Щербаков Григорий Николаевич1, доктор технических наук, профессор
Анцелевич Михаил Александрович2, доктор технических наук, профессор
Верёвкин Александр Сергеевич1, кандидат технических наук
Рычков Андрей Владимирович1, кандидат технических наук
1ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», г.Москва
2НТК «Ротек-Элпром», г.Москва
Использование многочастотного метода нелинейной радиолокации для обнаружения осколочных мин и взрывных устройств
Источник: журнал «Специальная Техника»
В статье рассмотрена возможность использования двухчастотного метода нелинейной радиолокации для обнаружения осколочных взрывных устройств, скрыто носимых на теле человека («поясов шахида»).
В настоящее время в связи с напряжённой международной обстановкой возрастает вероятность использования террора радикально настроенными группами для достижения политических целей.
Известны различные формы и методы террора, например, взрывы различных объектов и групп лиц, индивидуальный террор или политические убийства, политические похищения, захват учреждений, самолётов, кораблей или других транспортных средств, сопровождающийся захватом заложников, и другие.
Одним из наиболее опасных и простых в осуществлении является так называемый взрывной терроризм. Взрыв государственных объектов, жилых домов с целью их разрушения в последнее время применяется гораздо реже чем, например, в 90-х годах 20 века (Волгодонск, Москва). Это связано с высоким развитием систем безопасности стационарных объектов - трудно заложить крупный заряд взрывчатого вещества в здание, не привлекая внимание. Поэтому наибольшее распространение получили взрывы автомобилей и, особенно, суицидальные террористические атаки.
Всю опасность данного явления хорошо иллюстрирует следующий факт. Согласно данным спецслужб, акции «живых бомб» в конце 1990-х - начале 2000-х годов составили 3% всех терактов, которые были совершены в мире, однако именно на эти 3% пришлось 48% жертв [1].
Действия смертника технологически, как правило, примитивны. Компоненты, которые нужны для изготовления и приведения в действие взрывного механизма, малозатратны и достаточно легкодоступны. Более того, маловероятен шанс предотвратить атаку смертника и избежать самоподрыва. Причина в том, что шахид становится источником опасности тогда, когда он уже на пути к своей цели. Даже если удастся вычислить «живую бомбу», она может взорвать себя, не достигнув намеченной мишени, но среди людей. В связи с этим основная задача обеспечения безопасности состоит в том, чтобы предотвратить жертвы на стадии подготовки теракта.
В качестве взрывного устройства смертники используют чаще всего скрыто носимые на теле осколочные взрывные устройства - «пояс шахида». В общем виде он представляет собой заряд взрывчатого вещества, взрыватель и, как правило, готовые металлические осколки (нарезанные гвозди, шурупы, шарики от подшипников). Террористами используются именно металлические поражающие элементы, так как они обладают большей поражающей силой, чем керамика или пластики. Несколько примеров внешнего вида «пояса шахида» показаны на рис. 1.
Обнаружить такие взрывные устройства можно, используя металлодетекторы как стационарные (рамочные), так и переносные (например, СФИНКС). Однако подобные средства обнаружения являются квазиконтактными - они обнаруживаются на расстоянии 0,1-1 м.
В настоящее время на рынке средств обнаружения не представлено средств дистанционного (десятки метров) обнаружения данного типа взрывных устройств. Обнаруживать же такие взрывные устройства необходимо именно дистанционно, скрытно от террориста, так как при опасности быть выявленным смертник произведёт самоподрыв.
Существуют различные искатели, использующие метод нелинейной радиолокации (например, в рамках программы METTTRA). При облучении осколочного взрывного устройства из-за наличия нелинейной электрической проводимости у металлических контактов в спектре отражённого сигнала появляется 3-ая гармоника, фиксируемая приёмником.
Недостаток данного метода - низкая эффективность обнаружения из-за малого уровня сигнала на 3-й гармонике и наличие собственных гармоник СВЧ-передатчика, что снижает дальность обнаружения.
Авторами впервые предлагается новый способ обнаружения скрыто носимых на теле человека осколочных взрывных устройств, основанный на том, что облучение производят двумя близкими, но не равными частотами и регистрируют одну из комбинационных частот третьего порядка, значение которой меньше значения двух частот излучаемых сигналов [2].
Рис.1. «Пояс шахида».
Рис. 2. Качественные зависимости величины линейной эффективной площади рассеяния (1)
и потерь в металлическом контакте (2) от частоты.
Наиболее оптимальными волнами в данном случае являются дециметровые, так как они находятся в диапазоне резонансного рассеяния взрывного устройства. При увеличении частоты зондирующего сигнала происходит уменьшение нелинейных свойств металлических контактов, но одновременно с этим отражательные свойства всего тела, в котором имеются контакты, увеличиваются (рис. 2). Использование высоких частот также значительно затруднит обнаружение осколочных взрывных устройств, находящихся под одеждой (особенно влажной).
Бытовая электроника, такая как мобильные телефоны, различные проигрыватели, часы и т. д., тоже имеет достаточно высокие отражательные свойства на комбинационных частотах. Однако линейные размеры бытовой электроники (единицы сантиметров), как правило, меньше типовых осколочных устройств (десятки сантиметров). Качественно эти свойства отображены на рис. 3.
При использовании одночастотного метода нелинейной радиолокации сигнал от бытовой электроники будет сопоставим с полезным сигналом от осколочных взрывных устройств, что приведёт к ложным срабатываниям.
Рис. 3. Нелинейные отражательные свойства осколочных взрывных устройств
(объектов поиска) и бытовой электроники (помеховых предметов):
1 - нелинейная ЭПР осколочных взрывных устройств;
3 - оптимальный диапазон частот.
Авторами была произведена серия экспериментальных исследований для подтверждения теоретических предпосылок. Схема установки для проведения экспериментальной проверки предлагаемого способа представлена на рис. 4.
Для проведения экспериментов применялись два СВЧ-генератора, набор СВЧ- антенн с круговой поляризацией, полноразмерные макеты объектов поиска («пояса шахида»), по-меховые предметы.
В ходе проведения экспериментальных исследований частота f1 выбиралась в СВЧ диапазоне близкой к f2, разнос частоты составлял не более 10%. Плотности потока мощности f1 и f2 выбирались соизмеримыми по величине и составляли десятые доли Вт/м2. Приёмник 1 настраивался на комбинационную частоту первого порядка f1+ f2, а приёмник 2 на комбинационную частоту третьего порядка 2f1- f2. При этом мощность отражённого сигнала от объектов поиска («пояса шахида») на комбинационной частоте 3-го порядка составляла порядка 1-4x10-5 Вт, а мощность отражённого сигнала от разрешённой к проносу электроники составляла величины порядка 1-5x10-9 Вт, что более чем в тысячу раз меньше, даже при нахождении электроники вблизи антенн. Мощность отражённого сигнала на комбинационной частоте второго порядка от разрешённой к проносу бытовой электроники, наоборот, намного больше, чем от объектов поиска, даже находящихся достаточно близко от антенн. Использование именно этого явления позволит отличать «пояс шахида» от находящейся близко к антеннам электроники.
Дополнительно авторы предлагают способ повышения дальности и точности обнаружения осколочных взрывных устройств, переносимых на теле. Основу этого способа составляют три демаскирующих признака, присущих группе контактирующих металлических элементов:
- наличие модулированного по амплитуде фликкер-шума (модуляция обуславливается периодическими микровстрясываниями при ходьбе человека);
- низкочастотная шумовая модуляция отражённого сигнала, возникающая вследствие плазменного пробоя в тонких оксидных плёнках при облучении их СВЧ электромагнитным полем;
- значительно больший уровень амплитуды комбинационной частоты третьего порядка по сравнению с амплитудой комбинационной частоты второго порядка.
Использование всех трёх демаскирующих признаков позволит с высокой долей вероятности обнаруживать осколочные взрывные устройства и, что особенно важно при использовании в местах большого скопления людей, селектировать полезный сигнал на фоне помеховых отражённых сигналов от бытовой электроники, разрешённой к проносу на массовые мероприятия.
Новизна технических решений, предлагаемых авторами, защищена патентами на изобретения.
Варианты исполнения прибора, основанного на многочастотном методе нелинейной радиолокации, могут быть различными - от переносного варианта до стационарного замаскированного под информационные стенды и т.п. Предварительные расчёты необходимой мощности излучения показывают, что при большой скважности средняя мощность излучения прибора будет много меньше допустимой нормы.
С учётом теоретических положений [3] дальность обнаружения осколочных взрывных устройств, скрыто носимых на теле человека, составит примерно 10 м.
Использование предлагаемого авторами метода позволит значительно повысить безопасность массовых мероприятий, транспортных узлов и различных опасных с точки зрения терроризма объектов.
Рис. 4. Схема экспериментальной установки.
Литература
- Трошев Г. Моя война. Чеченский дневник окопного генерала. -М.: Вагриус, 2002. - 384 с.
- Щербаков Г.Н. Применение нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения малоразмерных объектов // Специальная техника. - 1999. - № 1. - С. 34-39.
- Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А. Новые методы обнаружения скрытых объектов. - М.: ООО «Эльф ИПР», 2011. - 504 с.
Статья опубликована на сайте: 06.04.2015