CC BY
95
ТКАЧ1 Владимир Николаевич ПАРФЕНЦЕВ2 Игорь Валерьевич, кандидат технических наук, доцент ЗВЕЖИНСКИЙ3 Станислав Сигизмундович, доктор технических наук, профессор
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ4 САМОДЕЛЬНЫХ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ НЕЛИНЕЙНОГО РАДИОЛОКАТОРА NR-2000
Рассматриваются, основные результаты, полученные в ходе модернизации отечественного нелинейного радиолокатора «ЫК-2000», с целью автоматизации процесса обнаружения самодельных взрывных устройств в транспортном, потоке. Ключевые слова: нелинейный радиолокатор, излучение, автоматизация, вероятность обнаружения, ложная, тревога.
www.detector.ru
▼ "■^■специальная
S ТЕХНИКА —" И ТЕХНОЛОГИИ
Нелинейный радиолокатор (НРЛ) «N^2000», разработанный в 2011 г. и серийно производимый ЗАО «Группа Защиты-ЮТТА», уже завоевал авторитет не только на отечественном, но и на зарубежном рынке специальной техники [1, 2]. Залогом этого служат достигнутые высокие тактико-технические характеристики (ТТХ), выгодно отличающие его от других аналогичных изделий (табл. 1), в том числе:
♦ многофункциональность — работа по разным целям: самодельным взрывным устройствам (СВУ) с элементами радиоподрыва, Я1М-картам и прочим типовым объектам;
♦ высокий обнаружительный потенциал и дальнодействие, повышенная помехоустойчивость (отсутствие ложных тревог) в городских условиях применения;
♦ уверенное обнаружение целей и их селекция на фоне маскирующих металлических элементов (сетка, арматура), во влажных средах и легких строительных материалах;
♦ удобство применения, эргономич-ность (в том числе оригинальная
ружейная компоновка «bull-pup»), интуитивно-понятный интерфейс управления. В изделии «NR-2000» (фото 1) используется обработка сигнала по 2-й и 3-й гармоникам, уникальная конструкция приемопередающей антенной системы (АС) и другие «ноу-хау». Пониженная мощность излучения (существенно ниже допустимого уровня) практически исключает возможность инициации обследуемого СВУ, обеспечивает безвредность работы оператора. Компромисс по выбору частоты излучения f1 связан с тем, что с ее увеличением: ♦ хуже проникающая способность излучения внутрь среды (в которой, например, может быть спрятана СВУ), происходит снижение нелинейных качеств целей (большую
значимость приобретают «случайные» металлические антенны);
♦ выше уровень гармоник в переизлученном сигнале из-за уменьшения явления дифракции;
♦ диаграмма направленности сужается. Оператор «N^2000» способен в ручном режиме эффективно осуществлять различные виды мониторинга и поиска радиоэлектронных устройств, в том числе:
♦ обследование мест совершения актов минно-взрывного терроризма в целях нахождения электронно-содержащих компонентов;
♦ выявление Я1М-карт, мобильных телефонов и других гаджетов «на проходе»;
♦ осуществление в городских условиях поиска устройств негласно-
1 — ген. директор ЗАО «Группа защиты — ЮТТА»;2 — зам. ген. директора ЗАО «Группа защиты — ЮТТА»;
3 — профессор Московского технического университета связи и информатики;4 — статья опубликована на правах рекламы.
Таблица 1. Тактико-технические характеристики нелинейного радиолокатора «NR-2000».
Характеристика Параметр
Первичное гармоническое излучение: •модуляция •поляризация •частота И , ГГц •амплитудно-импульсная •линейная •-2
Средняя мощность излучения, Вт, не более 0,17
Ширина диаграммы направленности (по уровню мощности -6 дБ) ~30 град.
Регулировка излучаемой мощности, дБ, диапазон/шаг 15/1
Регулировка чувствительности, дБ (диапазон) 6
Режимы работы (по показаниям индикаторов, звуку): -обычный • «20К» •уровень сигнала • амплитудная модуляция сигнала
Дальность обнаружения, м, не менее, СБУ/БМ-карта 7/1
Время непрерывной работы от аккумулятора, ч, не менее 4
Диапазон температур, °С -работы •хранения •+5... + 40 •-20..+ 50
Масса готового к эксплуатации прибора, кг 2,2
го съема информации, спрятанных в элементах конструкции и вещной обстановке помещений и др. Субъективным или слабым звеном поисковой деятельности является сам оператор, — чем меньше его навыки, тем меньшую надежность обеспечивает соответствующий метод специальной техники. Кроме того, всегда существует потребность расширить рамки применимости любого метода поиска целей, содержащих не только «полезные» электронные, но и другие компоненты; для СВУ — это металлические готовые поражающие элементы (ГТЭ), которые практически всегда используются для усиления действия взрыва.
В силу этого автоматизация процесса обнаружения и «расширение» сферы применимости НРЛ желательна и востребована, — с достижением успеха удается исключить из процесса принятия решения (цель/помеха, да/нет) оператора и существенно повысить достоверность принимаемых решений. Достигнутые высокие ТТХ и информативность НРЛ «N^2000» позволили сформулировать новую научно-техническую задачу по его автоматизации и реализации на его базе стационарного автоматического обнаружителя переносимых (перевозимых) СВУ с металлическими ГПЭ, с наличием или без радиоэлектронных элементов. Актуальность
такой работы и не требует отдельного пояснения, — борьба с терроризмом на транспорте является приоритетом в обеспечении международной безопасности. В результате на нашем предприятии в 2013 г. на базе изделия «N^2000» был разработан макетный образец — прототип стационарного автоматического обнаружителя СВУ. Его натурные испытания показали достаточно высокие сигнализационные характеристики, что в перспективе позволяет с 2014 г. перейти на серийное производство изделий нового поколения, которые должны найти свое применение в решении задач обеспечения транспортной безопасности, в том числе в качестве автономного устройства или отдельного канала технического комплекса обеспечения безопасности. Как известно, НРЛ «N^2000» представляет собой портативный прибор, состоящий из трех основных функциональных частей: антенной системы (АС), передатчика (ПРД) и двухканального синхронного детектора-приемника (ПРМ), настроенного на удвоенную 12 и утроенную ^ частоту излучения Излучаемое электромагнитное поле преобразуется на облучаемых нелинейных элементах (полупроводниковых, коррозионных типа металл-окисел, других неодно-родностях) в полигармонические токи, служащие источником вторичного переизлучения, которое и регистрируется ПРМ на частотах 12 и ^ [1, 2]. Обнаружение является наиболее эффективным, когда длина волны зондирующего сигнала приближена к характерному размеру цели. Исследования показали, что металлические ГПЭ в процессе перемещения вызывают коррелированные полезные сигналы по 2-й и 3-й гармоникам НРЛ (работающего на повышенной рабочей частоте), обладающие закономерностями. В то же время массивные металлические предметы, являющиеся непреодолимым препятствием улучшения качества работы ручных и стационарных металлообнаружи-телей (функционирующие в диапазоне частот 5 — 50 кГц по 1-й гармонике) вызывают помехи, отличные от полезных сигналов. То есть имеются устойчивые разделительные сигнальные признаки, реализация которых (в алгоритме обработки информации) потенциально способна обеспечить высокую сигнализационную способность нелинейного
——-
.... ----------
в
Фото 2. а) размещение обнаружителя на потолке; б) проход испытателя с муляжом СВУ; в) интерфейс программы по отображению сигналов с обнаружителя
радиолокационного обнаружителя СВУ с ГПЭ.
Известно, что с увеличением высоты размещения АС над полом обнаружи-тельные качества НРЛ в общем случае увеличиваются; но с другой стороны коэффициент преобразования по 2-й и 3-й гармоникам резко уменьшается с увеличением расстояния до цели (в степени не менее 4). Поэтому при проведении экспериментов определялись наилучшие условия размещения АС. Поскольку такой обнаружитель непрерывно сканирует поток людей (транспорта), то он должен удовлетворять самым жестким требованиям по безопасности жизнедеятельности. В России действует несколько стандартов по ограничению плотности потока энергии (ППЭ) от источников излучения, — в соответствии с наиболее жестким [3] ППЭ не должна превышать 25 мкВт/см2 на расстоянии 1 м от АС в частотном диапазоне 0,3...300 ГГц, — и это почти в 2 раза больше, чем в изделии «N^2000». На фото 2 показаны: схема эксперимента с размещением АС обнаружителя на потолке, рабочий момент испытаний с проносом экспериментатором муляжа СВУ и интерфейс программы, отображающей записываемые в формате .1x1 сигналы по двум гармоникам (период времени выборки составлял 0,1 с, обеспечивая фильтрацию частот свыше 5 Гц).
Были проведены полнофакторные эксперименты по записи полезных сигналов (несколько муляжей СВУ, их различное местоположение и ориентация относительно траектории прохода и АС) и помех от бытовых металлических предметов (более 30 типов). На их основании сформирована база данных, на основании которой был разработан и реализован (микромощный микроконтроллер А1те1) алгоритм обработки информации. Натурные испытания позволили оценить сигнализационную надежность нового образца НРЛ.
1. Обнаружительная способность
Вероятность обнаружения СВУ с металлическими ГПЭ оценивается как: Р0 = 0,92.0,93.
Пропуски характерны для условий, когда ось АС направлена встречно транспортному потоку, а муляж располагал-
Группы по помеховому влиянию Типовые бытовые металлические предметы Вероятность ложной тревоги
1. Ничтожное массивные электродвигатели, лампы и отдельные инструменты, игрушки, портсигары, мобильные телефоны, гаджеты, цифровые фотоаппараты, металлические тележки, велосипеды менее 0,001
2. Минимальное компьютер, ноутбук, принтер, монитор, блок питания, металлические замки -0,01
3. Среднее металлические радиодетали в большом объеме; наборы: металлической посуды, столовых приборов, инструментов; металлические молнии -0,05
4. Значимое зонтики, большие сумки с многочисленными металлическими элементами, механические приборы-измерители (секундомер, анемометр), метизы россыпью -0,3
ся на спине испытателя, то есть когда происходит экранировка цели телом испытателя. Если ось АС направлялась по ходу потока, в «спину», то СВУ спереди обнаруживались с меньшей вероятностью. Поэтому при встречном расположении двух обнаружителей удается (по логической схеме «ИЛИ») обеспечить вероятность обнаружения СВУ не хуже Р0 > 0,98, что характеризует очень высокую обнаружительную способность. Естественные изменения ориентации СВУ относительно АС могут приводить к изменению уровня полезных сигналов на ~15 дБ, что обусловлено спецификой «плоской» структуры цели и линейной поляризацией излучения НРЛ. При АС с круговой поляризацией излучения (такая разработка проводится на нашем предприятии), эта неравномерность уменьшается (по оценкам, на 6 — 8 дБ), а значит сигнализационная надежность будет еще выше.
2. Помехоустойчивость
Ввиду разнообразия возможных бытовых предметов в потоках людей или транспорта сигнализационная надежность НРЛ-обнаружителя практически ограничена образцами, сигнальный «портрет» которых мало различим относительно СВУ с ГПЭ. Испытания показали, что общеизвестные бытовые предметы (исследовано 36 видов) по их «помеховому» воздействию можно разделить на 4 группы, представленные в табл. 2, где указана оценка вероятности ложной тревоги Рл. При этом никакого «маскирующего» влияния предметов по отношению к СВУ не выявлено. При равновероятном распределении 4-х групп помеховых предметов (табл. 2) в модели среднестатистического «типового» человека в транспортном потоке,
оценка вероятности ложной тревоги разработанного обнаружителя оценивается на уровне Рл ~ 0,1. Для транспортных потоков, где ограничено присутствие бытовых предметов группы 4, вероятность ложной тревоги может быть снижена до Рл ~ 0,02...0,05. Определение и реализация дополнительных различительных информационных признаков позволит улучшить селектирующую способность будущего изделия.
3. Условия применения
Зона обнаружения (ЗО) в первом приближении представляет собой конус с углом раскрыва около 35 град. При высоте антенны над уровнем пола Л = 2,6 м максимальная длина и ширина зоны составляет соответственно около 3,0 и 2,0 м.
Оптимальная установка АС НРЛ на потолке или сбоку от прохода характеризуется высотой Л = 2,6±0,4 м, при этом ось АС должна быть направлена под углом около 45.60 град. к плоскости пола и под углом не более ±30 град. относительно хода транспортного потока. Уменьшение высоты установки обнаружителя (с возможным уменьшением мощности накачки) менее 2,2 м приводит к ухудшению селектирующей способности и уменьшению длительности полезного сигнала, увеличение высоты свыше 3 м приводит к резкому уменьшению чувствительности вследствие сильного влияния фактора расстояния.
При скорости 0,2.1,7 м/с движения транспортного потока величина полезных сигналов практически не изменяется, большая скорость приводит к монотонному снижению обнаружи-тельной способности, что обусловлено заданным интервалом выборки сигна-
ла. Поэтому следует либо ограничивать максимальную скорость транспортного потока (не более 6 км/ч, быстрый шаг), либо увеличить частоту выборки (микропроцессор позволяет это сделать). Медленное движение потока приводит к тому, что длительность (амплитуда — не зависит) полезного сигнала увеличивается, соответственно увеличивается время идентификации, затрудняется пространственная селекция цели.
Таким образом, на основе серийного изделия «N^2000» разработан и испытан макетный образец автоматического нелинейного радиолокационного обнаружителя, способного выявлять СВУ (по наличию металлических ГПЭ) в транспортном потоке с вероятностью Р0 = 0,92.0,98, обеспечивая вероятность ложной тревоги на уровне Рл = 0,02.0,1. Сигнализационная надежность будущего перспективного изделия может быть улучшена применением АС с круговой поляризацией, реализацией дополнительных отличительных информационных признаков полезных сигналов и помех, комплек-сированием с другими независимыми каналами обнаружения в рамках единого автоматизированного сигнализационного комплекса
Литература
1. www.detektor.ru.
2. Ткач. В.Н. Многоцелевой нелинейный радиолокатор ЫКт-2000./ Защита информации. Inside. — 2011. — № 1. — С. 2, 3.
3. СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях», 2003.
