ДОПЛЕРОВСКИЕ СПЕКТРЫ ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ИХ ОПИСАНИЯ

1. ДОПЛЕРОВСКИЕ СПЕКТРЫ ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ИХ ОПИСАНИЯ «Всероссийский научно-технический семинар"Подповерхностная радиолокация и дистанционное зондирование» 5 февраля 2009 Москва Doctor Sci. O. V. SYTNIK, Ph.D. I. A. VYAZMITINOV, Ph.D. Ye. I. MYROSHNICHENKO Telephone: +3-8-057-7203-592 E-mail: ssvp11@ire.kharkov.ua Institute of Radiophysics and Electronics Kharkov, Ukraine

2. Структура доклада Схема и особенности эксперимента. Характеристики радара. Экспериментальные данные и алгоритмы предварительной обработки. Вероятностные модели информационных процессов. Алгоритмы обработки сигналов и оптимизация решений. Выводы. Литература.

3. Схема и особенности эксперимента В эксперименте доплеровский локатор работал на несущей частоте 1,8 ГГц с квазинепрерывным фазокодоманипулированным (ФКМ) сигналом длиной N=(216 -1). Длительность периода неповторяющейся последовательности равна 0,3 мс при длительности элементарного импульса 5 нс, что соответствует разрешающей способности по дальности около 0,75 м. Мощность излучения передатчика 100 мВт, чувствительность приемника примерно минус 165 дБ/Вт. Расстояние до препятствия ─ 2 м. Расстояние от цели до препятствия 0,5 м. Толщина препятствия примерно 0,3 м.

4. Достоинства и недостатки зондирования непрерывным квазислучайным сигналом • Достоинства когерентного квазинепрерывного метода зондирования природных сред: • Отсутствие «мертвой зоны»; • Малая (~0,1 Вт) мощность излучения СВЧ-сигнала; • Высокая помехоустойчивость; • Широкий спектр применений (коммунальное хозяйство, археология, криминалистика, строительство, спасательные и горно-спасательные службы, охранные системы, экологический мониторинг среды, поиск водоносных слоев, несанкционированных подключений к различным трубопроводам, обнаружение скрытых сыпучими грузами контрабандных товаров при железнодорожных и морских перевозках); • Возможность повышения точности и достоверности работы системы за счет объединения радиолокационных датчиков в пространственно-разнесенные системы; • Возможность создания портативных, а в перспективе и карманных приборов. • Проблемы: • Необходимость разработки специализированных приемо-передающих антенн с высокой (до 90 дБ) степенью развязки между приемной и передающей антеннами; • Необходимость обучения персонала для интерпретации радиолокационной информации.

5. Состояние разработки на настоящий момент • В настоящее время авторами разработан и испытан прибор для обнаружения людей за оптически непрозрачными препятствиями, который положен в основу серии приборов различного назначения. Проведена серия экспериментов по реальным целям. Вероятность правильного обнаружения объектов за кирпичными перегородками зданий не менее 0,98 при уровне ложных тревог 10-5. • Прибор работает в диапазоне частот 0,93 — 1,86 ГГц. Обработка сигналов осуществляется в цифровом виде с применением разработанных авторами спектральных методов селекции со «сверхразрешением». Имеется звуковая и визуальная индикация и возможность регистрации сигнала на внешнем носителе. • При работе по подповерхностным целям доплеровская селекция не применяется. Глубина зондирования зависит от состава и влажности грунта и для большинства практических задач составляет до 10 метров при разрешающей способности 0,3-0,5 метра.

6. Портативный радиолокатор предназначенный для поисково-спасательных служб • Основные тактико-технические данные: • Максимальная дальность до преграды – 15 м. • Глубина расположения обнаруживаемых объектов – до 5 м. • Разрешающая способность по дальности – 0.7 м. • Диапазон длин волн – дециметровый. • Питание – автономное. • Масса локатора (без блока питания) – 3 кг. • Масса блока питания – 5 кг. • Габариты локатора (без антенны) - 400х150х140 мм3. • Осевая длина антенны – 600 мм. • Время работы без подзарядки аккумуляторов – не менее 8 часов.

7. Экспериментальные данные Рис.1 Исходный сигнал. Длительность обрабатываемых реализаций 50…60 с. Оцифровка: частотой 8 кГц по 16-ти уровням. Рис.2 Сигнал после медианной фильтрации окном 1001

8. Экспериментальные данные Рис. 3. Спектральная плотность

9. Алгоритмы предварительной обработки.

10. Информационный процесс при при Рис. 2. Матожидание процесса при T<TS Рис. 1. Матожидание процесса при T=TS

11. Информационный процесс Рис. 1. Ковариационная функция Рис. 2. Спектр

12. Критерий выбора шага решетки Рис. 1. Зависимость среднеквадратического значения процесса от длины шага решетки.

13. Выводы • Таким образом, алгоритм обработки сигналов при обнаружении человека за оптически непрозрачным препятствием с помощью когерентного доплеровского радиолокатора строится на гипотезе о том, что информационный процесс S(t) является периодически коррелированным эргодическим на эквидистантной решетке случайным процессом и сводится к получению реализации сигнала, вычислению его матожидания m(t)на произвольной решетке с шагом k и оценке дисперсии по реализации. Процедуры вычисления m(t) и дисперсии повторяются при всех k . При наличии ярко выраженного глобального максимума зависимости дисперсии от величины шага решетки принимается решение об обнаружении человека и вычисляется оценка периода дыхания. • Применение предлагаемой радиолокационной системы позволит оперативно обнаруживать людей, пострадавших в техногенных и природных катастрофах.

14. Литература • 1. Sytnik O.V., I.A. Vyazmitinov, Y.I. Myroshnychenko, Y.A. Kopylov.Design Problems of Rescue-Radar // Proc. of Intern. Conf. Antennas, Radar and Wave Propagation // ARP-2007, Montreal, QC., Canada. – 5/30/2007 – 6/1/2007. – Radar: 566-082. • 2. Sytnik O.V Ground-Penetrating Radar Data Preprocessing. // Telecommunications and Radio Engineering. – 2006. – V.65, № 7. – P. 621 – 631. • 3. О.В. Сытник, Г.П. Почанин, М.М. Головко Удаление тренда из данных георадара. // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2006. – Т.11, №2-3. – С. 99 – 105. • 4. Sytnik O.V. Invariant Transformation in Identification Theory // Telecommunications and Radio Engineering. – 2003. – V.60, № 10,11&12. – P. 20 – 32. • 5. О.В. Сытник Методы идентификации природных сред и объектов по данным радиофизического эксперимента. // Успехи современной радиоэлектроники. М.: – 2006. ‑ №1. – С. 30 – 57. • 6. Sytnik O.V., I.A. Vyazmitinov, Y.I. Myroshnychenko The Features of Radar Developments for People Detection Under Obstructions. // Telecommunications and Radio Engineering.  2004.  Vol.61,  № 10.  P. 875–885. • 7. Sytnik O.VAlgorithm for Detection and Identification of Low Doppler Target. // Telecommunications and Radio Engineering.  2004.  Vol.61,  № 2.  P. 130–140.10 • 8. Вопросы подповерхностной радиолокации. / Под ред. А.Ю. Гринева. М.: Радиотехника, 2005. – 416с.: ил. (Сер. “Радиолокация”).ISBN 5-88070-070-4 Сытник О.В., Вязьмитинов И.А., Мирошниченко Е.И.

15. Контакты Д. ф.-м. н., с.н.с. Сытник Олег Викторович Тел.: +3-8-057-7203-592 (р); Моб.: +3-8-097-737-60-53 E-mail: ssvp11@ire.kharkov.ua Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, 12, ул. Акад. Проскуры, г. Харьков-085, Украина, 61085