Distantsionny_kontrol_psikhofiziologicheskogo_sostoyania_s_pomoschyu_sverkhshirokopolosnoy_RLS

171

Рис.3.29. Диаграмма направленности излучающей антенны для различных частот На рис. 3.30, 3.31 приведены импульсная диаграмма излучения и диаграммы направленности

для тех же волновых чисел при работе структуры «на прием» (второй вариант возбуждения).

Рис. 3.30. Импульсная диаграмма излучения при возбуждении структуры из точки (0,0,с2/2)

Рис. 3.31. Диаграмма направленности приемной антенны для различных частот.

Несмотря на то, приведенные на рисунках импульсные диаграммы излучения структуры и их

«частотные» сечения (диаграммы направленности) весьма далеки от желаемых (см. выше), результа-

ты вычислительных экспериментов со структурой типа телескопа Мерсенна можно считать обнаде-

живающими в смысле построение по этой схеме компактных приемо-передающих антенных систем с

172

большой развязкой между трактами. В настоящее время нами выполняется серия вычислительных экспериментов по оптимизации параметров структуры с целью улучшения ее электродинамических характеристик.

3.2.7. Выводы

Таким образом, задача построения портативных высокоэффективных технических систем поиска пострадавших людей может решаться путем создания помехоустойчивых когерентных РЛС снабженных гибкими системами обработки квазинепрерывных псевдослучайных сигналов.

Причем при формировании широкополосных, модулированных псевдослучайными последова-

тельностями зондирующих сигналов, для получения высоких характеристик разрешения таких РЛС необходимо учитывать следующие факторы:

1.Коэффициент частотных искажений;

2.Коэффициент асимметрии;

3.Коэффициент паразитной амплитудной модуляции;

4.Возрастание уровня помехи в области бокового лепестка АКФ при частотном переносе модулирующей функции в узлах и блоках аппаратуры

5.Минимальное время корреляции флуктуаций сигнала при отражении его целью в услови-

ях сложной и неоднородной трассы распространения.

Большое значение для практической реализации портативной РЛС имеют электродинамиче-

ские характеристики антенной системы и ее массогабаритные параметры. В связи с этим возраста-

ет роль вычислительных экспериментов, проводимых на начальных этапах разработки и проекти-

рования антенн и, как следствие этого, возрастает актуальность разработки и программной реали-

зации высокоэффективных алгоритмов решения задач прикладной электродинамики, в особенно-

сти – открытых начально-краевых задач во временной области.

Действующий макет локатора, в котором реализованы многие из описанных в разделе реше-

ний имеет вид, показанный на рис. 3.32. На рис. 3.33 представлен вид узлов и блоков модернизи-

рованного локатора на диапазон 1.8 ГГц. Размеры локатора уменьшены в 5 раз по сравнению с ло-

катором (рис. 3.32). Вывод сигнала осуществляется непосредственно в ЭВМ, реализующую адап-

тивную корреляционно-спектральную обработку сигналов.

173

Рис.3.32. Внешний вид РЛС (диапазон 0.93 ГГц) для обнаружения людей под завалами зда-

ний (внизу блок аккумуляторных батарей).

Рис. 3.33. Внешний вид узлов и блоков РЛС (диапазон 1.8 ГГц).

Наиболее перспективным в настоящее время, с точки зрения авторов, следует считать построе-

ние устройств формирования и обработки радиосигналов сложной структуры для радиолокационной аппаратуры, построенной на основе высокоскоростных сигнальных процессоров, работающих с так-

товыми частотами в несколько ГГц. Структурная схема радиолокатора при таком подходе становится

174

предельно простой. Это линейный усилитель мощности, малошумящий линейный усилитель прием-

ника и процессор с периферийными устройствами. Такая схема позволяет не только практически полностью реализовать свойства сигналов, заложенные в их тонкую структуру, но и создавать техно-

логичные, простые в настройке радиолокационные системы, обработка информации в которых стро-

ится на основе оптимальных алгоритмов.

Дальнейшей перспективой развития систем обнаружения живых людей под завалами зданий является комплексное использование радио и акустических многопозиционных систем.

175

Усанов Д. А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., По-

стельга А.Э.

связанных с дыханием и сердцебиением

3.3.1. Введение.

Несколько десятилетий гипертермия и радиометрия были главными направлениями примене-

ния СВЧ в исследованиях биологических объектов [209]. В дальнейшем внимание исследователей было привлечено и к другим эффектам, таким как поглощение СВЧ-мощности в человеческих телах

[196, 147], взаимодействие с нервной системой [235], влияние чрезвычайно низкочастотно-

модулированных полей на мембранные каналы [132], молекулярные эффекты [190].

Новые применения СВЧ в диагностике и терапии основаны как на использовании сверхчув-

ствительных радиометров [25] и сверхнизких уровней воздействующего СВЧ-излучения [12], так и на развитии биометрического мониторинга физиологических параметров человека с использованием радиоволнового дистанционного зондирования [31, 3, 85]. Радиоволновое дистанционное зондирова-

ние может быть применено как за наблюдением тяжело больных пациентов, например в ожоговых центрах, так и при поиске пострадавших при природных и техногенных катастрофах.

При измерении параметров движений объекта оптическими и радиоволновыми методами часто используется явление интерференции, возникающее при сложении падающей и отраженной от объ-

екта электромагнитных волн. В таких измерителях из анализа временной зависимости интерференци-

онного сигнала или его спектра с высокой точностью определяется частота и амплитуда механиче-

ских движений объекта [110, 107, 109, 111, 90].

В настоящей главе описывается возможность применения одночастотной и многочастотной ра-

диоволновой интерферометрии с использованием двойного волноводного тройника и автодина на диоде Ганна для целей контроля биометрических параметров, характеризующих движения человека,

связанные с дыханием и сердцебиением [81, 201, 82, 232, 74].

3.3.2. Одночастотная радиоволновая интерферометрия движений тела человека, связанных с дыханием и сердцебиением

Теоретическое обоснование методики измерений. Известно, что двойной волноводный тройник часто используется при создании высокочувствительных измерительных комплексов в СВЧ-диапазоне [123, 139].

178

следует, что амплитуды нечетных S2n 1 и четных S2n спектральных составляющих сигнала

прямо пропорциональны функциям Бесселя J 2n 1 ( ) и J2n ( ) , и связаны с ними соотношениями:

Отношения величин нечетных или четных спектральных составляющих продетектированного

сигнала [198Ошибка! Источник ссылки не найден.]:

могут быть использованы для определения амплитуды механических движений.

Решая уравнение (3.23) или (3.24) относительно приведенной амплитуды механических движе-

ний , можно определить абсолютную амплитуду движений измеряемого объекта .

4

Экспериментальные результаты. Дыхательные движения и сердечные сокращения вызывают периодические смещения грудной клетки человека. Для контроля периодических движений грудной клетки, вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений, в качестве источника СВЧ-сигнала в радиоинтерференционной схеме (рис. 3.36) использовался СВЧ-генератор 3 трехсантиметрового диапазона типа Г4-83, включенный через вентиль 2 в H-плечо двойного волноводного тройника 1. Продетектированный с помощью СВЧ-диода 4, расположенного в E-плече волноводного тройника, сигнал через аналого-цифровой преобразователь 9 (АЦП) поступал в компьютер 10 для анализа.

Зависимость переменной составляющей продетектированного сигнала от времени ID~ t при

изменении положения грудной клетки, вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений, представлена на рис. 3.37.

Спектральное представление продетектированного сигнала ID~ t (рис. 3.38) позволяет разде-

лить движение грудной клетки вследствие дыхательных движений (частота движения fbreath составля-

ет 0.16 Гц) и сердечных сокращений (частота сердечных сокращений fheart =1.4 Гц).

179

Рис. 3.36. Схема радиоинтерферометра на базе двойного волноводного тройника для контроля смещений грудной клетки пациента

Рис. 3.37. Зависимость продетектированного сигнала от времени при движении грудной клетки вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений