способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления

Классы МПК:A63B29/00 Снаряжение для альпинизма
A62B37/00 Способы и устройства для спасения жизни, не отнесенные к другим группам данного подкласса
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Заренков Вячеслав Адамович (RU),
Заренков Дмитрий Вячеславович (RU),
Дикарев Виктор Иванович (RU),
Койнаш Борис Васильевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-10-24
публикация патента:

Предлагаемые способ и устройство относятся к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами. Технической задачей изобретения является повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов между принимаемым гармоническим колебанием и опорным сигналом. Устройство, реализующее предложенный способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержит антенну 1, приемный блок 2, предварительный усилитель 3, импульсный фильтр 4, генератор 5 опорных сигналов, усилитель 6 переменного тока, фазовый детектор 7, фильтр 8 нижних частот, усилитель 9 постоянного тока, блок 10 компенсации помехового фона, пороговый элемент 11, блок 12 регулирования величины порога, индикатор 13, индикаторный элемент 14, кнопку 15 сброса интегратора, блок 16 питания, фазовращатель 17 на 90°, перемножители 18, 19, 20 и 21, масштабирующий перемножитель 22, вычитатель 23 и сумматор 24. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Формула изобретения

1. Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, заключающийся в том, что перемещают зонд параллельно поверхности засыпанного участка в направлении поиска, в качестве зонда используют антенну, ориентируют ее параллельно поверхности засыпанного участка, принимают в процессе перемещения антенны полезный сигнал, в качестве которого используют электрическую составляющую радиошумов естественного электромагнитного поля Земли сверхдлинноволнового диапазона и осуществляют его фазочастотный анализ, при этом фазочастотный анализ шумового сигнала производят за счет того, что выделяют из шума фазу его гармонической составляющей на фиксированной частоте за счет того, что его фильтруют и непрерывно в процессе перемещения антенны сравнивают фазу отфильтрованного сигнала с эталонной фазой, а по результатам сравнения судят о расположении биообъекта или его останков, отличающийся тем, что напряжение, пропорциональное измеренному фазовому сдвигу между фазой отфильтрованного сигнала и эталонной фазой, сдвигают по фазе на 90°, исходное и сдвинутое по фазе на 90° напряжения второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента, равного шести, полученное напряжение вычитают из исходного напряжения четвертой степени, полученное напряжение суммируют со сдвинутым по фазе на 90° напряжением четвертой степени.

2. Устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее антенну, приемный блок, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй вход - с выходом блока питания, при этом приемный блок состоит из последовательно включенных предварительного усилителя, вход которого является первым входом приемного блока, импульсного фильтра, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов, усилителя переменного тока, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов и фильтра нижних частот, последовательно включенных усилителя постоянного тока, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации помехового фона, порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования величины порога, интегратора, второй вход которого соединен с выходом кнопки сброса интегратора, и индикаторного элемента, отличающееся тем, что оно снабжено фазовращателем на 90°, четырьмя перемножителями, масштабирующим перемножителем, вычитателем и сумматором, причем к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с первым входом усилителя постоянного тока, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены фазовращатель на 90°, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90°, и четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, а выход подключен ко второму входу сумматора, второй вход вычитателя через масштабирующий перемножитель соединен с выходом первого и третьего перемножителей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые способ и устройство относятся к области поисково-спасательных работ и могут быть использованы для поиска засыпанных биообъектов или их останков в районах землетрясений, а также в альпинизме при поиске биообъектов, засыпанных, например, снежными лавинами или горными обвалами.

Известен способ радиопеленга местонахождения засыпанных снежной лавиной альпинистов, заключающийся в предварительном размещении в одежде альпиниста малогабаритного приемоответчика, включение его на постоянную работу в режиме передачи сигналов радиомаяка во время движения альпиниста и последующий радиопеленг сигналов маяка с помощью нескольких приемопередатчиков в случае попадания альпиниста в снежную лавину с расстояния не более 60 м (Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М., 1983. - С.136-137).

Недостатками известного способа являются низкие функциональные возможности и ограниченная сфера применения, поскольку известный способ имеет активный характер, то есть требует предварительного размещения специального оборудования (приемопередатчика) на объектах, подлежащих поиску. В связи с этим известный способ может реально использоваться лишь в случаях ожидаемого засыпания, например лавиной, и лишь непродолжительное время (не более нескольких часов). Известный способ не может быть применен при неожиданных сходах лавин или внезапных горных обвалах, а также на больших территориях по причине невозможности размещения передатчиков на всех биообъектах, подлежащих защите, и невозможности их работы продолжительное время, например в районах землетрясений. Кроме того, известный способ обладает низкими функциональными возможностями по причине того, что не позволяет обнаруживать останки биообъектов, засыпанных грунтом, снегом и так далее через продолжительное время после засыпания.

Известен способ поиска засыпанных людей с помощью специально обученных собак (Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М., 1983, С.136-137).

Недостатками данного способа являются низкие функциональные возможности по причине невозможности применения для поиска останков сроком более года после их засыпания, поскольку способ основан на обнаружении местонахождения собаками по запаху, что связано с его ослаблением и исчезновением со временем. Также к недостаткам относится субъективный характер способа, неоднозначная реакция собак, зависимость качества поиска от состояния собак, их обученности, погодных и климатических условий, что ухудшает точность и эксплуатационные возможности способа.

Известен также способ определения местонахождения живых существ, попавших в завал, заключающийся в том, что перемещают зонд параллельно поверхности засыпанного участка в направлении поиска, в качестве зонда используют антенну, ориентируют ее поверхность параллельно поверхности засыпанного участка, принимают в процессе перемещения антенны полезный сигнал и осуществляют его фазочастотный анализ. Кроме того, в процессе перемещения зонда постоянно излучают в землю по меньшей мере два луча высокочастотной электромагнитной энергии, значительно отличающиеся по частоте, а полезный сигнал принимают как отраженный на границе между землей и живым существом [ЕР, заявка №0075199, G 01 S 13/02, 1983].

Недостатками известного способа являются низкие эксплуатационные характеристики и высокая сложность по причине активности способа ввиду применения радиолокационного метода, предполагающего “просвечивание” засыпанного участка высокочастотными концентрированными пучками электромагнитной энергии большой мощности. Известный способ обладает также пониженными функциональными возможностями, так как удовлетворительно работает лишь в случае относительно однородной среды завала. Это объясняется тем, что при завалах повышенной неоднородности, имеющих место, например, в районах землетрясений при разрушении зданий, образуются многократные хаотические отражения лучей от множества границ неоднородностей среды, что обуславливает высокий уровень помех и ложных срабатываний.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, основанный на способности биологических объектов, в том числе и останков, независимо от времени их образования интенсивно искажать фазовые характеристики фонового электромагнитного поля Земли, имеющего характер шума с распределенным непрерывным спектром в диапазоне сверхдлинных радиоволн на определенных фиксированных частотах (патент РФ №2116099, А 63 В 29/02, 1995).

Известно устройство (приемопередатчик) для обнаружения местонахождения альпинистов, засыпанных снежной лавиной, содержащее антенну, приемный блок, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй вход - с выходом блока питания. Кроме того, устройство содержит передающий блок, вход которого соединен с выходом блока питания, а выход передающего блока соединен через коммутатор с антенной. Кроме того, устройство работает в средневолновом диапазоне (Винокуров В.К. и др. Безопасность в альпинизме. - М.: 1983, С.136-137).

Недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности и эксплуатационные характеристики по причине того, что устройство позволяет определять местонахождение лишь тех биообъектов, на которых были предварительно расположены устройства, то есть в случае ожидаемого ориентировочного места и времени обвала, что практически полностью исключает применение устройства при масштабе стихийных бедствий, например, при землетрясениях или в случае неожиданных сходов лавин, обвалов и так далее. Кроме того, относительно большой расход энергии автономных источников питания при передаче радиосигналов в значительной мере ограничивают время поиска практически несколькими часами сразу после засыпания.

Известно также устройство для определения местонахождения живых существ, попавших в завал, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй вход - с выходом блока питания, приемный блок имеет усилитель переменного тока, фильтр и элемент индикации. Кроме того, устройство содержит передающий блок, выход которого соединен со входом антенны через коммутатор, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя переменного тока, а выход детектора соединен с входом фильтра, выход которого подключен ко входу элемента индикации (ЕР, заявка №0075199, G 01 S 13/02, 1983].

Недостатком известного устройства являются высокая сложность и низкие эксплуатационные характеристики по причине наличия многочастотного передатчика большой мощности и направленной сфазированной антенны, а также по причине связанного с этим высокого энергопотребления, что требует использования громоздких автономных источников питания большой емкости и частоты их подзарядки.

К недостаткам известного устройства относятся также низкие функциональные возможности по причине снижения точности и помехозащищенности в случае завала повышенной неоднородности, что резко ограничивает область применения известного устройства. Известное устройство вместе с этим обладает низкой экологичностью, поскольку излучаемая электромагнитная энергия используемого диапазона при применяемых значительных мощностях передатчика неблагоприятно действует на состояние живых биообъектов, особенно имеющих повреждения в случае завала. Кроме того, известное устройство при работе образует значительные помехи радиоприему, а также создает помехи другим аналогичным устройствам, одновременно работающим на соседних, близко расположенных участках.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее антенну и приемный блок, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй вход - с выходом блока питания (патент РФ №2116099, А 63 В 29/02, 1995).

Недостатком известных способов и устройства является низкая чувствительность при измерении малых фазовых сдвигов между принимаемой гармонической составляющей и опорным сигналом.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов между принимаемым гармоническим колебанием и опорным сигналом.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, заключающемуся в том, что перемещают зонд параллельно поверхности засыпанного участка в направлении поиска, в качестве зонда используют электрически малую антенну, ориентируют ее поверхности параллельно поверхности засыпанного участка, принимают в процессе перемещения антенны полезный сигнал, в качестве которого используют электрическую составляющую радиошумов естественного электромагнитного поля Земли сверхдлинноволнового диапазона, и осуществляют его фазочастотный анализ, при этом фазочастотный анализ шумового сигнала производят за счет того, что выделяют из шума фазу его гармонической составляющей на фиксированной частоте за счет того, что его фильтруют и непрерывно в процессе перемещения антенны сравнивают фазу отфильтрованного сигнала с эталонной фазой, а по результатам сравнения судят о расположении биообъекта или его останков, напряжение, пропорциональное измеренному фазовому сдвигу между фазой отфильтрованного сигнала и эталонной фазой, сдвигают по фазе на 90° , исходное и сдвинутое по фазе на 90° напряжение второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента, равного шести, полученное напряжение вычитают из исходного напряжения четвертой степени, полученное напряжение суммируют со сдвинутым по фазе на 90° напряжением четвертой степени.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее антенну, приемный блок, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй вход - с выходом блока питания, при этом приемный блок состоит из последовательно включенных предварительного усилителя, вход которого является первым входом приемного блока, импульсного фильтра, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов, усилителя переменного тока, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора опорных сигналов, и фильтра нижних частот, последовательно включенных усилителя постоянного тока, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации помехового фона, порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования величины порога интегратора, второй вход которого соединен с выходом кнопки сброса интегратора, и индикаторного элемента, снабженного фазовращателем на 90° , четырьмя перемножителями, масштабирующим перемножителем, вычитателем и сумматором, причем к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с первым входом усилителя постоянного тока, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены фазовращатель на 90° , третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90° , и четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, а выход подключен к второму входу сумматора, второй вход вычитателя через масштабирующий перемножитель соединен с выходом первого и третьего перемножителей.

Структурная схема устройства для обнаружения местоположения засыпанных биообъектов или их останков представлена на фиг.1. Схема процесса определения контура проекции засыпанного объекта на поверхность насыпи изображена на фиг.2.

Устройство содержит антенну 1, выполненную в виде плоской металлической пластины круглой, прямоугольной или треугольной формы в плане, электрически соединенную со входом приемного блока 2, который содержит последовательно включенные предварительный усилитель 3, вход которого является входом приемного блока 2, импульсный фильтр 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 опорных сигналов, усилитель 6 переменного тока, фазовый детектор 7, второй вход которого соединен с выходом генератора 5 опорных сигналов, фильтр 8 нижних частот, первый перемножитель 18, второй вход которого соединен с выходом фильтра 8 нижних частот, второй перемножитель 19, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 18, вычитатель 23, сумматор 24, усилитель 9 постоянного тока, второй вход которого соединен с выходом блока 10 компенсации помехового фона, пороговый элемент 11, второй вход которого соединен с выходом блока 12 регулирования величины порога, интегратор 13, второй вход которого соединен с выходом кнопки 15 сброса интегратора, и индикаторный элемент 14. К выходу фильтра 8 нижних частот последовательно подключены фазовращатель 17 на 90° , третий перемножитель 20, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя 17 на 90° , и четвертый перемножитель 21, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 20, а выход подключен к второму входу сумматора 24. Второй вход вычитателя 23 через масштабирующий перемножитель 22 соединен с выходами первого 18 и третьего 20 перемножителей. Второй вход приемного блока 2 соединен с выходом блока 16 питания.

Способ основан на способности биологических объектов, в том числе их останков, независимо от времени их образования интенсивно искажать фазовые характеристики фонового электромагнитного поля, имеющего характер шума с распределенным непрерывным спектром в диапазоне сверхдлинных радиоволн на определенных фиксированных частотах. Эти искажения превышают, как правило, на несколько порядков искажения поля от неоднородностей грунта, связанных с нахождением в нем объектов неживой природы, что позволяет достаточно легко отдифференцировать их друг от друга по уровню вносимых ими фазовых искажений. Способ основан также на определении фазовых характеристик при гармоническом покомпонентном анализе шумового сигнала фонового электромагнитного поля как источника полезного сигнала непосредственно над поверхностью засыпанного участка в местах предположительного нахождения объектов поиска. Это обеспечивает высокую помехозащищенность способа, недостижимую любыми другими известными из литературных источников способами, основанными, как правило, на амплитудных, а не на фазовых измерениях, что позволило в свою очередь в значительной мере увеличить общее усиление и повысить чувствительность до предела, при котором без труда обнаруживаются различия в характеристиках полевого фона вблизи объектов живого и неживого происхождения.

Высокой помехозащищенности способа способствует также тот факт, что прием шумовых сигналов осуществляют по их электрической, а не магнитной компоненте за счет предложенных операций способа.

Пассивный характер способа, отсутствие необходимости предварительного размещения какого-либо оборудования на объектах поиска, а также возможность достаточно четкого различения искажений поля, вызванных объектами живой природы, от других неоднородностей грунта обеспечивает значительное расширение функциональных возможностей, так как позволяет осуществлять поиск биообъектов, засыпанных неожиданным непроизвольным образом на больших поверхностях не только в снежных лавинах, но и в горных обвалах, в районах землетрясений и т.д.

Кроме того, дополнительно введение операции позволяют находить местоположение останков биообъектов, засыпанных со сроками давности год и более, что не позволяет производить ни один из известных способов.

Способ обеспечивает повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 между принимаемым гармоническим колебанием и опорным сигналом за счет “усиления” фазового сдвига способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 в четыре раза в соответствии с выражением

cos4 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 -6cos2способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 · sin2способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 +sin4способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 =cos4способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 .

Способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков осуществляют следующим образом.

Перемещаясь по поверхности засыпанного участка на лыжах в случае нахождения объектов поиска под снегом, пешком или на транспортном средстве, в случае нахождения объектов поиска под обломками зданий, горными обвалами и т.д. или же в непосредственной близости над поверхностью засыпанного участка (на вертолете, воздушном шаре и т.д.), перемещают параллельно поверхности засыпанного участка приемную антенну на высоте 1,5... 2 м так, чтобы относительно земли она двигалась с постоянной скоростью. Непрерывно в процессе перемещения антенны принимают в качестве полезного сигнала электрическую компоненту радиошумов сверхдлинного диапазона с равномерным спектром за счет того, что используют электрически малую антенну, частоты резонанса которой несравненно выше верхней границы рабочего диапазона частот. В связи с этим резонансного усиления на какой-либо частоте не происходит и прием осуществляют с равномерной амплитудно-частотной характеристикой во всем диапазоне рабочих частот.

Принятый шумовой сигнал фильтруют так, чтобы выделить его гармоническую составляющую на фиксированной частоте, при этом амплитуда гармонической составляющей не имеет значения, в связи с чем можно применить усиление этого сигнала вплоть до насыщения усилительного устройства, поскольку в качестве информативной используется лишь фаза гармонической составляющей. Практически фазочастотный анализ принимаемого сигнала производят в одной точке на фиксированной частоте в процессе всей процедуры поиска. Конкретное значение этой частоты определяется экспериментально по максимуму вносимых биообъектами фазовых сдвигов в гармоническую составляющую принимаемого шумового сигнала.

Перед началом перемещения антенны располагают ее плоскость параллельно поверхности засыпанного участка на рабочей высоте и производят статическую компенсацию помехового фона. Это осуществляют выравниванием величины фазового сдвига выделенной гармонической составляющей за счет того, что подстраивают величину эталонной фазы под фазу принимаемого сигнала так, чтобы разностный фазовый сдвиг равнялся нулю.

После этого производят динамическую компенсацию помехового фона, который вызывается встречающимися на пути перемещения антенны неоднородностями насыпанного грунта. Для этого перемещают антенну параллельно поверхности засыпанного участка типовой структуры слоя насыпи, заведомо не содержащего биообъектов, и устанавливают величину порога для разности фаз принимаемого и эталонного сигналов, превышают отклонение фазы принимаемого сигнала от установленной при статической компенсации фазы эталонного сигнала, чтобы ни одна неоднородность небиологической природы не воспринималась при поиске как помеха. Далее производят рабочее перемещение антенны в направлении поиска по всей засыпанной территории в местах предположительного нахождения биообъектов. Непрерывно в процессе перемещения антенны интегрируют результат сравнения сигнала разности фаз принятого и эталонного сигналов с величиной порога. В отсутствии биообъектов или их останков в грунте под текущим местом нахождения антенны результат интегрирования равен нулю, поскольку благодаря проведенной динамической компенсации помехового фона величина разности фаз не превышает величину порога. Периодически устанавливают нулевые начальные условия интегрирования во избежание накопления аппаратурного дрейфа нуля.

При прохождении антенны над биообъектом или его останками, находящимися под слоем грунта, в том числе снега, появляется значительное отличие фазового сдвига принимаемой гармонической составляющей радиошума от установленной величины, которое превышает установленную пороговую величину. Отмеченное отличие увеличивается за счет “усиления” разности фаз в четыре раза. Такое превышение четко наблюдается всякий раз при нахождении объектов поиска на глубине до 5 м и более. В результате этого появляется сигнал интеграла разности фаз, который продолжает изменяться вплоть до насыщения интегрирующего устройства, что легко фиксируют известными индикаторными устройствами.

В случае появления и стойкого изменения сигнала интеграла разности фаз, возвращают антенну назад в положение до появления этого сигнала, устанавливают нулевые начальные условия интегрирования, отступают от траектории движения в перпендикулярном направлении и вновь начинают перемещать антенну в направлении к биообъекту, до нового появления скачка разности фаз. Повторяя эти операции многократно, фиксируют контур биообъекта при необходимости, при этом следующее новое перемещение антенны в сторону биообъекта производят в направлении, ортогональном к его контуру или близком к нему (фиг.2).

Устройство для обнаружения местоположения засыпанных биообъектов или их останков работает следующим образом.

Сигнал радиошума, сверхдлинноволнового диапазона естественного электромагнитного поля Земли, наводимый на антенне 1, которая в рабочем положении, параллельном поверхности засыпанного участка, находится на высоте 1,5... 2 м над насыпью и образует с землей (или снегом) электроемкость, поступает на вход приемного блока 2, которым является вход предварительного усилителя 3, согласованный по входному сопротивлению с антенной 1 и представляющий собой усилитель заряда. Напряжение с выхода предварительного усилителя 3, пропорциональное радиошумовым флюктуациям заряда антенной емкости, поступает на импульсный фильтр 4, который производит выделение одной гармонической составляющей шумового сигнала на фиксированной частоте в пределах диапазона сверхдлинных радиоволн. Величина этой частоты задается с выхода генератора 5 опорного сигнала и может изменяться ступенчато.

Сигнал гармонической составляющей с выхода импульсного фильтра 4 поступает на вход усилителя 6 переменного тока с большим коэффициентом усиления, в котором происходит усиление сигнала гармонической составляющей до насыщения усилителя 6. В результате этого на его выходе образуются прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, частота и фаза которых равны частоте и фазе сигнала выделенной гармонической составляющей радиошума.

Этот сигнал прямоугольной формы поступает на вход фазового детектора 7, на другой вход которого поступает сигнал с выхода генератора 5 опорных сигналов. На выходе фазового детектора 7 формируются прямоугольные импульсы, площадь которых пропорциональна разности фаз сигналов с выхода усилителя 6 и опорного генератора 5. Из выходной импульсной последовательности с выхода фазового детектора 7 выделяется среднее значение фильтром 8 нижних частот, напряжение на выходе которого пропорционально величине разности фаз способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733 способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Это напряжение поступает на два входа перемножителя 18, на выходе которого образуется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

которое поступает на два входа перемножителя 19. На выходе последнего образуется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Одновременно напряжение uc(t) с выхода фильтра 8 нижних частот поступает на вход фазовращателя 17 на 90° , на выходе которого формируется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Это напряжение подается на два входа перемножителя 20, на выходе которого образуется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Это напряжение поступает на два входа перемножителя 21, на выходе которого формируется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Напряжение u1(t) и u4(t) с выходов перемножителей 18 и 20 поступают на два входа масштабирующего перемножителя 22, масштабирующий коэффициент которого выбирается равным 6 (Км=6). На выходе масштабирующего перемножителя 22 формируется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Напряжения u2(t) и u6(t) с выходов перемножителей 19 и 22 соответственно поступают на два входа вычитателя 23, на выходе которого формируется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Напряжения u6(t) и u7(t) с выходов перемножителей 21 и вычитателя 23 соответственно поступают на два входа сумматора 24, на выходе которого формируется напряжение

способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или   их останков и устройство для его осуществления, патент № 2245733

Это напряжение усиливается усилителем 9 постоянного тока (УПТ), на второй инвертирующий вход которого поступает регулируемое по величине постоянное напряжение с выхода блока 10 компенсации. Это напряжение вычитается из напряжения u8(t) и результирующий сигнал поступает на пороговый блок 11. Величина порога устанавливается напряжением с выхода блока 12 регулирования порога.

Если величина сигнала с выхода УПТ 9 не превышает величины порога, установленного с блока 12 в элементе 11, то сигнал на выходе элемента 11 равен нулю. При превышении напряжением с выхода УПТ 9 величины порога элемента 11 происходит его передача на выход элемента 11 с линейным постоянным коэффициентом усиления. Сигнал с выхода порогового элемента 11 поступает на вход интегратора 13, осуществляющего его интегрирование, далее результирующий сигнал поступает на вход индикаторного элемента 14 и отображается. Сброс интегратора 13 осуществляется нажатием кнопки сброса 15.

При статической компенсации помехового фона при неподвижной антенне 1 в общем случае всегда существует некоторый фазовый сдвиг между выделенной и усиленной гармонической составляющей радиошума с выхода усилителя 6 и сигналом опорного генератора 5, следовательно, сигналы на выходе сумматора 24 и УПТ 9 не равны нулю. Чтобы произвести компенсацию устанавливают в блоке 12 регулирования порога такое напряжение на его выходе, чтобы порог элемента 11 был равен нулю. Затем устанавливают величину напряжения с выхода блока 10 компенсации такую, чтобы напряжение на выходе УПТ 9 было равно нулю при данном положении антенны 1. Контроль производят по индикатору 14, показывающему в этом случае интеграл разностного сигнала с выхода УПТ 9, периодически устанавливая в нуль интегратор 13.

При динамической компенсации помехового фона при передвижении антенны 1 над участком засыпанной территории, заведомо не содержащей биообъектов, неоднородности грунта, над которым перемещают антенну 1, вызывают отклонение фазы гармонической составляющей принимаемого сигнала радиошумов на выходе усилителя 6 от опорного сигнала с выхода генератора 5, в результате чего на выходе фазового детектора 7 наблюдаются импульсы, а на выходе сумматора 24 и УПТ 9 - ненулевое напряжение. Перемещая антенну 1, увеличивают напряжение, поступающее с блока 12 регулирования порога, вызывающее увеличение порога элемента 11 так, чтобы ни одна неоднородность участка, не содержащего биообъектов, не создавала разности фаз, превышающей величину порога, и сигнал на выходе элемента 11 оставался нулевым. При этом необходимо, чтобы величина порога элемента 11 незначительно превышала максимальную величину разности фаз, получаемую от неоднородности на данном участке, чтобы не загрубить неоправданно высокую чувствительность устройства. Контроль также производят по индикатору 14, периодически обнуляя интегратор 13 с помощью кнопки 15 сброса, добиваясь стабильного нулевого показания индикатора 14 при любых перемещениях антенны 1 над участком, не содержащим биообъектов.

При рабочем перемещении антенны 1 в случае прохождения ее над скрытым в грунте биообъектом или его останками, в принимаемом сигнале радиошумов появляется фазовый сдвиг гармонической составляющей с выхода усилителя 6, значительно отличающийся от фазы опорного сигнала с генератора 5.

При этом создается такая разность фаз, что напряжение на выходе сумматора 24 и соответственно пропорциональное ему напряжение на выходе УПТ 9 превышает установленную при динамической компенсации помехового фона величину порога элемента 11. На выходе последнего появляется напряжение, при этом индикатор 13 интегрирует его и на выходе интегратора 13 наблюдается изменяющееся напряжение, которое продолжает изменяться при стабильном сохранении фазового сдвига. Это приводит к появлению и изменению напряжения на выходе интегратора 13 вплоть до входа его в насыщение даже при незначительных сколь угодно малых, но стабильных превышениях сигналом с выхода УПТ 9 величины порога элемента 11. Это в совокупности с возможностью обеспечения очень больших значений общего коэффициента усиления всего тракта и усилением разности фаз в четыре раза позволяет в значительной степени повысить чувствительность устройства.

Скорость изменения сигнала с выхода интегратора 13 при одинаковом составе объектов поиска характеризует глубину их залегания, которая может оцениваться качественно (типа близко к поверхности “глубоко” и т.д.).

В случае обозначения контура биообъекта после возвращения антенны 1 назад при выходе из контура биообъекта напряжение на выходе интегратора 13 перестает изменяться и стабилизируется на уровне, который был достигнут к моменту вывода антенны 1 за пределы контура биообъекта (запоминание). После этого интегратор 13 обнуляют нажатием кнопки 15 и производят следующую проходку по направлению к биообъекту до новой фиксации его контура согласно способу и т.д.

Известный способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков обеспечивает:

- поиск объектов при любых видах завалов - снежных, песчаных, горных, при землетрясениях, разрушениях и обвалах построек и т.д., в том числе происшедших неожиданным и непрогнозируемым образом;

- малую зависимость от количества и характера неоднородностей в засыпанном грунте, поскольку способ позволяет отстраиваться от помех подобного рода и проводить целенаправленную настройку на поиск биообъектов или их останков;

- широкие эксплуатационные возможности, удобство применения, поскольку не требует предварительного размещения на объектах поиска какого-либо оборудования;

- отсутствие зависимости от конечного времени работы автономных источников питания;

- высокую помехозащищенность и чувствительность за счет использования шума в качестве полезного сигнала, оценку его по электрической составляющей, применение фазовых изменений, являющихся сами по себе высокопомехозащищенными, а также за счет того, что функциональная развязка по операциям способа позволяет реализовать очень высокие значения коэффициентов усиления;

- значительную простоту осуществления, дистанционность и бесконтактность с грунтом при поиске, что в значительной мере сокращает время поиска по сравнению с другими известными способами, что является чрезвычайно важным при поиске живых людей, где счет времени идет на часы и минуты;

- возможность бесконтактного поиска останков биообъектов пассивным путем без использования внешних излучений спустя год и более после засыпания любым грунтом, что не позволяет ни один из известных способов;

- высокую точность обнаружения биообъектов и их останков, позволяющую производить определение контуров проекций объектов поиска на поверхности грунта.

Известное устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков обеспечивает:

- значительно более широкие функциональные возможности за счет использования дополнительных элементов, соединенных предложенным образом, позволяющих использовать устройство автономно независимо от характера биообъектов, их старения, а также независимо от типа, характера и происхождения насыпанного на них грунта;

- значительно лучшие эксплуатационные характеристики ввиду малых весогабаритных показателей, высокой степени автономности (возможно выполнение в виде ручного прибора), значительную простоту работы с предлагаемым устройством, не требующую какой-либо специальной квалификации;

- высокую помехозащищенность, благодаря чему не требуется экранирование, специальное заземление и т.д.;

- простоту конструкции, отсутствие дефицитных и дорогостоящих материалов и деталей, высокую степень технологичности, что обеспечивает низкую себестоимость устройства и хорошую воспроизводимость его в массовом масштабе.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями обеспечивают повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов между принимаемым гармоническим колебанием и опорным сигналом. Это достигается путем “усиления” фазового сдвига в четыре раза.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2245733

patent-2245733.pdf

Класс A63B29/00 Снаряжение для альпинизма

устройство для страховки скалолаза -  патент 2508927 (10.03.2014)
способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2482896 (27.05.2013)
спасательное средство -  патент 2429891 (27.09.2011)
тормозной механизм для каната и троса "антипаник" -  патент 2422175 (27.06.2011)
ледоруб как точка закрепления на снежном склоне -  патент 2396997 (20.08.2010)
альпинистские кошки с приспособлением для восхождения по ледовым маршрутам крутизной от 40 до 90° и движения по ледникам вниз по уклону с крутизной до 40° к горизонту -  патент 2392023 (20.06.2010)
ледобур землякова с аккумуляторным электроприводом -  патент 2354900 (10.05.2009)
страховочный карабин -  патент 2342179 (27.12.2008)
спасательное устройство для спуска людей -  патент 2342176 (27.12.2008)
закладной элемент альпинистский -  патент 2340377 (10.12.2008)

Класс A62B37/00 Способы и устройства для спасения жизни, не отнесенные к другим группам данного подкласса

летательный аппарат аварийно-спасательный -  патент 2337855 (10.11.2008)
манекен -  патент 2307689 (10.10.2007)
способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления -  патент 2306159 (20.09.2007)
индивидуальное спасательное средство конструкции буркова л.н. -  патент 2285553 (20.10.2006)
устройство и способ аварийной эвакуации с высотных сооружений (варианты) -  патент 2271238 (10.03.2006)
устройство для фиксации и удерживания обломков завала разрушенных крупнопанельных зданий -  патент 2258548 (20.08.2005)
аварийно-спасательное средство -  патент 2251439 (10.05.2005)
способ предупреждения повреждения оборудования и травматизма на стадионах -  патент 2231380 (27.06.2004)
способ обнаружения потерпевшего и точной доставки полезного груза для него при проведении поисково-спасательных операций -  патент 2223803 (20.02.2004)
способ биологической защиты -  патент 2208462 (20.07.2003)
Наверх