кафедра радиофизики (приборы и устройства на основе радиоволновой томографии)

РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ
СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
кафедра радиофизики РФФ НИ ТГУ,
лаборатория «Методы, системы и технологии безопасности» СФТИ ТГУ
ООО «Радиовидение»
ООО «НПК ТАИР»
2
О разработке
• Разработана:
технология фокусировки
радиоизлучения в заданную точку
пространства
• Преимущества:
работа в режиме реального времени;
высокое разрешение радиотомограммы
• Результат:
серия прототипов устройств различного
назначения
• Назначение:
3D визуализация скрытых объектов
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
Применение
• Контроль качества автодорожного полотна:
Радиоволновой томограф дорожных покрытий «TerraZond»
Ультразвуковой измеритель профиля дорожного полотна «UltraScan»
• Безопасность:
TWR Радар для обнаружения людей за преградами «Radiodozor»
3D радиотомограф инженерных коммуникаций «3D RadioScan»
Малогабаритный многоканальный геолокатор «MiniGeoScan»
• Измерение параметров материалов:
Измерение электрофизических параметров плоских материалов «WaveCube»
• Малогабаритные СШП антенны и антенные решетки
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
3
4
Дорожный радиотомограф
Назначение:
неразрушающий контроль дорожного
полотна.
Преимущества:
ширина захвата до 2,4 метров;
работа на скорости до 80 км/ч;
Характеристики:
глубина зондирования до 2 метров;
разрешающая способность до 5 см;
антенная решетка 32 элемента
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
4
5
Ультразвуковой профилометр «UltraScan»
Назначение:
устройства для определения двумерного высотного
профиля дорожного покрытия путём бесконтактного
ультразвукового зондирования.
Преимущества:
• Разрешение 20 мм
• Точность определения высотного профиля до 4 мм
Характеристики:
• Скорость сканирования до 40 км/ч
4
• Ширина захвата не меньше 2500 мм
3
z, см
2
• Обработка сигналов в реальном времени
1
• Размеры устройства: не более 3000 x 400 x 300 мм
0
-1
-100
-50
0
x, см
50
100
• Масса не более 30 кг
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
5
6
Стеновизор «Радиодозор М»
www.3d-radiovision.com
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.1
0.2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
f, Гц
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
f, Гц
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
Назначение:
определяет местоположения движущихся
и неподвижных людей за преградами.
Преимущества:
• обнаружение движущихся людей
(фильтрация сигналов от неподвижных
целей);
• обнаружение неподвижных людей
(регистрация колебаний, характерных для
человеческого дыхания);
• изображение выводится на экран в
режиме реального времени;
• двумерная координатная сетка для
определение местоположения;
• визуализация траектории движения
объекта.
7
Стеновизор «Радиодозор М»
www.3d-radiovision.com
Модификации и характеристики:
«Радиодозор-2М»
«Радиодозор-4М» «Радиодозор-6М»
диапазон используемых частот
0.5–3 ГГц
0.5–3 ГГц
0.5–3 ГГц
дальность обнаружения (в
свободном пространстве)
20
30
40
Толщина кирпичной стены
0,4 м
0,5 м
0,6 м
разрешающая способность в
продольном направлении
0,1 м
0,1 м
0,1 м
разрешающая способность в
поперечном направлении на
дальности 5 м
1м
0.5 м
0.25 м
габаритные размеры (ширина,
глубина, высота)
0,3 м, 0,2 м, 0,15 м
0,5 м, 0,2 м, 0,15 м 0,9 м, 0,2 м, 0,15 м
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
8
Радиотомограф инженерных коммуникаций «3D RadioScan»
I
1
4
2
0.8
3
0.6
4
0.4
5
12
3
0.2
0
5
6
Назначение:
Обнаружение и визуализация в земле,
бетоне, кирпичной кладке скрытых
объектов: электрических и оптоволоконных
кабелей, пластиковых и металлических
труб, пустот, арматуры.
Преимущества:
мобильное исполнение;
высокая разрешающая способность.
Характеристики:
глубина зондирования до 1 метра;
разрешающая способность до 1 см;
рабочая область 0,7×0,7 м;
реализация на базе векторных
рефлектометров серии Caban R140 и R180.
6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
h, м
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
8
Малогабаритный многоканальный геолокатор «MiniGeoScan»
9
Назначение:
Обнаружение и визуализация в земле, бетоне, кирпичной
кладке скрытых металлических и диэлектрических объектов
Преимущества:
• мобильность и эргономичность конструкции;
• возможность сканирования как горизонтальные так и
вертикальные поверхности (пол, стены, потолок);
• сбор и обработка данных на встроенном в устройство
компьютере, визуализация на удаленном дисплее.
Характеристики:
• диапазон частот зондирующего сигнала: 1.5 – 8 ГГц;
• глубина проникновения: до 1 м;
• разрешающая способность: до 2 см;
• ширина 16 элементной антенной решетки: 0,5 м ;
• скорость перемещения: 0,1 м/с.
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
Установка для измерения электрофизических параметров
плоских материалов «WaveCube»
10
Назначение:
оперативное измерение комплексных коэффициентов
отражения и прохождения, диэлектрической и магнитной
проницаемости плоских поглотителей и диэлектриков.
Преимущества:
• измерение в широкой полосе частот;
• расчет параметров в режиме реального времени;
• для измерений не требуется безэховая камера.
Характеристики:
• диапазон рабочих частот: 1.5 – 18 ГГц;
• динамический диапазон измерений: не менее 94 dB;
• линейные размеры образца: не менее 15 см.
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
Установка для измерения электрофизических параметров
плоских материалов «WaveCube»
11
Возможности программного обеспечения:
• оперативное измерение комплексных параметров образцов
• работа в операционной системе MS Windows;
• возможность отображения и сохранения данных измерений
и комментариев к ним;
• анализ данных по результатам нескольких измерений;
• возможность расчета теоретических КО и КП для
верификации методики измерения;
• экспорт данных в формат XLS, ASCII, JPG, BMP
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
12
Сверхширокополосные антенны и антенные решетки
Назначение:
Антенны и антенные решетки для приема и
излучения СШП сигналов
КСВН
Преимущества:
• малые размеры конструкции;
• широкая полоса частот (шестикратное перекрытие);
3
2.5
КСВН
90
120
3
1
3
2.5
2
4
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
2
1.5
1
0
2
4
6
8
60
, , град.
1
30
2
2
150
180
1 0
0.5
0
1.5
-150
1
-90
-60
-30
10 12 14 16 f, ГГц -120
0 2 4 6 8 10
Список публикаций
• S. E. Shipilov, R. N Satarov, V. P. Yakubov, A. V. Yurchenko, O. V. Minin, I. V. Minin Ultra-wideband radio
tomographic imaging with resolution near the diffraction limit / // Optical and quantum electronics. – 2017.
– Vol. 49, is. 10. – Article number 339. – 12 p.
• Shipilov S. E. Aperture Synthesis Method in 3d Radio Tomography // Russian Physics Journal. – Vol. 56, is. 9.
– P. 1062–1068.
• R. N. Satarov, S. E. Shipilov, V. P. Yakubov, I. Yu. Kuz'menko, T. R. Muksunov Satarov R. N. Switched
ultrawideband antenna array for radio tomography // Russian Physics Journal. – 2013. – Vol. 55, is. 8. –
P. 884–889.
• V. P. Yakubov, S. E. Shipilov, D. Ya. Sukhanov, A. V. Klokov. Wave tomography / – Tomsk: Scientific technology
publishing house, 2017. – 248 p.
• Balzovsky E., Buyanov Y. Research and development of the antenna array for ground penetrating radar //
MATEC Web of Conferences 7. Сер. "7th Scientific Conference with International Participation "InformationMeasuring Equipment and Technologies", IME and T 2016" 2016. С. 01036.
РАДИОВОЛНОВАЯ ТОМОГРАФИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ
13