CC BY
9
УДК 621.396.96
тт о • • Г" "
Передавальнии модуль радара приховано1 зоро1
на tljií pyxoMOi людини
Козачук М. А., Найдсико В. I.
Нацншалышй тохшчиий ушворситот Укра'ши "Ки'шський иолггохшчций шститут ímoiií 1горя СЛкорського", м. Ки'ш, Укра'ша
E-mail: jircnia-.r777&gniaiLconi. victor_ naydcnko&ukr.ncl.
В статт! приведено результата розробки передавалыю! часпши радара для пошуку збро! па tL=ií людипи. Розгляпуто декглька вар1апт1в аптеп В1вальд1, як! впкорпстовуються для передач! та прийому снгпал1в у радаршй систем!, яка здшсшое повпе полярпметрпчпе вим1рюваппя. В систем! впкорпстовуються 4 аптепи по дв! для передач! та прийому сигналу з р1зпими поляризалцями. Для забезпечеппя точного виявлеппя збро!. aiiTemi повппш мати pÍBiiOMipiiy д!аграму спрямовапост! i мппмальш боков! пелюстки. Аптепи В1вальд1 мають широку смугу частот та високий р!вепь шдсилеппя. Вопи 31шжують крос-поляризацпо та мають вузьку д!аграму спрямовапоста. Розроблепо шлька вар!апт1в таких аптеп. як! в!дпов1дають техшчпим вимогам для CWD (Concealed Weapon Detection) радара. Досл1джеш aiiTemi перекривають пеобх1дпий д!апазоп частот 0,5-5 ГГц. Також приведет результата вим1рювапь i'x коефщ1епт1в стоячо! хвил! за папругою, д!аграми спрямовапост! та коефщ1епт1в шдсилеппя. Розро-блепий генератор сигпал1в призпачепий для створеиия ультраширокосмугових (УШС, Ultra-Wideband (UWB)) 1мпульс1в, як! охоилюють д!апазоп частот в!д 0,5 до 3,75 ГГц по р1впю -10 дБ i'x спектра. Головпим завдаппям генератора е створеш1я мошнмпульспих сигпал!в трпвал1стю 150 пс. 1мпульси роз-neceni в час! таким чипом, що i'x час повторения зпачпо перевшцуе трнвал!сть самого 1мпульсу. 3 метою забезпечеппя стабглыгост! i 1шзького джиттеру. ц! 1мпульси сппхрошзуються з приймачем. Структурно генератор складаеться з драйвера, схеми формуваппя 1мпульсу та диферешцатора. Драйвер геперуе сигнал, початок якого пов'язапий з 1мпульсом запуску, що падходить в!д транзисторно-транзисторно! логши (ТТЛ, transistor transistor logic (TTL)). Схема формуваппя 1мпульсу використовуе SRD (Step Recovery Diode) дюд для створеиия гаусового 1мпульсу. Днферепц1атор формуе остаточпий мопоцикл-1мпульс. Описано переваги та обмежеппя р!зпих систем пошуку збро!. Попередш результата апал!зу показали, що розроблепий передавалышй модуль у склад! готового радара мае високу ефектившсть па в!дстапях до 2 м та може використовуватись для пошуку збро! па tíjií людипи в реалышх умовах.
Клюноог слова: генератор: аптепа В1вальд1: УШС: радар: 1мпульс типу гауса: мопоцикл: внявлеш1я приховапо! збро!
DOI: 10.20535/RADAP.2023.92.12-22
Вступ
На сьогодшшнш день безпека населения е одшею з найважливших задач кожнся держави. Важли-вим елементом безиеки е 3ano6irainra тероризму в мшцях великого скуичоння людей, таких як аеро-порти, вокзали, стадкяш тощо. Тому iciiye великий шторес до нових методов та иристрсяв, яш дозво-ляють виявляти приховаиу зброю иа тип людини
М-
Iciiyioni методи nopoBipKii великого потоку иаса-жщлв в аоропортах е недосконалими, оскшьки теля виявлоння небезиеки прешдною рамкою або сканером всього тша, слад додатково зробити ретелышй ручний обшук або обшук за допомогою ручного металошукача [2 4]. Це потребуй додаткового часу, а також с нозручним як для пасажщлв. так i для пращвншив пунктав перев1рки.
Одним 1з способ1в вщлшоння ща ироблеми е радар для виявлоння приховапо! збро! на тЫ рухомся людини [5 8]. Радар використовуе ефокт резонансу, який спостор1гаеться у коливних системах, гцоб виявляти та втпрювати властивосп об'екпв. Такий радар дозволяе виявляти шстолсти. ноли 1 грана-ти без специального огляду. Також можна виявляти мобшыи телефони, планшети, ноутбуки та шшу елоктронну техшку. Найкрагца чутлив1сть такого радара е до моталевих предметав. розм1ри яких ввд кшькох сантимотр1в до одного метра. Це заложить типу антенн. 11 смуги частот. кшькост1 антен 1 1х розташування по в1дношонню до людини, яка пере-в1ряеться.
1 Загальш принципи побудови систем виявлення загрози
На сьогодш найбшын иоширеними системами виявлення збро! на тип людшш с сканер всього тала. прстдний детектор або ручний моталодотоктор. i радар приковано! збро! CWD (Concealed Weapon Detection) [1].
Прохщний детектор формуе низькочастотне MarniTiie поле (3-20 кГц) i анатзуе вторшше маг-niTiie поле, випромшоно шдукованими струмами в моталовому об'екта. Магштне поле не чутливо до людського тша або одягу. але система чутлива до моталових частин одягу (блискавки. застабки). а та-кож до безпечних кишонькових речей (ключь пряжки ремешв. моиети. мобшьш телефони тощо). Щ предмети викликають иомилков1 тривоги. через що icnye вимога до вйх пасажщлв прибирати щ poni перед проходжонням через детектор.
ЦМ' пробломи не icnyc з радаром CWD. оскшь-ки його частотний д1аиазон i принцип виявлеиня налаштоваш таким чином, щоб зробити радар но-чутливим до об'ектав розм1ром мошне 3 см. тод1 як бшыш об'екти щентифшуються та класифшуються як небезпечш.
Сканери всього тша використовують набагато вигцу дшянку електромагштного спектра мшме-тров1 хвиль Принцип виявлення вщлзняеться ввд принципу виявлення металошукачем чи CWD радаром. Bin заснований на реконструкцИ зображоння noBopxni тша. до можо бути прихований CToponiiifi предмет. У снстемн с необхщшеть чико! видимоста об'скта. а отже. вимога до того, щоб обстожува-на людина стояла нерухомо. розставивши ноги i шднявши руки.
Також с знижона проникаюча здатшеть хвиль мЫмотрового д1апазону. тому пещлбно зшмати Bopxnifi одяг. Icnyc також занепокояшя гцодо конфь денцшноста. викликано зображеннями тша людей. Жоден i3 цих обможень но стосусться радара CWD.
Окр1м того, приймач CWD здатний вловлю-вати сигнали стшышкового телефону або передачу даних по Bluetooth та Wi-Fi. тому можливо точно 1дентиф1кувати активш мобшьш пристро!. У внпадку. коли щ пристро! вимкнута. вони роз-шзнаються завдяки споцшрчшй радюлокащйшй сигнатуру'ехо-сигналу.
Таким чином, при nopiBiraimi цнх систем можна видшити таш загальш залежноста:
1. На вщмшу в1д великих прохвдних рамок. CWD с невеликим та легким, biii можо бути як пор-тативним. так i стащонарним.
2. CWD но формуе зображоння. а виявляс загро-зу шляхом анал1зу радкшокащйного ввдбиття ввд особи, яка иорев1рясться. як у часов1й. так i у спектралыий областях. Отже. така систе-
ма бшыне схожа на мотал одотоктор. а шж на сканер всього тша.
3. На вщмшу ввд металодетектор1в та сканор1в всього тша. CWD визначас наявшеть пристро-1в з бездротовим зв'язком. через те. що обмш сигналами в них знаходиться в робочому дь апазош частот радара. Бездротов1 пристро! також можуть бути знайдош навиь у вимкне-ному сташ. якщо в пам'ята радара записано спектр його ехо-сигналу.
4. На вщмшу вщ сканор1в всього тша та ручного обшуку. CWD не внмагас вщ людшш. яка перов1рясться. стоятн на одному мшщ. Тут вш схожий на прохщну рамку. Також не потр1бна пряма видимкть предмету для його знаходже-ння.
5. Система CWD використовус прииципи машинного навчання. тобто вона постшно вивчае свое серодовище та адаитуе обробку сигнал1в для оптимального виявлення загроз в цьому соредовшщ.
Зазначеш вшце пероваги CWD радара роблять його актуалышм для використання за иризначен-ням.
2 Опис запропоновано1 системи
Даний радар розробляеться для запобЬання збройним атакам в громадських мшцях проти ци-вшышх ослб та оргашв бозпеки. Иого завдання забезпечити ноиомтге виявлення збро!. приковано! на тип рухомо! людшш. 1 цшодобове сиосторежоння
3 автоматичним иоперодженням 1 активащею визна-чено1 користувачом в1диов1дно1 дп. Також необхщно забезпечити низьку вартасть. щоб мати доступний. широко розгорнутий захист цившыгого населения.
Принцип побудови радара засновало на випро-мпиованш радючастотного 1миульсу в широкому д1аиазош частот (0.5 5 ГГц) 1 прийманш вщбито-го сигналу. Оскшьки вщбнтнй сигнал заложить вщ предмету, який формус вщбиття. то будуть отри-маш сигнали з р1зними спектралышми та часовими особливостями. Найвшций р1вонь вщбнтого сигналу будо сиостер1гатись вщ моталових продмет1в. и1д що шдходять и1столоти. рушнищ. нож1, гранати тощо.
Оскшьки р1зш об'екти мають р1зне вщбиття. то можлива 1х 1донтиф1кащя. Таким чином, створюс-ться спещальна база даних. на основ1 яко! система навчасться в1др1зняти людей без збро! в1д людей з нею. до того ж ця зброя можо бути р1зною. В результат! роботи системи. теля обробки сигнал1в. майже в реальному чаа ми отримасмо ймов1рн1сть загрози в простор!. що скануеться радаром.
Система CWD мае так1 основш блоки: перода-вальи1 та приймальи! антенн, блок геноращ! ши-
рокосмугового сигналу, та блок обробки прийнято-го сигналу, гцо видае сповщення про fiMOBipiiicTb небезиеки (Рис. 1). Розглянемо кожний з блошв деталыише.
Рис. 1. Схема радара
2.1 Антенн С\¥Б
Мпималыго в використовуеться 2 антенн,
по однш на передачу та прийом. В наводенш систем! одночасно йде робота з двома поляризащями. тому використовуеться 4 антенн. дв1 для передач! сигналу та дв1 для прийому. Радар виконуе повне иоляримо-трнчне втпрювання. де рееструються чотири типи сигнатв: У-У, У-Н. Н-Н 1 Н-У. Тут перша буква позначае поляризащю передано! хвиль що оевтшое цшь (V для вортикат та Н для горизонтали. а друга „штора позначае поляризащю прийнято! хви-л, розешнем цшлю. Таким чином, перодаються та ириймаються ва можлив1 комбшащ! поляризацш. Для такого вииадку антена типу В1вальд1 шдходить найбшыне [9].
Для роботи радара вибрано частотний дь
апазон 0.5 5 ГГц. Оскшьки антена В1вальдо добре узгоджена з Федором 50 Ом або 100 Ом в щй смуз1 частот, то 11 виб1р дозволяе приймати найбшыну частицу опери! 1мпульав. яш випромпиоються. Окр1м того, в щй смуз1 знаходяться домшуюч1 резонанеш частоти стршоцьксм збрсм, яку можна иероносити на тЫ. Кожен вид збро! мае ушкалышй наб1р розонан-сних частот. 1 цей наб1р с важливою характеристи-
кою. за якою вона може бути розшзнана радарного системою [10].
Д1аграма спрямованосп антенн повинна бути широкою i водночас мати мпималыи боков1 пе-люстки. Через те. що в систем! використовуеться передача та прийом вщбитого сигналу на pi3inix поляризащях. для бшын точного внявлення збро! необхщно мати високий р1вень розв'язки мЬк поляризащями.
Авторами дослщжеш pi3iii типи антен. яш мо-жуть випромпиовати та приймати ультра-коротш електромагштш iMny-льси ( 100 пс) без спотворень. TaKi коротк1 iMny-льси мають широкий спектр i дають бшыно шформацИ про об'ект дослщження. Додатковою вимогою до антенн с значения коефь щента стоячо1 хвил1 за наиругою (КСХН) монше 2. що забезпечуе низый втрати i иризводить до кра-щого сшввщношення сигнал-шум. Низький piBCIIb бокових иолюсток антенн с необхщним для радкшо-кащйно1 системи взагаль i для CWD також. зокрома для мптпзащ! iMOBipHOCTi хибного внявлення по 6i4iniM пелюсткам.
Зосоредимося на антонах В1вальдь яш з деякими доопрацюваннями можуть задоволышти вказаним техшчним вимогам. Збалансована антена В1вальд1 знижуе piBOiib крос-иоляризащ! завдяки структу-pi з трьома шарами мщь соред яких два 30Biiimni шари розташоваш на двох зовшшшх сторонах дклек-тричних шдкладок i цонтралышй шар хйж двома д1електричними шдкладками [11].
Антенн В1вальд1 вщлзняе широка смуга частот, простота конструкцй'. високий коофщент шдсилен-ня та ннзькнй КСХН [12 17]. Даний тип антенн часто використовуеться в радюлокацИ та радюзв'язку. Авторами створено та випробувано докшька таких антон [18]. Bei вони мають широкий частотний д1аиазон. який задоволыше необхщним вимогам. ini3bKi значения КСХН. та вузьку д1аграму спря-мованост (Рис. 2).
Деяш виготовлеш антенн В1вальд1 мають як копланарш. так i антиподалыи патчь що дае пев-iii пореваги пород класичними антонами В1вальд1 [9]. Така конструкщя. забезпочуе бшын низький piBOiib кросиоляризащь оскшьки симетричш струк-тури мають бшын високу иорехросну 1золящю ио-ляризащь Даний факт е перевагою для CWD. що розробляеться. оскшьки дозволить шдвшцити чут-лившть системи.
Рис. 2. ДЁаграми спрямованост! в декартовш систем! координат копланарно-антиподально1 антени в Н-нлощиш (вгор!) та Е-нлощиш (внизу) на р!зних частотах
На Рис. 3 зображено антени, як! були виготов-леш для нерев!рки даного радара. Для вс!х антен КСХН < 2 в д!апазош частот 0,5-5 ГГц. Перший вар!ант антени (Рис. За) мае 50~0мний вхщ, та мо~ же одразу гидключатися до коакс!ального кабелю. Другий та третш вар!анти антени е симетричними (Рис. 36,в), та мають вхщний onip 100Ом. Для цих антен необхщно додатково використовувати плав-ний иерехщ (балун) з 100 Ом симетрично1 л!нп в 50 Ом несиметрично1, до якого буде тд'еднуватися SM А роз'ем. Даний балун виконано за дономогою довго1 л!ни (Рис. Зв).
Bei антени мають бшын широку д!аграму енря-мованост! (ДС) на самих низьких частотах. В Н-
площин! розкриття досягае 180° по р!вню -ЗдБ в!д
максимуму, i 130° в Е-площиш. Починаючи з 1ГГц
°
°
напрямок (за винятком 0,5 ГГц), де сностер1гаеться невелике вщхилення наирямку максимального шд~ силення вщ oci антени.
Перший зразок антени (Рис. За) мае розмь ри 300x400мм та робочий д!апазон вщ 250МГц. Друга та третя антени (Рис. 36, в) мають розмь x
складае 500 МГц. Для третього вар!анту конструкщ1 антени (Рис. Зв) максимальне тдеилення зростае з частотою вщ 2,5 до 8 дБ! (Рис. 4).
Рис. 3. Приклади зовшшнього вигляду антен та ïx КСХН
Рис. 4. Коефщент шдсилення антени з Рис. Зв
2.2 Генератор UWB сигналу
Генератор мае генерувати UWB 1мпульси, яы перекривають смугу 0,5-5 ГГц. Для цього необхь дно отримати моно1мпульсний сигнал тривалктю 150 ис, амшптуда якого впливае на дальнкть вияв-лення uLii, a caMi 1мпульси рознесет мЬк собою на значно бшыний час тж тривалкть самого 1мпуль-су. Осыльки цей 1мпульс синхротзуеться з CWD приймат1ем, сигнал на виход1 генератора мае бути стабшьним та мати низький джиттер.
Для генерацй короткого 1мпульсу необхщно! тривалост1 використано генератор, що складаеться з трьох частин: драйвера, блоку формування гау-сового 1мпульсу та блоку формування моноцикл-1мпульсу (Рис. 5) [19]. Спочатку вщ TTL схеми (transistor-transistor logic) подаеться на вхщ IN ím-пульс запуску, з якого драйвер формуе сигнал не-обхщний для наступного блоку. В cxeMi створення гаусового 1мпульсу використовуеться SRD д1од (step
recovery diode). В останньому блоц1 диференц1атора формуеться остаточний моноцикл-1мпульс.
Сигнал на виход1 драйвера (Рис. 6а) сформовано таким чином, що ширина вихщного 1мпульсу визна-чаеться елементами схеми. Це дозволяе зменшити джиттер та сформувати Гауав i моноцикл-1мпульси (Рис. 66) з необхщною шириною спектра.
Рис. 5. Структурна схема генератора надшироко-смугових 1миульс1в [19]
(а) (б)
Рис. 6. Симульоват сигнали на виходах р1зних блок1в CWD радара [19]
3obhíhihííi вигляд генератора представлений на Рис. 7.
Рис. 7. Фото зовшшнього вигляду генератора
3 TTL iiroopTopa виходить сигнал, який задае тактову частоту повторения 1мпульйв генератора. На виходо драйвера (Outl) формуеться сигнал ам-шптудою 12 В та триватстю 5 нс. На виходо схеми формування iMnynbcy (Out2) робиться загострення iiinynbcy за допомогою SRD дюда. а зайва частина eiiepriï гаситься на дюдах Шотткь в результат! чого формуеться гаусовий iMnynbc. На виходо диференщ-атора (Out3) за допомогою довгих лппй формуеться моноцикл4мпульс.
При використанш у pcwii збуджуючого iMnynb-су меандру з частотою 3.5 МГц i амшптудою 2.2 В отримано TayciB i моноцикл4мпульс. форма i спектр яких зображош на Рис. 8 та Рис. 9. Даш iMnynb-си були втиряш за допомогою чотирьохканалыгого цифрового осцилографа Tektronix DPO 70804С 3Í смугою пропускания 8 ГГц та швидшетю дискрети-зацп сигналу 25Гс/с.
В результат! доелвджонь досягнуто iMnynbc Гауса з амшптудою 5 В i шириною ÍMnynbcy на половинному piBiii 170 пс (Рис. 8а). При цьому моиоцикл-iMnynbc на виходо передавача мае таш параметрп:
амшптуда позитивно! частини iMnynbcy 2 В:
амшптуда негативно! частиии iMnynbcy 2 В:
ширина позитивно! частини ÍMnynbcy на серединному piBiii 135 пс:
ширина негативно! частини iMnynbcy на серединному piBiii 120 пс :
амшптуда джптера позитивно! частини 0.45 В: амшптуда джитера негативно! частини 0.3 В: частота повторения 3.5 МГц.
Як видно, спектр гаусового сигналу починаеться з самих низьких частот i поступово згасае на висо-ких частотах (Рис. 9а). При цьому спектр моноцикл-ÍMnynbcy на piBiii -10 дБ починаеться в1д 0.5 ГГц та доходить до 3.75ГГц (Рис. 96). Споктри зняп на анал1затор1 спектра i сигнал1в Anritsu MS2830 з максимальною частотою втпрювання 13.5 ГГц. В моноцикл4мпульс передаеться менше енергп. чим
в rayciB iMnynbc. але максимальна частина oiiopril сконцентрована в нообхвдному частотному д1апазо-
За попородшми результатами анал1зу. при отри-Manifi потужносп iMnynbcy CWD радар дае надШш результатп про наявшеть або ввдеутшеть у людини збро!. модат яко! додаш для виявлоння. на ввдеташ 0.5 2 м. Для роботп радара на бшыш ввдеташ необ-хвдно збшынувати амшптуду зондуючого iMnynbcy генератора.
3 Переваги та обмеження
Розроблоний радар мае повш переваги nopiB-няно з iiimiiMii методами виявлоння забороиеиих продмопв. таких як зброя. вибух1вки. заборонено! електронно! тохшки. та може стати доповнонням до вже iciiyiOHiix систем. Передавалышй модуль радара зд1йсшое швидш сканування. гцо дозволяе швид-ко внявлятн наявшеть збро! або inmnx небезпечннх продмопв та прнйматн piinoiura гцодо вщповвдних д1й. Наприклад. якщо частота гонорацп 1мпульйв 10 МГц. то npocTip буде скануватися мшьйони раз1в за секунду. Хвиля. яку випром1шое радар, проходить через тканину та niKipy. тому може виявляти заборононий предмет, який приховаиий шд одягом. в речах, або навиь в тип людннн. гцо може бутн важко зробнтн inmiiMH методами.
Зважаючп на ш особливость радар може бути корисним для иолщейських. вшськових. охоронщв та inmnx оргашзашш яш займаються забезпечен-ням безпекп та протидоето злочинноста та терорпзму. Також Bin може бути корисним для захисту важли-вих об'екпв. таких як аоропорти. порти. стадкяш. транспортш морож1 тогцо. Bin може встановлюва-тпея як основна. так i додаткова система безпекп.
Слщ враховувати. що радар мае сво! обмеження та може призводити до помилкових сповщень. Зокрема:
може бути важко вщлзнити зброю ввд iiinnix металевих иродмотав. яш дуже схож1 за формою. розм1рами та структурою:
- можуть виникати проблемы з точшстю вимь рювання на великих ввдстанях та у складних умовах, таких як на вулищ з великою ильи-стю металевих предмете;
- зменшеппя точност детектуваппя збро! при швпдкозмшному навколишньому середовппц. Радару потр1бен час, щоб адаптуватися до навколпшнього середовища, в якому вш роз-гортаеться;
- для встановлення прихованого радара не-обхщш фахово навчеш спещатсти. А металодетектори та прсшдш рамки можуть бути придбаш, встановлеш та налаштоваш самостшно;
- в р1зних кра'шах д1ють р1зш обмеження на максимальну вихщпу потужшсть радючастот-ного сигналу, через що вщстапь роботи радара може бути меншою за необхвдну;
- радар може бути дорожчим та складшшим у використапш в пор1внянш з шшпмп системами виявлення зброТ, що може ускладпювати його застосування в певнпх умовах;
- радар може показувати помилков1 результаты, якщо вш зпаходиться поряд 1з джерелом електромагштного вииромшювання в робочо-му д1апазош частот передавача. У той час як металодетектори та прсшдш рамки не зале-жать ввд зовшшшх електромагштпих вплив1в 1 можуть працювати у р1зпих умовах;
- для збшынеппя точност виявлення нових не-безпечних предмете в систему обробки сигналу необхвдно додавати сигнатури цих предмете.
Отже, радар з можливштю виявлення прихо-вано! збро! на тип рухомо! людини е одним з ш-струмептв для забезпечення безпеки та протщщ злочиппост, який може мати сво! переваги та обмеження. Розглянутий передавальний модуль е скла-довою частипою широкосмугового радара для виявлення збро! на тип людини на оспов1 резонансних характеристик збро!. Таш системи е корисними в мшцях з великим скупченням людей, але пеобхщпо враховуватп 1х обмеження, серед яких: обмежена точшсть виявлення та розшзнавання цш; дальшсть
дй° обмежена допустимою потужшстю. Тому доцшь-по використовувати таш системи в комбшацп' Í3 inninMH технолоиями, паприклад, з металодетек-торами, щоб отримати шдвигцення достов1рност виявлення потенщйно небезпечнпх предмете на тип людини.
Висновки
В po6otí заиропоновано, розроблено та експери-ментально nepeeipeno генератор та антенн до CWD радара, здатного впявлятп заборонеш npnxoBani предметп на тип рухомо! людини.
3 блоку генерацп' сигналу отримано Гауав ím-пульс амшптудою 5 В та завширшки 170 пс, або моноцикл-1мпульс амшптудами по 2 В та ширинами 120 i 135 пс. За попередшми результатами anani3y, з таким сигналом можна досягти виявлення небезпечнпх предмете на вщсташ до 2 м.
Виготовлеш антенн для передач! та прийому сигналу добре працюють в робочому д1апазош частот 0,5-5 ГГц та мають КСХН <2. Антени е спрямо-ваними, але на pÍ3nnx частотах ix д1аграма спря-M0Ban0CTÍ е р1зною. Коефщепт шдсилеппя антен починаеться вщ 2.5 дБ i та з ростом частота доходить до 8дБь
Радар CWD може використовуватись в точках входу або виходу з иримщеппя, паприклад бшя дверей, в проходах, тунелях, також у великих ымна-тах, вестибюлях, або на вщкритому npocTopi. Про-те, доцшьно провести додатюда дослщження для полшшення характеристик передавально! частини радара, зокрема, збшынення дальност детекцп' та зниження кшькост иомилкових cnrnaniß. Одним Í3 напрямшв е розробка ново! антени з бшын однорь дною д1аграмою спрямованост у всьому робочому д1апазош частот. 1ншпй напрямок, це зменшення джитеру в генератор! для точшшого виявлення не-безпечних предмете, i зменшення трпвалост вппро-мшюючого 1мпульсу для шдвигцення робочо! частота та кращого анал1зу предмете малпх po3MÍpie, шдвигцення амшптудп сигналу для забезпечення роботи радара на бшышй вщсташ.
Дана робота виконувалась в рамках гранту НАТО G4992 «Long-range Stand-off Microwave Radar for Personnel Protection» за програмою НАТО «Наука заради миру та безпеки» (Science for Peace and Security, SPS).
File Edit Vertical HorizMcq I Trig • Display Cursors 1 Measure Mask 1 Math MyScope1 Analyze Utilities Help
(6)
Piic. 8. IaycoBiiii (a) i moiiod;iikji (6) iMnyjibcii
Spectrum Analyzer
ID VBW
№
3MHz ATT 10dB
30Hz SWT 33 s
Pos & Neg
B©| 0/7/2018 18.16.15
|H™_|
Pre-Amp Off
Trigger/Gate
(a)
Spectrum Ana lyzer
№
3MHz ATT 10dB
30Hz SWT 33 s
Pos & Neg
MIS 9/4/2018 20:47:54
[ I.A. Spectrum Analyzer m — Spectrum Analyzer
Pre-Amp Off
Trigger/Gate
(6)
Puc. 9. CnoKTpn raycoBoro (a) i moiiod;iikji (6) iiinyjibciB
References
[1] Harmer S.W., Cole S.E., Bowring N..J., Rezgui N.D., Andrews D. (2012). On Body Concealed Weapon Detection Using a Phased Antenna Array. Progress
In Electromagnetics Research, Vol. 124. pp. 187-210. doi: 10.2528/P1ER.11112105.
[2] Skorupski .1.. Uchroiiski P. (2017). A fuzzy model for evaluating metal detection equipment at airport
security screening checkpoints. International .Journal of Critical Infrastructure Protection, Vol. 16. pp. 39 48. D01:10.1016/j.ijcip.2016.11.001.
[3] Nelson C.. et al. (2015). Experimental Designs for Testing Metal Detectors at a Large Sports Stadium. 2015 IEEE International Symposium on Technologies for Homeland Security (¿1ST), pp. 1-7. DOl: 10.1109/THS."2015.7225280.
[4] Skorupski .J., Uchroiiski P. (2016). A Human Being as a Part of the Security Control System at the Airport. Procedia Engineering, Vol. 134. pp. 291 300. DUl:10.1016/j.proeng.2016.01.010.
[5] Hakan lijiker, llhami Unal, Mustafa Tokba§, Caner Ozdemir (2018). An auto-classiiication procedure for concealed weapon detection in millimeter-wave radiometric imaging systems. Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 60. Iss. 3. pp. 583 594. DUl:10.1002/mop.31005.
[6] Weixian Tan. et al. (2017). Three-Dimensional Microwave Imaging for Concealed Weapon Detection Using Range Stacking Technique. International .Journal of Antennas and Propagation, Article ID 1480623. DOLIO.1155/2017/1480623.
[71 Millot P.. Casadebaig L. (2015). Ultra Wide X-Band Microwave Imaging of Concealed Weapons and Explosives Using 3D-SAR Technique. International .Journal of Antennas and Propagation, Article ID 528103. DOltlO.1155/2015/528103.
[8] Moulder W. F. et al. (2016). Development of a high-throughput microwave imaging system for concealed weapons detection. 2016 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology (PAST), pp. 1-6. DOl: 10.1109/ARRAY".'2016.7832573.
[9] Navdonko V., Kozachuk M. (2020). Vivaldi Coplanar-Antipodal Antennas. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW), pp. 121-125. D01:10.1109/U krMW49653.2020.9252807.
[10] Harmer S. W.. Andrews D. A.. Rezgui N. D.. Bowring N. .1. (2010). Detection of handguns by their complex natural resonant frequencies. IET Microwaves Antennas & Propagation, Vol. 4. Iss. 9. pp. 1182 1190. DOLIO.1049/iet-map.2009.0382.
[Ill Langley .J.D.S.. Hall P.S.. Newham P. (1993). Novel ultrawide-bandwidth Vivaldi antenna with low crosspolari-sation. Electronics Letters, Vol. 29. Iss. 23. pp. 2004-2005. DOl: 10.1049/el: 19931336.
[12] Wang P.. Zhang H.. Won O.. and Sun Y. (2012). Design of Modilied 6-18 OHz Balanced Antipodal Vivaldi Antenna. Prog. Electromagn. Res. C, Vol. 25. pp. 271 285. DOl: 10.2528/P1ERC11101202.
[13] Moosazadeh M. and Kharkovsky S. (2015). Design of Ultra-Wideband Antipodal Vivaldi Antenna for Microwave Imaging Applications. 2015 IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband (1CUWB), pp. 1-4. D01:10.1109/1CU WB.2015.7324435.
[14] Han X.. Juan L.. Changjuan C. and Lin Y. (2012). UWB dual-polarized Vivaldi antenna with high gain. 2012 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), pp. 1-4. doi: 10.1109/1C M MT.2012.6230177.
[15] Wriodt T.. Wolil K.-H.. Arndt F.. and Tucholke U. (1989). Rigorous Hybrid Field Theoretic Design of Stepped Rectangular Waveguide Mode Converters Including the Horn Transitions into Half-Space. IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 37. Iss. 6. pp. 780 790. DOL10.1109/8.29365.
[16] Y'ing Q. and Dou W. (2013). Simulation of two compact antipodal Vivaldi antennas with Radiation Characteristics enhancement. International Symposium on Antennas and Propagation.
[17] Vasanelli C.. Meti H.. and Waldschmidt C. (2016). Investigation on a 77-CHz broadside Vivaldi antenna. 2016 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), pp. 1-5. DOLIO.1109/EuCAP.2016.7481148.
[18] Navdonko V.. Dovhal D.. Kozachuk M. Nikolova N.. and Shumakov D. (2019). Radiating Element Based on the Two-Wire Line with Horns. Int. J. Eng. Sei. Invent. (1JES1), Vol. 8. Iss. 2. pp. 63 69.
[19] Protiva P.. Mrkvica .1.. Machaf; .1. (2008). Universal Generator of Ultra-Wideband Pulses. Radioengineering, Vol. 17. lss.4. pp. 74 78.
Transmission Module of Radar of Hidden Weapon on Body of Moving Person
Kozachuk M. A., Naydenko V. I.
The results of the transmitter development for the radar are presented in this study. The main purpose of the radar is searching of concealed weapon hidden on the human body. Several designs of Vivaldi antennas used for transmitting and receiving signals in the radar system that performs full polarimet.ric measurements are considered. The system uses 4 antennas - two for transmitting and two for receiving signals with different polarizations. To ensure accurate weapon detection, the antennas must have a uniform radiation pattern and minimal side lobes. Vivaldi antennas have wide frequency bandwidth and high gain. They also feature reduced cross-polarization levels and have a narrow radiation pattern. Several designs of such antennas have been developed that meet the technical requirements for CWD (Concealed Weapon Detection) radar. The studied antennas cover the required frequency range of 0.5-5 GHz. The results of measurements of their VSWR coefficients, radiation patterns, and gain are also presented. The developed signal generator is designed to generate ultrawideband (UWB) pulses covering the frequency range from 0.5 to 3.75 GHz at -10 dB level. The main task of the generator is to create monopulse signals with a duration of 150 ps. The pulses are time-delayed in such a way that their repetition time significantly exceeds the duration of the pulse itself. To ensure stability and low jitter, these pulses are synchronized with the receiver. The generator consists of a driver, a pulse generating circuit and a differentiator. The driver generates a signal whose onset is associated with the start of the pulse coming from TTL logic. The pulse generating circuit uses an SRD (Step Recovery Diode) diode to create a Gaussian pulse. A differentiator generates the final monocycle pulse. In addition, the advantages and limitations of various weapon detection systems are described. Preliminary results of the analysis showed that the developed transmitting module as part of the radar has high efficiency at distances up to 2 meters and can be used to detect weapons concealed on the human body in real conditions.
Keywords: generator: Vivaldi antenna: uwb: radar: Gaussian pulse: monocycle: concealed weapon detection
