Возможности новых магнитометрических средств обнаружения для охраны гражданских и военных объектов..

Возможности новых магнитометрических средств обнаружения для охраны гражданских и военных объектов.

ЩЕРБАКОВ Григорий Николаевич, профессор, доктор технических наук
АНЦЕЛЕВИЧ Михаил Александрович, профессор, доктор технических наук
УДИНЦЕВ Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук
УДАВИХИН Андрей Васильевич
ВОЛОШКО Виталий Сергеевич

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЛИНЕЙНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСПОЗНОВАНИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ РЕШЕНИИ АНТИТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

В настоящее время в связи с активизацией деятельности незаконных вооружённых формирований и отдельных исполнителей-экстремистов в горячих точках и населённых пунктов на территории РФ всё более актуальной становится задача по поиску и уничтожению неразорвавшихся снарядов, авиабомб, инженерных боеприпасов. Данные боеприпасы могут являться составными частями, самодельно-взрывных устройств (от простейших нажимного действия до оснащённых электронными неконтактными взрывателями (радиовзрывателями, таймерами и т.п.)). При этом самодельное-взрывное устройство может состоять не только из неразорвавшихся боеприпасов, но и из различных кустарно приготовленных поражающих элементов и средств взрывания.

Своевременное обнаружение и уничтожение неразорвавшихся боеприпасов снижают возможности по дальнейшему их использованию в составе самодельно-взрывных устройств. Трудности в обнаружении и распознавании, для средств поиска, создают имеющиеся помехи естественного фона грунта, воды, растительности, а также осколки, гильзы и др. металлосодержащие предметы которые по своим размерам могут совпадать с элементами СВУ.

Задача распознавания малоразмерных объектов искусственного происхождения, применительно к рассматриваемой проблеме, весьма важна. Распознавание предполагает наличие заранее известных возможных значений признаков для объектов каждого класса. Такими классами могут быть: взрывные устройства, инженерные мины, в том числе радиоуправляемые и с неконтактными взрывателями, электронные “жучки”, стрелковое оружие и др. При электромагнитном распознавании это приводит к необходимости иметь априорные сведения в виде каталогов параметров отражённого (вторичного) электромагнитного сигнала от объектов различных классов. Использование нелинейно-параметрических взаимодействий в ближней локации позволяет в значительной степени устранить мешающее влияние естественного фона (грунта, воды, растительности) на процесс обнаружения и распознавания объектов искусственного происхождения. Однако при этом часто возникает задача выявления объектов на фоне помех, обусловленных влиянием других объектов искусственного происхождения, но не являющихся объектами поиска. Например, при очистке местности, засоренной посторонними металлическими предметами (осколками мин и снарядов, обрезками труб и проволоки и др.), а также при ведении поиска вблизи и внутри различных сооружений (тела плотины, железобетонных зданий, колодцев и т.д.) необходимо выявлять взрывоопасные предметы (мины и т.п.) на фоне интенсивных мешающих отражений. Кроме того, обнаружив например миноподобный объект, важно определить его тип. Это позволит принять правильное решение на преодоление данного заминированного участка местности: объезд, способ обезвреживания и.т.д. Обнаружив управляемую мину или фугас важно определить рабочую частоту приёмника радиолинии. Это позволяет, создав прицельную помеху радиоприёмнику, осуществлять под е прикрытием” обезвреживание обнаруженной мины (фугаса), что повышает безопасность работ при очистке. Определение типа датчика (рецептора) у обнаруженного “жучка” (акустического, ИК или др.) делает возможным передавать ложную информацию (конкуренту), воздействуя на этот датчик тем или иным физическим полем с определёнными параметрами.

Экспериментально установлено, что иногда отдельные контактирующие обломки горных пород с высокой концентрацией металлической руды создавали помехи для НРЛС. Можно предположить, что эти помехи обусловлены как наличием ферромагнитных рудных включений, так и нелинейностью окисных плёнок между контактирующими обломками металлизированной горной породы.

Все эти примеры не исчерпывают всех возможных вариантов задачи распознавания. Однако даже из перечисленных случаев ясна актуальность задачи распознавания обнаруженных малоразмерных объектов, особенно при борьбе с терроризмом.

Распознавание малоразмерных объектов искусственного происхождения относится к известной задаче распознавания образов, который использует аппарат метаматематики: теорию множеств, математическую логику и теорию рекурсивных функций. Кроме того, в теории распознавания образов используются элементы теории вероятности математической статистики, элементы теории линейных многомерных пространств и др. [1-3].

Объективные признаки малоразмерных объектов поиска можно выразить количественно. В нашем случае их можно разделить на пять крупных категорий:

q = q(P1 , P2 , P3 , P4 , t),
где q – условное обозначение объекта распознавания;
P1 – категория признаков, характеризующая свойства вещества объекта (электропроводность, в том числе и нелинейная, магнитные свойства, упругость, твёрдость и др.);
P2 – категория признаков, характеризующая свойства собственных и рассеянных полей объектов (ВЧ, СВЧ электромагнитного, лазерного, акустического и др.);
P3 – категория пространственных признаков, характеризующая как координаты объекта в пространстве, так и форму объекта;
P4 – категория признаков, характеризующая наличие определённой связи между облучающими и рассеянными полями различной физической природы (например, между СВЧ и лазерным и др.);
t – время (все перечисленные выше категории признаков могут изменяться во времени).

Очень часто в теории распознавания приходится разделять рассматриваемые объекты на два класса, то есть использовать дихотомию [2, 4]. Вариант использования дихотомии (рис. 1) при поиске взрывных устройств и мин.

Из него видно, что дихотомия выполняет необходимую детализацию объектов распознавания, причём начинается с этапа отделения помех, как внутренних, так и внешних.

Рис. 1. Использование дихотомии для распознавания мин и взрывных устройств

Очень важен второй этап, когда из всей совокупности сигналов от неоднородностей окружающего фона выделяются сигналы, присущие миноподобным объектам. Именно этот этап может быть реализован за счёт использования нелинейно-параметрических свойств миноподобных объектов. Дальнейшее распознавание обнаруженного миноподобного объекта может быть основано на ряде выявленного в процессе данного исследования эффектов. Основные из них, применительно к рассматриваемой задаче приведены на рис. 2.

Рис. 2. Физические эффекты, лежащие в основе нелинейно-параметрических методов распознавания малоразмерных объектов

Регистрация этих эффектов может быть осуществлена путём измерения различных параметров отраженного (вторичного) электромагнитного поля:

• величин амплитуд гармоник или комбинационных составляющих и их соотношений между собой, поляризаций, фазовых соотношений, резонансных явлений, искажённой формы огибающей при импульсной модуляции и др.

В свою очередь, эти параметры вторичного поля будут зависеть от ряда факторов:

• размеров и формы объектов поиска;
• наличия экранировки электронной схемы;
• формы вольт-амперных, вольт-фарадных и др. характеристик полу-проводниковых радиодеталей;
• частотных свойств нелинейных и параметрических элементов, прежде всего транзисторов и диодов;
• наличия и величин сосредоточенных реактивных элементов (конденсаторов, катушек индуктивности);
• механической добротности отдельных конструктивных элементов (стабилизаторов корпусов мин) взрывных устройств, проволочных датчиков и др.

Регистрация параметров отражённого электромагнитного поля осуществляется в приёмном устройстве системы ближней локации.

В общем случае для распознавания малоразмерных объектов можно использовать N признаков. Пример графического изображения (рис. 3) пересекающихся классов нелинейных объектов поиска в двумерном пространстве признаков (для НРЛС).

Рис. 3.

Необходимо отметить большие возможности параметрической локации для решения задач распознавания. Используя различные возбуждающие поля можно выявить тот или иной демаскирующий признак малоразмерного объекта. Полученная их совокупность позволяет создать образ” этого объекта, то есть при наличии априорной информации решить задачу распознавания обнаруженного объекта. Практически здесь реализуется категория признаков Р4.

Таким образом, в данной статье частично описывается использование аппарата математики для усовершенствования метода по обнаружению и распознаванию миноподобных объектов с помощью нелинейно-параметрической локации, состоящий из нескольких этапов. Такой подход существенно повышает эффект применения данного метода обнаружения и распознавания на фоне остальных существующих методов поиска.

Литература:

1. Фор А. Восприятие и распознавание образов. Пер. с фр. М., “Машиностроение”, 1989.
2. Васильев В.И. Распознавание системы. Справочник. Киев, “Наукова думка”, 1982.
3. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М., “Высшая школа”, 1984.
4. Сафронов Ю.П. Распознающие устройства. М., МО СССР, 1970.
5. Информационная система «Техника для спецслужб» http://bnti.ru