Документ предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
ОКБ АСТРОН
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
|
(19)
|
RU
|
(11)
|
2162235
|
(13)
|
C2
|
|
(51) МПК 7 G01S13/56
|
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 07.05.2013 - прекратил действие
Пошлина: учтена за 13 год с 21.01.2007 по 20.01.2008
|
|
(21), (22) Заявка: 96116326/09, 20.01.1995
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
20.01.1995
(45) Опубликовано: 20.01.2001
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2000080 C, 07.09.1993. US 4958638, 25.09.1990. US 3796208, 12.03.1974. EP 075199 A1, 30.03.1983. US 4559499, 17.12.1985. US 4965536, 28.10.1990. US 3780725, 25.12.1973.
(85) Дата перевода заявки PCT на национальную фазу:
20.08.1996
(86) Заявка PCT:
DE 95/00062 (20.01.1995)
(87) Публикация PCT:
WO 95/20170 (27.07.1995)
|
|
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
(57) Реферат:
Предложены способ и устройство для обнаружения живых организмов, в частности для обнаружения живых человеческих организмов, с помощью электромагнитных сигналов и приемника электромагнитных сигналов. Обнаружение жизненных функций позволяет находить погребенных заживо людей и отличать живых людей от трупов, обеспечивая тем самым экономию времени. Изобретение также подходит для контролирования зданий или для определения жизненных функций пациента. Приемник (3) электромагнитных сигналов имеет устройство для извлечения частотных составляющих, характерных для живых организмов, из электромагнитных сигналов. Технический результат - повышение эффективности определения местоположения живых организмов. 2 с. и 22 з.п.ф-лы, 17 ил.
Документ предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
Изобретение относится к устройству согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и способу согласно ограничительной части пункта 15 формулы изобретения, а также к применению данного способа и/или устройства.
Под обнаружением живых организмов, в частности живых человеческих организмов, в данном описании подразумевается обнаружение присутствия организмов с признаками жизни. Такое обнаружение имеет большое значение, например, при поиске людей, погребенных заживо в результате природных катастроф или аварий, если отсутствует визуальный или звуковой контакт с погребенными людьми. Поскольку период выживания ограничен, большое значение имеет незамедлительное определение присутствия заживо погребенных людей и спасение этих людей после определения их местоположения.
Ранее использовавшиеся способы и устройства для обнаружения или определения местоположения людей, погребенных заживо, фактически не позволяют отличать живых от мертвых среди погребенных заживо людей.
Использование поисковых собак возможно только в ограниченной степени с точки зрения времени, так как опыт показал, что животное, работающее с высокой степенью концентрации, через два-три часа требует продолжительного отдыха для восстановления сил, что приводит к приостановке поисков. Кроме того, поскольку для животных главное значение имеет обоняние, они не способны отыскивать только еще живых людей, и поэтому драгоценное время теряется на спасение мертвых и не остается времени на спасение тех, кто еще жив.
Применение прослушивающих аппаратов для улавливания признаков жизни или стука не имеет смысла, если люди находятся в бессознательном состоянии. Кроме того, безошибочное определение местоположения часто невозможно из-за отражения звука в развалинах.
Известно также, для обеспечения более эффективного определения местоположения после сходов лавин используют портативные передающие устройства, которые позволяют определять местоположение заживо погребенного человека на основе испускаемого электромагнитного излучения. Однако устройства такого типа не позволяют судить о жизненных функциях их носителей и, как правило, отсутствуют в случае аварий и если люди были погребены заживо в результате природных катастроф.
Поэтому существует необходимость в усовершенствованном оборудовании и способах обнаружения живых организмов, в частности живых людей, для обеспечения возможности более быстрых действий и более целенаправленного квалифицированного поиска все еще живых людей.
В основу изобретения положена задача создания устройства согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и способа согласно ограничительной части пункта 15, которые были бы лишены описанных выше недостатков, обеспечивая улучшенные возможности спасения.
Эта задача решается с помощью устройства, имеющего признаки, заявленные в пункте 1, и способа, признаки которого заявлены в пункте 15.
Дополнительные предпочтительные варианты осуществления и применения способа и устройства заявлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Авторами изобретения было установлено, что живые организмы и, следовательно, живые человеческие организмы, как правило, оказывают неожиданное воздействие на высокочастотные электромагнитные сигналы даже на относительно большом расстоянии за счет сердцебиения, а также дыхательной активности. Поскольку сердцебиение и в большинстве случаев дыхательная активность имеют место и у людей в бессознательном состоянии, эти функции можно считать признаком наличия жизни для целей настоящего изобретения.
Документ предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
Поскольку эти жизненные функции, как правило, проявляют себя в пределах известных диапазонов частот, которые для частоты сердцебиения человека составляют 0,5-3,4 Гц, нормально 1-2 Гц, а для частоты дыхания 0,1-1,5 Гц, это определяет характерные диапазоны частот, которые четко отличаются от диапазонов частот других живых существ, например поисковых собак, которых часто используют на месте поиска.
В любом случае диапазон частот от 0,01 до 10 Гц включает все частоты, представляющие интерес с точки зрения жизненных функций организма.
Было установлено, что живые человеческие тела, через которые проходит электромагнитное излучение, накладывают на это излучение обнаружимый фазомодулирующий эффект на указанных выше частотах. В случае одночастотного излучения это приводит к возникновению боковых полос электромагнитного сигнала несущей, которые по существу смещены на вышеуказанные частоты относительно основной излучаемой частоты.
Неожиданным оказалось то, что даже без излучения передаваемой мощности одним только приемным устройством вместе с устройством для получения частотных составляющих, характерных для живого человеческого организма, можно получить желательный эффект идентификации.
Это значит, что уже присутствие живого организма, по меньшей мере, вблизи приемного устройства всегда приводит к обнаружимым составляющим сигнала в указанных диапазонах частот, исключая необходимость в сквозном облучении сигналом несущей.
Кроме того, на основе принятых и обработанных сигналов можно получить информацию о количестве обнаруженных людей. При этом используется принцип биологического разнообразия и специфичности, исходя из которого картины частот сердцебиения и дыхания разных людей различны. Однако при числе людей более четырех точное определение становится невозможным из-за наложения соответствующих частот. Начиная с этого числа можно только констатировать, что обнаруживаются, по меньшей мере, четыре человека.
С помощью приемного устройства для электромагнитных сигналов и устройства для получения частотных составляющих, характерных для живых организмов, без дополнительного излучения сигналов удалось достоверно обнаруживать живые организмы на расстоянии до 3 м или на дальности приблизительно одного этажа здания.
В простейшем примере осуществления изобретения достаточным является использование описанного ниже прямого демодулятора, выполненного в форме диодного прямого приемника, обеспечивающего прием частотных составляющих, характерных для живых организмов.
Позже стали дополнительно использовать передатчики для облучения зоны обнаружения и принимать отраженное, прошедшее или рассеянное излучение, анализ которого на наличие вышеуказанных частотных составляющих свидетельствует о присутствии живых организмов.
Чтобы обеспечить возможность приема электромагнитного излучения даже через плотные развалины и даже на некотором расстоянии, использовали частоты электромагнитного излучения от нескольких сотен МГц до приблизительно 10 ГГц, которые обеспечивали большую глубину проникновения.
Такое излучение испытывало фазовую модуляцию, которая добавляла боковые полосы, смещенные на несколько Герц, к сигналу высокочастотной несущей. При обычных процедурах приема обнаружение полос частот, расположенных так близко друг к другу, потребовало бы применения генераторов с кратковременной нестабильностью ниже 10-12, что до настоящего времени считалось недостижимым при разумных затратах. Эта проблема обостряется еще больше из-за низких уровней мощности принимаемых сигналов.
Документ предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
Ниже описываются некоторые преимущества вариантов осуществления изобретения, охарактеризованных в зависимых пунктах формулы изобретения.
Переход от обнаружения к определению местоположения возможен за счет использования приемной антенны с определенной характеристикой направленности, которая для оптимального согласования с зоной пространственного поиска имеет минимально возможные боковые лепестки, большой основной лепесток и минимально возможный задний лепесток.
Применение известных фазовых модуляторов на первый взгляд кажется очевидным. Известны способы гомодинного приема (на нулевых биениях), гетеродинного приема и фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и возбуждения локального колебательного контура. Было обнаружено, что ни один из перечисленных способов не способен обеспечить требуемые результаты достаточно экономично для портативного применения и по доступной цене для стационарного применения. Только использование прямого демодулятора, обеспечивающего прямое отделение частоты модуляции от модулированной частоты, дало желаемые результаты. Однако нужно исходить из того, что при соответствующих расходах на аппаратные средства и усовершенствованных конфигурациях схем упомянутые выше способы можно использовать в соответствии с данным изобретением.
При использовании элемента с нелинейной характеристикой зависимости тока от напряжения в качестве частотно-селективного элемента можно обеспечить демодуляцию частотных составляющих, представляющих интерес. Диод, биполярный или полевой транзистор могут быть успешно применены в качестве элемента с нелинейной характеристикой.
Эти элементы достаточно экономичны и некритичны к их применению. Оптимальный рабочий диапазон этих элементов, составляющий приблизительно от 100 кГц до 200 МГц, можно использовать при более высоких частотах приема, если перед демодулятором включить средство преобразования частоты. Хотя такое средство преобразования частоты дополнительно вносит в сигнал допустимые искажения во временном диапазоне, тем не менее оно накладывает лишь незначительный дополнительный шум.
С помощью передающего устройства, обеспечивающего передачу электромагнитного сигнала несущей с установленной частотой, можно поднять уровень принимаемого сигнала; однако наибольшее внимание следует уделять стабильности несущей частоты, чтобы исключить нежелательные модуляционные эффекты в интересующем диапазоне частот. Простая аналоговая передающая схема с кварцевой стабилизацией с высокодобротным колебательным контуром оказалась подходящим генератором по истечении соответствующего времени установления.
При использовании передающей антенны с установленной характеристикой направленности совместно с приемной антенной реализуется перекрестный пеленг и определение местоположения возможно не только в одном направлении открытого пространства, но и в определенных трехмерных зонах пространства.
Такое определение местоположения можно успешно осуществлять в однородных развалинах или в свободном пространстве. Предложенные способ и устройство можно также использовать для контроля и/или охраны объектов. Конкретные варианты осуществления изобретения раскрывают как портативные, так и стационарные устройства контроля.
Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
Применение фильтра дискретизации аналогового сигнала вместо высокочастотных цифровых фильтров не внесло каких-либо негативных дополнительных частотных составляющих и значительно повысило качество полученного сигнала. Дополнительные нежелательные составляющие сигнала, например, такие как шум и наложенные помехи, были исключены за счет ограничения ширины полосы электромагнитного сигнала перед операцией дискретизации и перед аналого-цифровым преобразованием на высокие частоты.
Применение аналогового фильтра верхних частот для исключения низкочастотных составляющих в отношении частотно-зависимого НЧ шума передающего генератора и внутренних структурных узлов также имело большое значение.
Высокая эффективность функционирования предложенных устройства и способа позволяет использовать их в других областях.
Можно вести наблюдение за людьми с суицидальными стремлениями в психиатрических лечебницах или в местах заключения, исключая необходимость в постоянном наблюдении обслуживающим персоналом.
Патент предоставлен ОКБ АСТРОН г. Лыткарино, www.ASTROHN.ru
Изобретение подробно поясняется на конкретных примерах его осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг. 1 - схематичное представление основных узлов устройства, соответствующего изобретению в возможном варианте его осуществления;
фиг. 2 - схематичное представление упрощенного варианта осуществления устройства, соответствующего изобретению;
фиг. 3 - схематичное представление структуры цепи оценки;
фиг. 4 и 4a - блок-схема этапов обработки;
фиг. 5 и 6 - спектральные представления электромагнитных сигналов, обнаруженных с помощью устройства, соответствующего изобретению, с частотными составляющими, характерными для живых организмов;
фиг. 7 - диодный прямой приемник без преобразователя, подключаемого перед ним;
фиг. 8a - электрическая схема аналогового фильтра верхних частот и фильтра защиты от наложения спектров, выполненного в форме фильтра нижних частот;
фиг. 8b - электрическая схема симметрирования напряжения;
фиг. 9 - общий вид, относящийся к фиг. 11-14, на которых представлен второй вариант осуществления устройства, соответствующего изобретению, в форме переносного узла;
фиг. 10 - общий вид, относящийся к фиг. 15-17, на которых представлен третий вариант осуществления устройства, стационарно установленного в прямоугольном контейнере или чемодане;
фиг. 11 - вид сверху панели обслуживания для второго варианта осуществления устройства, соответствующего изобретению;
фиг. 12 - вид в сечении по линии A-A на фиг. 14;
фиг. 13 - вид в сечении по линии B-B- на фиг. 14;
фиг. 14 - вид в сечении по линии C-C на фиг. 12;
фиг. 15 - вид в сечении для третьего варианта осуществления устройства, соответствующего изобретению, по линии F-F на фиг. 16;
фиг. 16 - вид в сечении по линии D-D на фиг. 17;
фиг. 17 - вид в сечении по линии E-E на фиг. 16.
На фиг. 1 представлено устройство, содержащее передатчик 1 с передающей антенной 2, которая осуществляет передачу на фиксированной частоте предпочтительно в диапазоне от нескольких сотен МГц до приблизительно 10 ГГц.
Передающая антенна 2 предпочтительно имеет фиксированную характеристику направленности лепесткового типа. В зависимости от варианта осуществления изобретения передатчик 1 с антенной 2 могут быть выполнены в форме переносного узла или установлены стационарно. Приемное устройство 3, показанное в упрощенном виде на фиг. 2, содержит приемную антенну 4, связанную с прямым демодулятором 5, который из принятого электромагнитного сигнала демодулирует частотные составляющие, характерные для живых организмов. Такую демодуляцию выполняют в форме фазовой или частотной демодуляции, обеспечивающей получение необходимых частотных составляющих на выходе прямого демодулятора 5.
В примере выполнения прямого демодулятора, показанном на фиг. 7, может также содержаться мостовая выпрямительная схема известного типа, которая позволяет получить полезный сигнал с удвоенным или умноженным напряжением.
В следующем примере выполнения приемное устройство 3 содержит средство преобразования частоты 6, включенное перед демодулятором 5 и преобразующее сигналы, принятые в диапазоне выше 200 МГц и до Тгц, в диапазоны частот, в которых прямой демодулятор 5 имеет повышенные мощности приема. При использовании подходящих диодов, биполярного или полевого транзистора, оптимально подходящий рабочий диапазон, преобразованный с понижением, составляет приблизительно 100 кГц - 200 МГц.
На выходе прямого демодулятора подключено фильтрующее средство 7 для отфильтровывания нежелательных составляющих сигнала, которое ограничивает ширину полосы электромагнитного сигнала перед операцией дискретизации (перед операцией аналого-цифрового преобразования) в направлении верхних частот. Фильтрующее средство 7 также ограничивает ширину полосы в направлении нижних частот. Усилитель 8, подключенный после фильтра 7, усиливает напряжение или, в альтернативном исполнении, ток принятых сигналов и подает их на аналого-цифровой преобразователь 9 для дискретизации.
После аналого-цифрового преобразования частотные составляющие, характерные для живых организмов, обрабатывают вычислительным устройством 10 для спектрального анализа и представляют в спектральной форме. При этом интенсивность частотных составляющих, характерных для живых организмов, дает информацию о наличии жизненных функций у обнаруженных человеческих организмов.
При оценке сигналов во времени цифровой сигнал для удаления из него искажений подвергают свертке с инверсной передаточной функцией приемного устройства 3.
Поскольку надежное обнаружение такого сигнала чрезвычайно сложно, ниже описан прямой приемник с нелинейным элементом на основе диодного прямого приемника.
Патент предоставлен |
