Способ обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия

Авторы патента:

Сержантов Кирилл Евгеньевич (RU)

Сахнов Евгений Николаевич (RU)

Проценко Олег Петрович (RU)

Верёвкин Александр Сергеевич (RU)

Щербаков Григорий Николаевич (RU)

G01N22/00 - Исследование или анализ материалов с использованием сверхвысоких частот (G01N 3/00- G01N 17/00,G01N 24/00 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2668228:

Щербаков Григорий Николаевич (RU)
Анцелевич Михаил Александрович (RU)

Изобретение относиться к области противодействия терроризму и может быть использовано в системе защиты объектов, при этом используется двухчастотный режим облучения металлических объектов с регистрацией комбинационных частот в спектре отраженного СВЧ сигнала. Технический результат состоит в увеличении дальности обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия, в конструкции которых имеются различные металлические контакты (в том числе и только плоскостные). Для этого способ основан на усилении нелинейных свойств плоскостных металлических контактов за счет воздействия на них мощными СВЧ короткими радиоимпульсами. Это вызывает электрический плазменный пробой диэлектрических окисных пленок, покрывающих контактирующие металлические поверхности. Пробой состоит из нескольких элементарных быстродействующих нелинейных электронных процессов: эмиссии электронов из катода в диэлектрик (окисную пленку), размножения электронов вследствие ударной ионизации, образования и разрушения отрицательного объемного заряда. В момент пробоя нелинейные свойства контактов резко усиливаются, что может быть зарегистрировано приемником нелинейной радиолокационной станции. Усиление нелинейных свойств объясняется возникновением нелинейного плазменного слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относиться к области противодействия терроризму и может быть использовано в системе защиты объектов.

Известен способ нелинейной радиолокации, разработанный в рамках программы METRA(США) [1]. При облучении металлического объекта (осколочного взрывного устройства, пистолета и др.) СВЧ электромагнитным полем из-за наличия нелинейной электрической проводимости («туннельного» эффекта) у металлических контактов в спектре отраженного СВЧ сигнала появляется третья гармоника, фиксирующаяся приемником.

Недостаток данного способа – низкая эффективность обнаружения из-за малого уровня сигнала на 3-й гармонике и наличия собственных гармоник СВЧ передатчика, что снижает дальность обнаружения.

Наиболее близким к заявленному изобретению является двухчастотный способ нелинейной радиолокации, с регистрацией комбинационных частот в спектре отраженного сигнала [2].

При этом собственные гармоники СВЧ передатчиков не оказывают помехового влияния на процесс обнаружения. Кроме того, более низкие принимаемые комбинационные частоты третьего порядка (f_пр=2f_1,2-f_2,1), по сравнению с 3-й гармоникой, обуславливают меньшее шунтирующее влияние емкостей нелинейных металлических контактов объектов поиска, увеличивая этим их отражательные свойства.

Недостатком данного двухчастотного способа является малая дальность обнаружения металлических объектов, у которых имеются плоскостные металлические контакты, но отсутствуют точечные. Как известно из теории металлических контактов, в этом случае их нелинейные свойства минимальны из-за большой шунтирующей емкости [3, 4]. Такими плоскостными металлическими контактами обладают, например, пистолеты.

Техническим результатом изобретения является увеличение дальности обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия, в конструкции которых имеются различные металлические контакты (в том числе и только плоскостные).

Предлагаемый способ обнаружения основан на усилении нелинейных свойств плоскостных металлических контактов за счет воздействия на них мощными СВЧ короткими радиоимпульсами. Это вызывает электрический плазменный пробой диэлектрических окисных пленок, покрывающих контактирующие металлические поверхности. Пробой состоит из нескольких элементарных быстродействующих нелинейных электронных процессов: эмиссии электронов из катода в диэлектрик (окисную пленку), размножения электронов вследствие ударной ионизации, образования и разрушения отрицательного объемного заряда. В момент пробоя нелинейные свойства контактов резко усиливаются, что может быть зарегистрировано приемником нелинейной радиолокационной станции. Усиление нелинейных свойств объясняется возникновением нелинейного плазменного слоя.

Пробивная напряженность электрического поля составляет 10⁵-10⁷ в/см. Весьма важно, что длительность прикладываемого напряжения может быть весьма малой – единицы - десятки наносекунд. Соответственно и продолжительность воздействия электромагнитного поля, облучающего объект поиска может быть такой малой. При толщине окисной пленки единицы-десятки микрон ее пробой наступает при напряжении 10 В и более [4, 5]. Такие напряжения создают в металлических объектах поиска, имеющих характерные размеры в единицы дециметров (пистолеты, «пояса шахида» и др.) при плотности потока мощности СВЧ поля в несколько десятков Вт/м²[6, 7]. Диапазон используемых радиоволн при этом должен соответствовать характерным размерам объектов поиска (0,1…0,3 м), т.е. должен быть дециметровым.

Наибольшую амплитуду сигнала от металлических контактов создаются на комбинационных частотах 3-го порядка, т.е. при f_пр=2f₁-f₂ и f_пр=2f₂-f₁[2, 3, 4]. Это обусловлено кубической вольт-амперной характеристикой металлического контакта [3].

В заявленном способе обнаружения плотность потока СВЧ мощности у металлического объекта поиска (скрыто носимого осколочного взрывного устройства, огнестрельного оружия) на одной из частот создается не менее порога плазменного пробоя в металлических контактах конструкции этого объекта. При этом для повышения экономичности это СВЧ поле создается в импульсном режиме с длительностью не менее 10 нс.

На фиг.1 показана структурная схема реализующая предлагаемый способ обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия.

Устройство обнаружения осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия (1) содержит СВЧ передающее устройство с частотой f₁ (2), СВЧ предающее устройство с частотой f₂ (3), СВЧЧ приемное устройство комбинационных частот.

Устройство обнаружения работает следующим образом.

Узконаправленные лучи СВЧ электромагнитного поля с помощью передающего устройства (2) на частоте f₁ и передающего устройства (3) на частоте f₂ излучает в направлении объекта поиска (1) (осколочного взрывного устройства, спрятанного под одеждой пистолета и др.). При этом импульсная мощность плотности потока мощности СВЧ поля у объекта поиска, создаваемого передающим устройством (3), выше порога плазменного пробоя окисных пленок металлических контактов (десятки Вт/м² и более) этого объекта. Это приводит к скачкообразному увеличению нелинейных отражательных свойств объекта поиска. Отраженный сигнал на комбинационных частотах регистрируется приемным устройством (4).

С целью проверки работоспособности предлагаемого способа был проведен эксперимент в полевых условиях. В качестве объектов поиска использовались:

- пистолеты Макарова (учебные) – с плоскостными металлическими контактами в своей конструкции (3 шт);

- макеты скрыто носимых осколочных взрывных устройств с различными поражающими элементами (гвозди, обрезки арматуры, проволоки и др.) – 3 шт.размером 0,15×0,4 м – с точечными металлическими контактами

Характеристики передающего устройства №1: частота f₁=840 МГц, Мощность P_имп=600 Вт (в импульсе), КНД=6, длительность импульса τ_и=1,2 мкс, частота следования импульсов F_сл=450 Гц.

Характеристики передающего устройства №2: частота f₁=680 МГц, Мощность P_имп=1 Вт (непрерывный режим излучения), КНД=10,

Характеристики приемного устройства на базе приемника П5-20: частота принимаемая f_пр=2f₁-f₂=1000 МГц, чувствительность до 10^{-12 В}т, на входе приемника установлен дополнительный полосовой СВЧ фильтр (f₀=1000 МГц), режим работы – прием импульсных сигналов («Пик»)

Величины зондирующих СВЧ полей замерялись прибором П3-19.

Создание режима возбуждения плазменного пробоя в плоскостных контактах (у пистолетов) подтверждают следующие факторы:

- наличие порогового значения падающего на объект плотности потока мощности П_пад≈50…60 Вт/м ниже которого нелинейные свойства у пистолетов (плоскостные контакты) пропадали;

- шумовая «окраска» отраженного на комбинационной гармонике (1000 МГц) сигнала, что характерно для СВЧ диагностики плазмы [8].

Дальность обнаружения пистолетов достигала 2…2,2 м, а осколочных взрывных устройств – до 12…15 м.

В то же время, при использовании в качестве первого передающего устройства обычного измерительного генератора с мощностью P=1 Вт (непрерывный режим) объекты с плоскостными контактами (пистолеты) не обнаруживались.

Источники информации:

1. Hager R. Harmonic Radar System. IEEE Tr. V-AES-12, №2, 1976

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

3. Смирнов В.С. и др. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре. М. Советское радио, 1974, 176 стр.

4. Клеметенко А.Я. и др. Контактные помехи радиоприему. М. Военное издательство МО СССР, 1979, с.24-32

5. Воробьев А.А. и др. Электрический пробой и разрушение твердых диэлектриков. М. Высшая школа, 1966 г., 224 с.

6. Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. М. Советское радио, 1961, с.136-155

7. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации М. Советское радио, 1973 г., с.119-133

8. Брандт А.А. и др. Плазменные умножитель частоты М. Изда. «Наука», 1974 г., 208 с.

1. Способ обнаружения носимых осколочных взрывных устройств и огнестрельного оружия, включающий двухчастотное облучение СВЧ электромагнитным полем и регистрацию комбинационных СВЧ составляющих в спектре отраженного сигнала, отличающийся тем, что плотность потока зондирующего СВЧ поля у объекта поиска на одной из частот создают не менее порога плазменного пробоя в металлических контактах конструкции этого объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что СВЧ электромагнитное поле, вызывающее энергетический пробой у металлических контактов, создают в импульсном режиме с длительностью импульсов не менее 10 нс.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости и влажности сыпучих, пастообразных и жидких материалов с высокой электропроводностью, в т.ч.

Волноводное устройство для измерения параметров жидкостей // 2655028

Изобретение относится к области СВЧ-техники и может быть использовано для измерения и контроля жидкостей, в частности водных растворов и суспензий веществ химической и биологической природы в различных технологических процессах, исследованиях структуры водных растворов, определения влагосодержания углеводородов, в том числе и «на потоке», а также в биофизических исследованиях.

Способ улучшения характеристик нелинейного радиолокатора // 2643199

Настоящее изобретение относится к области нелинейной радиолокации и может быть использовано при разработке нелинейных радиолокаторов (НРЛ), осуществляющих поиск объектов, имеющих в своем составе нелинейные элементы (НЭ).

Способ дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства // 2639603

Использование: для обнаружения диэлектрических взрывчатых веществ, скрытых под одеждой на теле человека и в носимом багаже. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение контролируемой области когерентным СВЧ-излучением на N частотах, регистрацию сигнала, несущего информацию о скрытом объекте, находящемся в контролируемой области пространства, с помощью одного или более параллельных каналов регистрации и когерентную обработку зарегистрированного сигнала, причем регистрацию сигнала, несущего информацию о скрытом объекте, находящемся в контролируемой области пространства, осуществляют после прохождения сигналом этой области, затем определяют зависимость заданной функции от х - координаты по оси, соединяющей регистратор и источник СВЧ-излучения, при этом определяют значение хmax, при котором функция F имеет максимальное значение Fmax, устанавливают F0 - пороговое значение, и при Fmax<F0 констатируют присутствие проводящего объекта в контролируемой области пространства, при Fmax>F0 и xmax>xпороговое, где xпороговое - установленное минимальное значение размеров объекта, констатируют присутствие диэлектрического объекта в контролируемой области пространства, а при Fmax>F0 и xmax<xпороговое констатируют отсутствие объектов в контролируемой области пространства.

Способ определения состояния поверхности дороги // 2637797

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда.

Устройство для измерения физических свойств вещества в потоке // 2634090

Использование: для контроля потоков неоднородных диэлектрических веществ. Сущность изобретения заключатся в том, что устройство для измерения физических свойств вещества в потоке содержит на измерительном участке волноводный резонатор, через сквозные отверстия в противоположных торцах которого вдоль его продольной оси пропущен диэлектрический трубопровод с контролируемым диэлектрическим веществом, подсоединенные к данному резонатору с помощью элементов связи генератор электромагнитных колебаний и электронный блок, при этом волноводный резонатор выполнен в виде прямоугольного волноводного резонатора, в котором возбуждены колебания типа H10n, n=1, 2, …, и в котором у каждой из его узких стенок установлена диэлектрическая вставка с тем же поперечным размером, что и у прямоугольного резонатора, ее продольный размер имеет величину , где L - длина резонатора в продольной плоскости, ε - диэлектрическая проницаемость материала каждой вставки.

Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления // 2632564

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, в частности к способам и устройствам обнаружения взрывчатых и наркотических веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей.

Устройство для диагностики заболеваний бронхолегочной системы // 2631629

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для диагностики заболеваний бронхолегочной системы содержит управляемый генератор высокой частоты (3), аналого-цифровой преобразователь (9), блок управления (4), блок регистрации и отображения результатов измерений (2), блок генерации и измерения (1), основной (6), опорный (7) и приемный (8) каналы.

Свч-способ измерения концентрации водных растворов // 2631340

Изобретение относится к области СВЧ-техники и может быть использовано для определения концентраций веществ в водных растворах, в том числе для контроля влаги в углеводородных смесях, при контроле загрязнения водных сред, при контроле концентрации биологических клеток в суспензиях.

Способ дистанционного досмотра багажа в контролируемой области пространства // 2629914

Использование: для дистанционного досмотра багажа. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение контролируемой области пространства когерентным СВЧ-излучением на наборе частот, регистрацию сигнала после прохождения сигналом этой области с помощью нескольких каналов регистрации и обработку зарегистрированного сигнала, который несет информацию о диэлектрических объектах в багаже, при этом облучение области СВЧ-излучением осуществляют несколькими передающими элементами, расположенными в различных точках пространства, а при обработке зарегистрированного сигнала определяют множество значений удлинения оптического пути, соответствующих определенной паре излучатель-регистратор на наборе частот, затем вычисляют распределение плотности удлинения оптического пути в конкретной области пространства, выделяют непрерывные трехмерные участки с близкими по значению плотностями удлинения оптического пути, затем для каждого выделенного участка вычисляют среднюю плотность удлинения ρ оптического пути, положение и размеры диэлектрического объекта, находящегося в багаже, в системе координат (x, y, z), диэлектрическую проницаемость ε диэлектрического объекта в сечении одной из плоскостей системы координат, причем диэлектрическую проницаемость вычисляют по заданной математической формуле, задают значения εниж и εверх, которые характерны для опасных диэлектрических объектов, и при εниж<ε<εверх констатируют присутствие опасного диэлектрического объекта в контролируемой области пространства.