способ дистанционного обнаружения остановившихся объектов автотранспорта

Формула изобретения

Способ дистанционного обнаружения остановившихся объектов автотранспорта, заключающийся в поочередном измерении уровня отраженных от области наблюдения сигналов при отсутствии и при наличии остановившихся объектов и нахождении их разности, отличие которой от нулевого значения в интервале времени, большем необходимого для пересечения области наблюдения, определяет факт присутствия в ней объекта, отличающийся тем, что в качестве источника отраженного сигнала используют тепловое излучение неба, а прием отраженных сигналов осуществляют радиометрическим методом, причем отраженные сигналы принимают из двух областей различной площади на поверхности земли, границы которых образуют сечения поверхностью земли диаграмм направленности антенной системы принимающего устройства, одинаково ориентированных относительно области неба, являющейся источником сигнала, и совмещенных центрами, большая из которых представляет собой область контроля за стабильностью уровня сигнала, определяемой флуктуациями теплового излучения неба, а меньшая совпадает с областью наблюдения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дистанционным способам обнаружения остановившихся объектов автотранспорта. Эта проблема является весьма актуальной для обеспечения безопасности на железнодорожных переездах в случае аварийной остановки на них автотранспорта и, что особенно важно, на неконтролируемых персоналом переездах.

Известен способ обнаружения таких объектов с помощью активных радиолокационных станций [Радиолокационные системы: научно-технические достижения и проблемы развития техники миллиметрового диапазона радиоволн. Борзов А.Б., Быстров Р.П., Дмитриев В.Г. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2001, №5, 3-49].

Однако в случае медленно движущихся или неподвижных объектов с работающим двигателем возникают сложности в создании системы селекции движущихся целей, в частности, из-за модуляции переотраженного сигнала за счет механических колебаний деталей объектов.

Это наряду с существенной сложностью такого обнаружителя, содержащего приемную и передающую части, наличием излучения, являющегося источником помех и вредным фактором для людей, находящихся в зоне, контролируемой данным устройством, а также необходимостью оформления разрешения на использование радиочастотного ресурса, делает этот способ неприменимым для массового использования.

Задачей предлагаемого изобретения является реализация способа дистанционного обнаружения остановившихся объектов автотранспорта, лишенного указанных недостатков.

Заявленный технический результат достигается применением способа пассивной локации, реализуемого на основе радиометрического метода приема сигналов.

Для достижения этого результата в способе дистанционного обнаружения остановившихся объектов автотранспорта, заключающемся в поочередном измерении уровня отраженных от области наблюдения сигналов при отсутствии и при наличии остановившихся объектов и нахождении их разности, отличие которой от нулевого значения в интервале времени, большем необходимого для пересечения области наблюдения, определяет факт присутствия в ней объекта, в качестве источника отраженного сигнала используют тепловое излучение неба, а прием отраженных сигналов осуществляют радиометрическим методом, причем отраженные сигналы принимают из двух областей различной площади на поверхности земли, границы которых образуют сечения поверхностью земли диаграмм направленности антенной системы принимающего устройства, одинаково ориентированных относительно области неба, являющейся источником сигнала, и совмещенных центрами, большая из которых представляет собой область контроля за стабильностью уровня сигнала, определяемой флуктуациями теплового излучения неба, а меньшая совпадает с областью наблюдения.

Признаки, отличающие предлагаемый способ обнаружения от прототипа, - в качестве источника отраженного сигнала используют тепловое излучение неба, а прием отраженных сигналов осуществляют радиометрическим методом, причем отраженные сигналы принимают из двух областей различной площади на поверхности земли, границы которых образуют сечения поверхностью земли диаграмм направленности антенной системы принимающего устройства, одинаково ориентированных относительно области неба, являющейся источником сигнала, и совмещенных центрами, большая из которых представляет собой область контроля за стабильностью уровня сигнала, определяемой флуктуациями теплового излучения неба, а меньшая совпадает с областью наблюдения.

Предлагаемый способ является развитием способа пассивной локации и базируется на свойстве радиометрии регистрировать слабые электромагнитные излучения, в частности тепловое излучение объекта, на фоне собственных тепловых шумов приемного устройства и окружающей среды.

В отличие от радарного способа дистанционного зондирования и контроля радиометрия не нуждается в источнике зондирующего сигнала. При приеме фиксируют собственное излучение исследуемой области, а также тепловое излучение атмосферы, отраженное исследуемой средой, при этом их интенсивность сопоставима, поскольку оба имеют тепловую природу.

Поскольку радиометрическое принимающее устройство является прибором, фиксирующим радиотепловое излучение в области диаграммы направленности его антенн, то при определенных условиях появляется возможность определения наличия на диэлектрических подстилающих поверхностях (таких как асфальт, бетон, грунт) металлических объектов, в частности автотранспорта. Для этого необходимо производить наблюдение таким образом, чтобы плоские металлические части кузовов и кабин переотражали радиотепловое излучение неба из тех областей, где в микроволновом диапазоне длин волн яркостная температура атмосферы существенно отличается от яркостной температуры земной поверхности.

Как показано в [Справочник по радиолокации. /Под ред. М.Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том. 4. Радиолокационные станции и системы. /Под ред. М.М.Вейсбейна, М., Сов. радио, 1978], яркостная температура неба при наблюдении в так называемых «окнах прозрачности» атмосферы [Башаринов А.Е., Тучков Л.Т., Поляков В.М., Ананов Н.И. Измерение радиотепловых и плазменных излучений. /Под ред. А.Е.Башаринова, М.А.Колосова. - М., «Советское радио», 1968] изменяется от нескольких десятков градусов Кельвина в зените (конкретные значения определяются длиной волны электромагнитного излучения микроволнового диапазона) до значений, равных температуре окружающей среды при измерении ее в направлении горизонта [Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. М., "Сов. радио", 1976], причем наблюдается существенно нелинейная зависимость температуры от угла наблюдения. Исходя из этой зависимости и разумных условий эксплуатации, реальная ориентация антенн принимающего устройства должна быть в диапазоне углов (35-55)° относительно зенита.

При размерах антенны, обеспечивающей перекрытие диаграммой направленности области, представляющей интерес, в радиометрическом принимающем устройстве произойдет усреднение яркостной температуры, принятой от различных участков области, поэтому появление в области наблюдения постороннего объекта с тепловой температурой, отличающейся от температуры поверхности области, вызовет отклик в виде одиночного импульса, превышение которым порогового значения, определяемого вероятностью ложной тревоги, расценивается как сигнал, а длительность его будет пропорциональна времени нахождения объекта в области наблюдения.

Но для окончательного принятия решения о приеме полезного сигнала необходимо подтверждение стабильности интенсивности излучения неба, служащего первичным источником отраженных сигналов во время их приема.

Для этого осуществляется контроль за тепловым излучением неба по изменению уровня отраженного сигнала от области контроля, облучаемой из того же участка неба, что и область наблюдения, причем уровень принимаемого сигнала не должен зависеть от изменения температурной наземной обстановки.

В связи с этим область контроля должна иметь такую же ориентацию на земной поверхности, как и область наблюдения, а центры их должны быть совмещены. Границы областей образуются сечением диаграмм направленности антенн принимающего устройства поверхностью земли.

Размер области контроля определяется исходя из свойства радиометрического приема [А.Г.Николаев, С.В.Перцов. Радиотеплолокация. М., Военное издательство министерства обороны СССР, 1970., У. Рис. Основы дистанционного зондирования, пер. с английского М.Б.Кауфмана, А.А.Кузмичевой, Москва: Техносфера 2006], при котором величина полезного сигнала пропорциональна отношению площадей проекции искомого объекта (цели) на земную поверхность и сечения диаграмм направленности антенного устройства поверхностью земли, в пределах которого он находится.

Критерием выбора размера области контроля служит вероятность обнаружения цели при обнаружении объекта по сигналам, отраженным от данной области, при которой принимающее устройство становится нечувствительным к появлению в этой области типичных объектов автотранспорта.

Таким образом, возможна реализация способа дистанционного обнаружения остановившихся объектов автотранспорта на основе использования метода радиометрического приема.

На чертеже представлена структурная схема реализации заявляемого способа, где обозначено: 1 - тепловое излучение неба, 2 - поверхность области наблюдения, ограниченная диаграммой направленности антенны принимающего устройства, 3 - поверхность области контроля за стабильностью уровня теплового излучения неба, ограниченная диаграммой направленности антенны принимающего устройства, 4 - объект, 5 - антенная система принимающего устройства, 6 - принимающее радиометрическое устройство.

Дистанционное обнаружение остановившихся объектов автотранспорта производится следующим образом.

Тепловое излучение неба 1 падает на поверхности областей наблюдения 2, контроля 3 и автотранспортного объекта 4 в случае его нахождения в области наблюдения и отражается от них.

В отсутствие объекта 4 отраженные от поверхностей областей наблюдения 2 и контроля 3, ограниченных сечениями диаграмм направленности антенной системы принимающего устройства, излучения принимаются антенной системой 5, выделяются радиометрическим приемным устройством 6 и запоминаются в его памяти.

При появлении в области наблюдения 2 автотранспортного объекта 4 тепловое излучение неба 1, отраженное от его поверхностей, принимается антенной системой 5 и выделяется совместно с сигналом от поверхности области наблюдения 2, принимаемым одновременно с ним в приемнике 6. После чего полученный сигнал вычитается из хранящегося в памяти приемного устройства сигнала, полученного в ходе предыдущей операции. При этом одновременно принимается отраженный сигнал от зоны контроля 3 и сравнивается с сигналом от этой зоны, выделенным в предыдущей операции.

Отклонение разностного сигнала на величину, превышающую пороговое значение, определяемое вероятностью ложной тревоги, при сохранении неизменным уровня сигнала отраженного от области контроля, расценивается как сигнал, причем длительность его будет пропорциональна времени нахождения объекта в области наблюдения.

Если длительность отметки превышает время, необходимое для пересечения области наблюдения при скорости движения автотранспортного объекта не менее 5 км/час, то в принимающем устройстве формируется сигнал опасности, передаваемый абоненту данного датчика.

Указанный способ обнаружения автотранспорта был опробован с использованием радиометрического измерителя «Прибор КТС РМК-Н», работающего в диапазонах 33-35 ГГц и 11,7-12,7 ГГц.

Результаты испытаний показали следующие преимущества предлагаемого способа:

1) отсутствует источник зондирующего сигнала, что избавляет от необходимости получения разрешительных документов на право использования радиочастотного ресурса, а также полностью исключается вредное воздействия электромагнитного излучения на людей;

2) в отличие от оптических и инфракрасных камер наблюдения решение о наличии остановившегося автотранспортного объекта принимается по превышению некоторого порогового уровня выходным сигналом радиометрического принимающего устройства, то есть не требуется дополнительная обработка информации (наличие автоматической системы распознавания образов либо оператора);

3) способ, базирующийся на радиометрическом методе, является практически всепогодным, что делает его более предпочтительным по сравнению с системами оптического и инфракрасного диапазона, работоспособность которых зависит от уровня внешней освещенности и условий прозрачности атмосферы (наличие снега, тумана и дыма).