РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИВЫХ ЛЮДЕЙ ЗА ПРЕГРАДАМИ ПО ДАННЫМ СШП ЗОНДИРОВАНИЯ

РЕФЕРАТ 3
Введение 4
1 Литературный обзор 8
1.1 Обзор существующих средств зондирования 8
1.2 Обзор методов исследований 14
1.2.1 Метод Столта 14
1.2.2 Метод миграции 16
1.2.3 Метод триангуляции 20
1.3 Выводы по результатам обзора 20
2 Разработка алгоритма для определения местоположения человека .... 24
2.1 Лабораторный макет 24
2.2 Алгоритм 29
3 Результаты 39
Заключение 41
Список литературы 42
Приложение. Отчет о патентных исследованиях
Купить

Ежегодно происходят десятки катастроф - транспортные, промышленные (авария на атомной электростанции, нефтепроводе), стихийных бедствий (землетрясения, оползни, обвалы, лавины, цунами, пожары, смерчи и др.), жертвами которых становятся сотни и тысячи людей. Ученые прогнозируют рост числа разрушительных землетрясений в 2018¬2020 годах. Помимо крупных катастроф, почти ежедневно происходят обвалы на горнодобывающих шахтах и снежные лавины, а также все чаще случаются террористические атаки.
Вне зависимости от масштаба происшествия, в таких ситуациях остро стоит проблема спасения человеческих жизней. Как правило, подобные катастрофы, аварии и чрезвычайные ситуации приводят к существенным разрушениям. Поиск и спасение людей в таких условиях является очень затруднительной задачей.
При проведении контртеррористических и спасательных операций крайне важно знать точное местоположение живых людей за преградами (стенами, завалами). В обоих случаях счет человеческих жизней идет на секунды.
Таким образом, на сегодняшний день, актуальной задачей является создание устройств, обеспечивающих эффективную и оперативную работу по поиску и местоопределению живых людей.
Данная работа посвящена созданию сверхширокополосного радара, позволяющего по источникам и данным регистрируемого сверхширокополосного сигнала определить местоположение и расстояние, до объекта. Зондирующая система представляет собой радар с антенной решеткой. В работе показана принципиальная возможность обнаружения скрытых объектов за преградами. Доказательством успешной работоспособности установки, предоставлены результаты экспериментов и численного моделирования.
Целью магистерской диссертации является разработка алгоритма для СШП радара для обнаружения людей за преградами на основе технологии тактированной антенной решетки, использующей СШП излучение, и метода синтезирования большой апертуры совместно с фокусировкой.
Настоящая работа основана на процессах излучения электромагнитных волн с помощью антенн в неоднородных средах, прием этих волн, которые прошли через преграду и обратно, обработка собственных результатов с помощью методов зондирования СШП сигналов через преграды.
Для достижения указанной цели в работе ставятся следующие задачи:
1. Моделирования прямой и обратной задачи СШП зондирования движущихся объектов за преградами.
2. Тестирование ключевых элементов макета, программного обеспечения, куда входит разрабатываемый алгоритм.
3. Проведения экспериментов с помощью лабораторного макета.
Для решения задачи об определении наличия объектов за преградами необходимо просканировать область пространства за ней. Сканирование можно провести путем фокусировки излучения в каждую точку пространства. Фокусировку в свою очередь можно осуществить двумя способами - физическим и математическим. Первый осуществляется при использовании «традиционных» средств, а именно линз, зеркал и радиотехнических устройств. При использовании последних, для обеспечения фокусировки в произвольную точку следует обеспечить возможность независимой фазировки каждого из элементов. Осуществление же фокусировки излучения при помощи линз и зеркал обладает массой недостатков, основными из которых являются громоздкость установки и большие временные затраты.
Математическая фокусировка производится при помощи цифровой обработки, регистрируемого амплитудно-фазового распределения поля и при определенных навыках, позволяет решать поставленную задачу быстро и эффективно.
Задача определения местоположения людей за преградами, когда реализуемое количество ракурсов большое, решается с использованием методов фокусировки. Но если количество ракурсов мало, то методы фокусировки не применимы и необходимо использовать другие подходы. Решение задачи местоположения объекта, видится в использовании задержек сигнала, полученных в нескольких разнесенных антеннах. При этом возникает проблема статических помех. Данные помехи происходят вследствие отражения сигнала от предметов, находящих в комнате и стен.
Таким образом, появляется задача фильтрации принятых сигналов. В работе был разработан подход, который позволяет решать проблему с фильтрацией.
Научное положение, выносимое на защиту
Возможность фильтрации объектов за радиопрозрачными преградами, движущихся с переменной скоростью на фоне статистических помех при СШП локационном зондировании обеспечивается за счет использования дифференциального подхода, определяющего оптимальную выборку кадров, разность которых обеспечивает максимальную норму разностного сигнала.
Достоверность защищаемого положения
На примере разработанного макета была применена обработка, в результате которой, обнаруживали человека за стенами толщиной 50 см, а также в свободном пространстве на расстоянии до 20 м.
Научная новизна выносимого на защиту положения
В литературе [1] показан метод межкадровой геолокации, алгоритм при котором, вычиталось только два соседних кадра, но он не подходит для обнаружения людей с переменным движением, потому что разница кадров может быть равна нулю. В предложенном алгоритме мы ввели оптимальную выборку кадров, где поиск оптимального кадра осуществляется по максимуму разностного сигнала данного и опорного кадров.
Практическая значимость результатов работы
Этот алгоритм позволяет обнаруживать как медленно движущихся, так и быстро движущихся объектов.
Апробация результатов работы
Результаты выполненной автором работы докладывались и обсуждались на международной конференции. Участвовал в международном конкурсе инновационных проектов INRADEL 2019. Имеется публикация.
1. Сатаров Р.Н., Шипилов С.Э., Якубов В.П., Федянин И.С., Цепляев И.С., Балзовский Е.В., Давиденко Д.В. Устройство для визуализации живых людей за преградами/высокоэнергетические и специальные материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение сборник тезисов XIV Международной конференции. 2018. С. 108-110.
Личный вклад автора.
Общая постановка и обоснование задач исследований. Обсуждение полученных результатов были выполнены автором совместно с коллективом научных сотрудников. Личный вклад автора заключается в разработке и тестировании алгоритма, сборке макета. Участвовал в программной имплементации алгоритма в макет. Проводил тестирование макета в различных сценах.
Купить