собой параметрический колебательный контур, состоящий из индуктивности и HP, имеющего нелинейную емкость, в качестве которой может быть использован полупроводниковый диод.

Недостатки прототипа те же, что и у аналогов, хотя дальность обнаружения и помехозащищенность прототипа несколько увеличены.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является существенное (на один-два порядка) увеличение дальности обнаружения объектов поиска с нелинейными маркерами при повышении помехозащищенности и возможность распознавания объектов поиска.

Дополнительным техническим результатом является возможность оповещения о начале поиска объекта.

В предложенном способе так же, как и в прототипе, поисковая система облучает объект поиска, содержащего нелинейный рассеиватель, зондирующим сигналом на частоте f₀ и получает отклик на другой частоте. Однако в предложенном способе зондирующий сигнал и сигнал отклика кодируются и декодируются, а нелинейный рассеиватель, в отличие от прототипа, преобразует высокочастную энергию принятого зондирующего сигнала в энергию постоянного напряжения для включения активного сигнала отклика на частоте f₀+Δf, где Δ<<f₀.

Предложенный способ может быть реализован устройством, обеспечивающим достижение указанного технического результата за счет того, что в известное устройство, состоящее из поисковой системы (ПС), расположенной на подвижном носителе и включающей антенну (А), передающее устройство (ПУ), выход которого соединен с входом-выходом антенны, и приемник (Пр), и нелинейного маркера (НМ), расположенного на объекте поиска и включающего антенну (А), передающее устройство (ПУ), выход которого соединен с входом-выходом антенны, и нелинейный рассеиватель (HP), в ПС дополнительно включены полосовой фильтр (ПФ) и индикатор (И), причем вход ПФ соединен с входом-выходом А, а выход через Пр - с входом И, а в НМ дополнительно введены полосовой фильтр (ПФ), дешифратор кодовых посылок (ДКП), ключ (Кл), аккумулятор (Ак) и индикатор (И), причем вход ПФ соединен с входом-выходом А, а выход - с первым входом ДКП и входом HP, выход которого соединен со вторым входом ДКП, выход которого соединен с первым входом Кл, второй вход Кл - с выходом Ак, а выход - со входами ПУ и И. Кроме того, ПУ ПС и ПФ НМ настроены на частоту f₀, ПУ НМ, ПФ ПС - на частоту f₀+Δf, где Δf<<f₀, оба ПУ содержат формирователи кодовых посылок, Пр содержит дешифратор кодовых посылок, а обе антенны являются приемно-передающими с полосой пропускания от f₀ до f₀+Δf и соединены между собой по радиоканалу.

На фигуре представлена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - поисковая система (ПС);

2 - нелинейный маркер (НМ);

3 - передающее устройство (ПУ);

4 - полосовой фильтр (ПФ);

5 - приемник (Пр);

6 - индикатор (И);

7 - антенна (А);

8 - антенна (А);

9 - полосовой фильтр (ПФ);

10 - передающее устройство (ПУ);

11 - индикатор (И);

12 - нелинейный рассеиватель (HP);

13 - дешифратор кодовых посылок (ДКП);

14 - ключ (Кл);

15 - аккумулятор (Ак).

Устройство дистанционного обнаружения и распознавания объектов с нелинейными маркерами состоит из поисковой системы ПС 1, расположенной на подвижном носителе, включающей передающее устройство ПУ 3, полосовой фильтр ПФ 4, приемник Пр 5, индикатор И 6 и антенну А 7, причем вход-выход А 7 соединен с выходом ПУ 3 и входом ПФ 4, выход которого через Пр 5 соединен с входом И, и нелинейный маркер НМ 2, расположенный на объекте поиска, включающий антенну А 8, полосовой фильтр ПФ 9, передающее устройство ПУ 10, индикатор И 11, нелинейный рассеиватель HP 12, дешифратор кодовых посылок ДКП 13, ключ Кл 14 и аккумулятор Ак 15, причем вход-выход А 8 соединен с выходом ПУ 10 и входом ПФ 9, выход которого соединен с первым входом ДКП 13 и через HP 12 - со вторым входом ДКП 13, первый вход Кл 14 соединен с выходом ДКП 13, второй - с выходом Ак 15, а выход - с входами ПУ 10 и И 11.

При этом ПУ 3 и ПФ 9 настроены на частоту f₀, ПУ 13, ПФ 4 и Пр 5 - на частоту f₀+Δf, где Δf<<f₀, ПУ 3 и ПУ 10 включают в себя формирователи кодовых посылок, а Пр 5 - дешифратор кодовых посылок, а А 7 и А 8 являются приемно-передающими с полосой пропускания от f₀ до f₀+Δf и соединены между собой по радиоканалу.

Устройство работает следующим образом.

ПУ 3 излучает через А 7 зондирующий сигнал в виде кодовой последовательности импульсов с несущей частотой f₀, который проходит через А 8 и ПФ 9 на вход HP 12 и первый вход ДКП 13. HP 12 преобразует энергию принятого высокочастотного зондирующего сигнала в энергию постоянного напряжения, подаваемого на второй вход ДКП 13. ДКП 13 при наличии питающего напряжения от HP 12 и известной кодовой посылки от ПФ 9 подключает Ак 15 через Кл 14 к ПУ 10 и И 11 (световой диод). Включение И 11 свидетельствует о начале поиска объекта.

ПУ 10 начинает формировать ответную кодовую посылку на частоте f₀+Δf, которая через А 8 и А7 поступает через ПФ 4 на Пр 5 и далее на И 6. Показания И 6 содержат информацию о направлении и дальности объекта поиска и его распознавании (по ответным кодовым посылкам или по величине Δf, которые для каждого объекта могут быть различными).

Таким образом, использование в предложенных способе и устройстве HP как преобразователя высокочастотной энергии принятого зондирующего сигнала в энергию постоянного напряжения для формирования более мощного, активного сигнала отклика благодаря введенным ПУ 10, ДКП 13 и Ак 15, кодирование и декодирование зондирующего сигнала и сигнала отклика, использование двух (вместо четырех, как в прототипе) приемно-передающих антенн с полосой пропускания f₀+Δf, где Δf<<f₀, позволило существенно увеличить дальность обнаружения объектов поиска с нелинейными маркерами, повысить помехозащищенность способа и устройства, а также обеспечить распознавание объектов поиска.

Источники информации

1. Г.Н. Щербаков. Применение нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов. Специальная техника, 1999, №1, с. 34-39.

2. Н.Ю. Бабанов и др. Об использовании эффекта нелинейного рассеяния радиоволн при поиске терпящих бедствие на воде. Радиотехника и электроника, 2000, т. 45, №6, с. 676.

3. Нелинейная радиолокация. Сборник статей, часть 2. Под ред. А.А. Горбачева и др., Радиотехника, 2006.

4. А.В. Иванов и др. Параметрический метод обнаружения объектов с нелинейными рассеивателями. Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника, 2003, №9-10, с. 11-16.

5. Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель. Патент РФ №2336538, G01S 13/74, опубл. 20.10.2008, бюл. №29.

6. Субгармонический параметрический рассеиватель. Патент РФ №2495450, G01S 13/74, опубл. 10.10.2013, бюл. №28.

1. Способ дистанционного обнаружения и распознавания объектов с нелинейными маркерами, заключающийся в облучении объекта поиска зондирующим сигналом на несущей частоте f₀ и получении отклика на другой частоте, отличающийся тем, что нелинейный маркер производит преобразование высокочастотной энергии принятого зондирующего сигнала в энергию постоянного напряжения для включения мощного активного сигнала отклика на частоте f₀+Δf, где Δf<<f₀, а зондирующий сигнал и сигнал отклика кодируются и декодируются.

2. Устройство дистанционного обнаружения и распознавания объектов с нелинейными маркерами, состоящее из поисковой системы (ПС), расположенной на подвижном носителе и включающей антенну (А), передающее устройство (ПУ), выход которого соединен с входом-выходом антенны, и приемник (Пр), и нелинейного маркера (НМ), расположенного на объекте поиска и включающего антенну (А), передающее устройство (ПУ), выход которого соединен с входом-выходом антенны, и нелинейный рассеиватель (HP), отличающееся тем, что в ПС дополнительно введены полосовой фильтр (ПФ) и индикатор (И), причем вход ПФ соединен с входом-выходом А, а выход - через Пр со входом И, а в НМ дополнительно введены полосовой фильтр (ПФ), дешифратор кодовых посылок (ДКП), ключ (Кл), аккумулятор (Ак) и индикатор (И), причем вход ПФ соединен с входом-выходом А, а выход - с первым входом ДКП и входом HP, выход которого соединен со вторым входом ДКП, выход которого соединен с первым входом Кл, второй вход Кл - с выходом Ак, а выход - со входами ПУ и И, при этом ПУ ПС и ПФ НМ настроены на частоту f₀, ПУ НМ, ПФ ПС и Пр - на частоту f₀+Δf, где Δf<<f₀, оба ПУ содержат формирователи кодовых посылок, Пр содержит дешифратор кодовых посылок, а обе антенны являются приемно-передающими с полосой пропускания от f₀ до f₀+Δf и соединены между собой по радиоканалу.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при построении систем радиочастотной идентификации. Технический результат заключается в снижении вносимых потерь и уменьшении «паразитных» откликов за счет разделения во времени приема и передачи импульсов кодовой последовательности.

Система мониторинга и проверки инвентаря // 2568319

Изобретение относится к мониторингу и идентификации продуктов. Технический результат - точность и эффективность отслеживания инвентаря.

Способ управления движением судов // 2529867

Предлагаемый способ относится к области радиолокации, в частности к области радиолокационных систем активного запроса-ответа (САЗО), и может быть использован для управления движением судов как надводных, так и воздушных в сложных метеоусловиях вплоть до полного отсутствия видимости.

Параметрический рассеиватель - маркер с нелинейным формированием синхросигналов // 2507537

Изобретение относится к устройствам обнаружения пассивных маркеров-ответчиков, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, в частности параметрическими рассеивателями.

Способ обнаружения и идентификации разыскиваемых транспондеров из множества пассивных транспондеров и система для его осуществления // 2497147

Предлагаемые способ и система относятся к системам радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов (RFID-системы). Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей известных технических решений путем автоматического определения местоположения разыскиваемых транспондеров.

Двухконтурный параметрический рассеиватель // 2491573

Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, и могут быть использованы в поисковой системе обнаружения жертв кораблекрушений.

Датчик на поверхностных акустических волнах для беспроводного пассивного измерения перемещений // 2486646

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах мониторинга напряженно-деформированного состояния объектов. .

Система для определения положения медицинского инструмента // 2472435

Изобретение относится к системе для определения пространственного положения и/или ориентации медицинского инструмента, содержащей излучающий электромагнитное излучение передающий блок, по меньшей мере, один расположенный на медицинском инструменте локализационный элемент, который принимает излучаемое передающим блоком электромагнитное излучение и создает локализационный сигнал, и блок оценки, который определяет положение и/или ориентацию медицинского инструмента посредством оценки локализационного сигнала.

Распределение на основе активных меток // 2470374

Изобретение относится к способам и системам обнаружения распределения продукта из устройства хранения. .

Электронный паспорт изделия // 2468386

Способ и система определения координат цели в системе запрос-ответ // 2631117

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах вторичной радиолокации, преимущественно имеющих в своем составе антенну, раскрыв которой образован одномерной линейкой излучателей, при определении координат цели в системе запрос-ответ. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности определения координат цели (ответчика) при любом положении антенны запросчика относительно носителя запросчика и при любом положении носителя запросчика в пространстве, в случае использования антенны в виде одномерной линейки излучателей, для которой диаграмма направленности является воронкой. Указанный результат достигается тем, что способ определения координат цели в системе запрос-ответ с использованием имеющей заданное направление прицеливания антенны позволяет объединять как минимум три параметра, которые отражают положение цели, положение носителя антенны и направление прицеливания антенны, при этом в качестве параметров используют расстояние от носителя до цели, высоту цели и высоту носителя, отклонение направления на цель относительно направления прицеливания антенны, причем используют антенну, диаграмма направленности которой является воронкой, при этом в качестве параметров дополнительно используют угловое положение носителя в пространстве и заданное угловое направление антенны на цель относительно носителя, а также перпендикулярную направлению раскрыва антенны плоскость, в которой расположена цель (основание воронки) получают с помощью системы запрос-ответ ответные сигналы от цели и определяют с помощью цифрового вычислительного устройства (ЦВУ), используя математическое описание диаграммы направленности антенны, отклонение в локальной системе координат (ЛСК) антенны направления ответных сигналов от плоскости, перпендикулярной направлению раскрыва антенны и проходящей через центр раскрыва антенны. Указанный результат также достигается тем, что система, реализующая способ, размещенная на носителе, включает антенну, направляемую на цель, систему запрос-ответ, выполненную с возможностью сопоставления как минимум трех параметров, представляющих положение цели, положение носителя и направление прицеливания антенны для определения местоположения цели, ЦВУ, выполненное с возможностью вычисления координат цели при любом положении носителя и антенны на носителе, а также датчик высоты и датчики углового положения антенны, направляемой на цель, причем первый вход-выход системы запрос-ответ связан с антенной, направленной на цель, второй вход-выход системы запрос-ответ соединен с входом-выходом цифрового вычислительного устройства, первый вход ЦВУ соединен с выходом датчика высоты, система также включает датчики углового положения антенны, направляемой на цель, выход которых соединен со вторым входом ЦВУ, при этом антенна выполнена с раскрывом в виде одномерной линейки излучателей, в которой равным углам отклонения направления на цель от плоскости, перпендикулярной линии раскрыва антенны, соответствует воронка. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.