Системы трехмерной радиочастотной визуализации

Системы трехмерной радиочастотной визуализации подповерхностных объектов могут быть успешно использованы в составе различных приборов в следующих областях жизнедеятельности человека:
• Строительство: обследования строительных конструкций, инженерно-геологические изыскания

• Безопасность: системы скрытого досмотра человека, как в статике, так и в движении

• Медицина: безвредная (в отличии от рентгена и МРТ), а поэтому постоянно используемая при диагностике приживаемости и работы в динамике различных типов имплантов в теле человека

• Транспорт: мониторинг автомобильных и железнодорожных дорог
Наши технические решения:
• Сверхширокополосный зондирующий сигнал с линейной частотной модуляцией в диапазоне 2-5, (4-8), (8-16) ГГц мощностью до 200 мВт. Частотный диапазон выбирается в зависимости от решаемой задачи, связанной с одной стороны с максимально возможной глубиной проникновения в/через укрывающую среду, и максимальным разрешением с другой стороны [1,2]

• Корреляционно-фильтровая обработка отраженного сигнала, внутренняя когерентность системы [1,2]

• Зондирование и одновременный радиоголографический синтез трехмерного изображения со скоростью несколько кадров в секунду [6,8]

• Неподвижная многоканальная антенная система MIMO (много передатчиков, много приемников) с цифровой коммутацией [4,7]

• Плоскость сканирования находится на расстоянии от поверхности укрывающей среды

• Дополнительная фокусировка изображения путем учета скорости распространения электромагнитных волн в укрывающей среде и связанного с этим эффекта преломления на границе раздела сред [3,5,9]

Ниже приведены примеры использования системы трехмерной частотной визуализации подповерхностных объектов в реальных ситуациях на различных объектах. Основные параметры системы: средняя частота зондирующего ЛЧМ-сигнала – 3 ГГц, девиация частоты – 2 ГГц, MIMO система, состоящая из четырех антенных линеек (две передающие и две приемные в виде квадратной рамки) по 20 антенн в каждой, расстояние между элементами 7,5 см.


1. Бетонная оштукатуренная стена.

Среда – реальная бетонная стена (рис. 1) в подвальном помещении толщиной 0.4 метра со слоем неоднородной штукатурки около 4 см, состоящая из крупных бетонных блоков и частично из кирпича. Среднее затухание в среде – 19 дБ/м. Возможны неоднородности, пустоты и неконтролируемые включения из отрезков арматуры и других отражателей. Проделаны отверстия для размещения калиброванных отражателей. За стеной находится токарный станок. В качестве параметра для фокусировки принимается значение диэлектрической проницаемости e = 7 (показатель преломления 2.65).

(а)
(б)
Рис. 1. Стена, вид спереди (а) и сзади (б)
(а)
(б)
Рис. 2. Общий вид (а) и сечения (б) радиочастотного изображения бетонной стены.
Передняя поверхность стены
Неоднородность в стене (глубина 10 см)
Первый объект в стене (глубина 18 см)
Второй объект в стене (глубина 22 см)
Задняя поверхность стены (глуб. 36 см)
Протяженный объект за стеной (расст. 66 см)
Рис. 3. Послойное фронтальное сканирование изображения бетонной стены.
2. Макет железобетонной стены.

Среда – макет железобетонной стены (рис. 4) общей толщиной 0.32 метра, собранный из пенобетонных блоков размерами 620х250х100 мм с двумя слоями арматуры 16 мм, шаг между прутьями – 0.25 м. Затухание в среде – 35 дБ/м, что объясняется добавлением алюминиевой суспензии в технологическом процессе производства блоков.

В стене сзади и спереди вырезаны полости напротив узла решетки, в центре ячейки арматуры и напротив прута арматуры. В полости помещаются отражатели в виде пластин различных линейных размеров. Полости закрываются заглушками, выполненными из того же материала стены. Для оценки степени фокусировки в свободном пространстве на передней поверхности стены прикреплен гаечный ключ.

В качестве параметра для фокусировки принимается значение диэлектрической проницаемости e = 3 (показатель преломления 1.73).

(а)
(б)
Рис. 4. Стена, вид спереди (а) и сбоку (б).
(а)
(б)
Рис. 5. Общий вид (а) и сечения (б) радиочастотного изображения железобетонной стены.

Передняя поверхность стены с объектом
Первый слой арматуры с объектами (гл.10 см)
Второй слой арматуры (гл. 20 см)
Задняя поверхность стены (гл.30 см)
Рис. 6. Послойное фронтальное сканирование изображения железобетонной стены.

3. Человек.
(а)
(б)
Рис. 7. Радиоголографическое изображение (а) и фото (б) человека.

(а)
(б)
Рис. 8. Трехмерное радиоголографическое изображение человека (а)- вид спереди, (б)-вид справа, (в)-вид слева.

(в)
(а)
(б)
Рис. 9. Фотографические изображения человека без оружия (а), с оружием, закреплённым под вытянутой рукой (б), с оружием за поясом за спиной (в), с оружием, закреплённым под вытянутой рукой, через преграду из гипсокартона (г)
(в)
(г)
(а)
(б)
Рис. 10. Соответствующие радиоголографические изображения человека без оружия (а), с оружием, закреплённым под вытянутой рукой (б), с оружием за поясом за спиной (в), с оружием, закреплённым под вытянутой рукой, через преграду из гипсокартона (г).

(в)
(г)
Эксперименты по сканированию и построению радиоголографического изображения человека приведенные выше производились с помощью той же системы, что и для стен, где средняя частота зондирующего сигнала 3 ГГц. Из приведенных выше изображений видно, что для исследования человека надо повышать разрешающую способность. Для этого можно повысить частоту зондирующего сигнала вплоть до 20ГГц, поскольку видно, что существует запас по затуханию зондирующего сигнала в теле человека.

Made on
Tilda