Устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ

Полезная модель относится к технике обнаружения взрывчатых веществ, в частности к устройствам обнаружения взрывчатых веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей, в том числе герметично упакованных и неметаллических. Устройство состоит из опорного генератора, передающей и приемной антенн, соединенных соответственно с передатчиком и приемником сигналов, соединенного с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с вычислительным блоком, соединенным с блоком индикации, выходы опорного генератора соединены с передатчиком и приемником, а вычислительный блок реализует алгоритм нейросетевого классификатора. Передатчик сигнала представляет собой СВЧ-генератор, формирующий немодулированные колебания с дискретным перестроением по частоте в полосе частот 7.5-12.5 ГГц. 1 нез.п. ф., 1. зав.п. ф., 1 ил.

Полезная модель относится к технике обнаружения взрывчатых веществ, в частности к устройствам обнаружения взрывчатых веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей, в том числе герметично упакованных и неметаллических.

Известны решения, например, устройство для обнаружения наркотических и взрывчатых веществ, в котором в одной из измерительных камер размещают анализируемый объект, а в другой - эталонный образец, совпадающий по своему химическому составу с веществом, которое необходимо идентифицировать, облучают анализируемый объект и эталонный образец с помощью радиочастотного излучателя с заданным значением частоты и видом импульсной последовательности. Приемные антенны, расположенные в соответствующих измерительных камерах, принимают сигналы; далее, с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразовывают принятые сигналы, сравнивают спектры ядерного квадрупольного резонанса анализируемого объекта и эталонного образца, по результатам которого судят о наличии взрывчатых или наркотических веществ (патент РФ 2179716, G01N 24/00, 20.02.02).

За прототип принято устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ (патент РФ 2283485, G01N 22/00, оп. 10.09.2006). Устройство содержит антенну, соединенную через антенный переключатель с выходом передатчика и входом приемника, включающий в себя усилитель и аналого-цифровой преобразователь, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с измерительным средством, в состав которого входит блок памяти, измерительное средство соединено с блоком индикации. Измерительное средство и передатчик связаны между собой цепью синхронизации. При выполнении измерительного средства с использованием процессора можно осуществлять управление с помощью этого средства параметрами зондирующих импульсов, воздействуя на цепи управления передатчика. В частности, можно устанавливать требуемые значения амплитуды, длительности зондирующего импульса, его мощности и несущей частоты излучаемого сигнала, а также задавать значения несущих частот для каждой пачки импульсов в случае, когда для облучения контролируемого объекта формируют импульсный СВЧ-сигнал в виде последовательности пачек импульсов. Принятие решения об обнаружении опасного объекта производится с использованием эталонных значений заложенных в блоке памяти памяти. Устройство может быть выполнено с двумя антеннами, одна из которых передающая, а другая приемная. В этом случае устройство не содержит антенного переключателя, поскольку антенны подключены соответственно к выходу передатчика и входу приемника. Недостатком этого устройства является сложность и, как следствие, дороговизна, вызванная необходимостью формирования импульсных СВЧ сигналов, а также невозможность реализовать антенный переключатель, способный переключить антенну от передатчика к приемнику за время, необходимое для распространения сигнала до объекта и обратно (<0.5 м, что снижает достоверность обнаружения.

Техническим результатом, на которое направлена полезная модель является повышение достоверности обнаружения скрываемых объектов в режиме реального времени при обеспечении оптимальных параметров излучения.

Для этого предложено устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, состоящее из передающей и приемной антенн, соединенных соответственно с передатчиком и приемником сигналов, соединенного с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с вычислительным блоком, соединенным с блоком индикации, при этом оно дополнительно содержит опорный генератор, выходы которого соединены с передатчиком и приемником, а вычислительный блок реализует алгоритм нейросетевого классификатора.

Передатчик сигнала представляет собой СВЧ-генератор, формирующий немодулированные колебания с дискретным перестроением по частоте в полосе частот 7.5-12.5 ГГц.

В основе работы устройства лежит использование СВЧ-излучения и сравнение коэффициента диэлектрической проницаемости исследуемого объекта с эталонными показателями. Устройство облучает исследуемый объект пакетом слабых высокочастотных электромагнитных сигналов, в диапазоне от 7.5-12.5 ГГц. Для возможности одновременной работы приемника и передатчика применена схема синхронного тактирования, реализуемая с помощью опорного генератора. Принятие решения об обнаружении опасного объекта производится с использованием нейросетевого классификатора, достоинством которого является многократная экономия памяти и вычислительных ресурсов, по сравнению с прямым сравнением, примененным в прототипе.

На фигуре показана блок-схема устройства, где

1 - передающая антенна

2 - приемная антенна

3 - передатчик

4 - приемник

5 - опорный генератор

6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

7 - вычислительный блок

8 - блок индикации

Устройство содержит передающую антенну 1, соединенную с выходом передатчика 3, приемную антенну 2, соединенную со входом приемника 4. Опорный генератор 5 соединен с передатчиком 3 и приемником 4. Выход приемника 4 соединен с АЦП 6, выход которого соединен с вычислительным блоком 7, соединенным с блоком индикации 8.

Устройство работает следующим образом.

Для облучения контролируемого объекта передающей антенной 1 формируют импульсный СВЧ-сигнал в передатчике 3 в полосе частот 7.5-12.5 ГГц и длительностью ~ 8,5 сек., сигнал представляет собой немодулированные колебания с дискретным перестроением по частоте в указанной полосе. Приемник 4 осуществляет перенос сигнала от приемной антенны 2 с СВЧ диапазона на промежуточную частоту и далее синхронное детектирование и дискретизацию. Блок индикации 8 выводит информацию об обнаружении, кроме того, конкретная реализация прибора позволяет выводить информацию об уровне заряда батареи, а также нахождении прибора в оптимальной для обнаружения зоне. Поскольку мощность и длительность излучаемого СВЧ-сигнала небольшая, проверке на наличие взрывчатых веществ могут подвергаться непосредственно пассажиры, либо люди, находящиеся в местах массовых мероприятий. Обработку принятого сигнала с определением величин его фазового сдвига относительно излученного и интенсивности с последующим сравнением с эталонными значениями, проводят в вычислительном блоке 7. При наличии диэлектрических включений на контролируемом объекте (в частности, на теле человека) параметры принятого сигнала будут отличаться от параметров сигнала, отраженного от контролируемого объекта, не содержащего взрывчатых веществ, наркотиков и т.д.. Отличия будут заключаться в изменении фазы принятого сигнала и его интенсивности. Изменение фазы будет различным для различных диэлектриков.

Входными данными нейросетевого классификатора является вектор, содержащий измеренные значения амплитуды и фазы принятого сигнала на различных частотах. Для успешной работы классификатора необходимо предварительно обучить его на векторах характерных для двух классов (человек с объектом на теле и без). В процессе обучения классификатор настраивает веса внутри нейросети таким образом, чтобы они обеспечивали максимальную точность классификации. Данный подход позволяет сохранить полезную информацию о характерных особенностях входных векторов двух классов в максимально компактном виде и ускорить процесс классификации. Точная настройка весов позволяет классификатору, получив на вход вектор, снятый в рабочем режиме отнести его к одному из двух классов.

Таким образом, данная полезная модель позволит повысить точность определения скрываемых неметаллических герметичных взрывчатых веществ до 96% до 99.5%. при этом обеспечить безопасность для здоровья досматриваемого и оператора

1. Устройство для обнаружения и идентификации взрывчатых веществ, состоящее из передающей и приемной антенн, соединенных соответственно с передатчиком и приемником сигналов, соединенного с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с вычислительным блоком, соединенным с блоком индикации, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит опорный генератор, выходы которого соединены с передатчиком и приемником, а вычислительный блок реализует алгоритм нейросетевого классификатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передатчик сигнала представляет собой СВЧ-генератор, формирующий немодулированные колебания с дискретным перестроением по частоте в полосе частот 7,5-12,5 ГГц.