Из-за нарастающей международной напряженности тема обнаружения заживо погребенных людей становится особенно актуальной. Кроме того, риск землетрясений и качество строительных сооружений усиливают актуальность поиска людей под завалами (рисунок 1).
Георадар, теоретически, способен обнаруживать объекты, находящиеся под толщей камней, кирпичей, бетона и тд. Далее приводятся результаты нескольких модельных экспериментов, демонстрирующих возможности георадара.
Для начала, немного теории. Георадар, как и любой другой радар, обнаруживает объекты, отличающиеся по электрическим свойствам от окружающей среды, точнее - диэлектрической проницаемости. При этом чем выше контраст (разница) в диэлектрической проницаемости объекта и окружающей среды (K1 и K2), тем легче георадару обнаружить искомый объект. Поскольку тело человека состоит в основном из воды (К1=81), а среда – воздух (К2=1), доля отражаемой энергии составляет 80%, что довольно много. В этом отношении обнаружение человека в воздухе (даже за преградами) является относительно несложной задачей.
Для целей настоящей статьи исследование проводилось георадарами серии Izh-Terra, один из которых изображен на рисунке 2.
Основные характеристики георадара Izh-Terra:
тип сигнала – непрерывный ЛЧМ, период свипирования – 1 мс;
частотный диапазон: (50 – 1050) МГц;
частота измерений: до 200 раз в секунду при временной развертке 500 нс;
разрешение по дальности – 15 см;
излучаемая мощность: 0 dBm;
температура эксплуатации: минус 300c – плюс 300c;
температура хранения: минус 500c – плюс 500c;
время непрерывной работы: 3 часа;
привязка к местности: GPS/GLONASS;
размеры – цилиндр диаметром 510 мм, высотой 100 мм;
масса – 4,5 кг.
Исследование проводилось в два этапа. На первом этапе оценивалась возможность обнаружения одинокого человека на открытой местности. Георадар устанавливался излучающей поверхностью перпендикулярно земле. Из-за широкой диаграммы направленности антенны нет необходимости точного позиционирования георадара. Устанавливаем примерно «на глаз». Далее включаем прибор. Для измерения достаточно нажатия одной кнопки, поскольку георадар не требует специальных настроек.
После установки георадара и включении удаляемся. Удаляемся без спешки в
течение 15 секунд. На рисунке 3 представлены результаты измерений без
обработки. На радарограмме присутствует множество сигналов, отраженных от
земли, неподвижных местных предметов и от движущегося человека. Слева отображено
время задержки радиосигнала, вызванное распространением сигнала до цели и
обратно, справа – дальность (половина произведения времени задержки сигнала и
скорости света); снизу – время проведения эксперимента. Неподвижные
мешающие отражения устраняются простым вычитанием среднего (рисунок 4).
Основной полученный результат заключается в следующем: практическая предельная дальность обнаружения человека георадаром составляет 30 метров.
На втором этапе оценивалась способность георадара «видеть» сквозь стены.
Схема эксперимента приведена на рисунке 5. Георадар прислоняется к стене (рисунок 6),
далее человек движется по комнатам по указанной траектории. Стены всех комнат
бетонные, толщиной ~20 см. Стены содержат металлическую арматуру и проводку под
напряжением 220 В.
На рис. 7 в течение первых 4 секунд никакого движения не происходит, поэтому можно наблюдать картину, не содержащую возмущения. Первые 4 секунды – референсная область, так выглядит радарограмма при отсутствии движения. При движении в комнатах 1, 2 можно видеть два горба (гиперболы), отвечающие за движения «туда» и «обратно». В комнате 3 горбы расширяются и сливаются в один. Временное расстояние между комнатами 2 и 3 – длительный переход (необходимо снять и надеть обувь). На рисунке 8 результаты аналогичного эксперимента, выполненного другим экспериментатором.
Качественно экстраполировав результаты, можно предположить об эффективности георадара на расстоянии до 15-20 метров при количестве стен до 5. Такие оценки являются весьма условными, так как вероятность обнаружения зависит от интенсивности движения объекта. Полагаю, можно обнаруживать людей и по биению сердца, но расстояния сильно сокращаются, количество стен – не больше одной, и для этих целей нужны дополнительные эксперименты.
Заключение
Показана возможность обнаружения движущегося человека на расстоянии до 30 метров на открытой местности. При наличии кирпичных или бетонных стен (до 5) подвижного человека можно обнаружить на расстояниях до (15-20) метров. В представленной работе человек двигался достаточно интенсивно, полагаю, такие движения нехарактерны для людей под завалами.
Поэтому можно сформулировать совет для человека, оказавшегося под завалами: для возможности обнаружения представленным методом не нужно двигаться интенсивно, лучше найти большой металлический предмет (сковорода, кастрюля) и шевелить им, так заметность будет намного выше.
PS. В качестве ответов на часто задаваемые вопросы:
Многих людей георадары отпугивают высокой сложностью обработки данных и длительным освоением приборов. В настоящей статье применен георадар, работающий по принципу "включил и пошел" (не требует специальных настроек), георадарные данные не подвергались какой-либо специальной обработке, все приведенные радарограммы - сырые с простым вычитанием среднего. Как видно из рисунков, никакая специальная обработка не требуется. При необходимости, данные можно подвергнуть дополнительной обработке, такая возможность имеется в поставляемом вместе с георадаром ПО.
Что касается безопасности применяемого метода, излучаемая мощность георадара в сто раз меньше мощности мобильного телефона в режиме разговора, в связи с чем метод является совершенно безопасным.