AN/PSS-14 (wcześniej znany jako HSTAMIDS - Handheld Mine Detection System from a Safe Distance) radykalnie zmienia technologię wykrywania ładunków maskowanych i min lądowych, łącząc radar penetrujący grunt (GPR- ground penetrating radar), bardzo czułe urządzenie do wykrywania metali (MD) i zaawansowane algorytmy integracji informacji. Ta unikalna kombinacja umożliwia systemowi niezawodne i spójne wykrywanie min przeciwpiechotnych (AP) i przeciwpancernych (AT) oraz odrzucanie wykrywania metalicznych zakłóceń, zwiększając zaufanie i wydajność operatora.
AN/PSS-14 składa się z następujących elementów: dotykowej głowicy poszukiwawczej z georadarem i wykrywaczem metalu, uchwytu, jednostki sterującej, słuchawek, jednostki elektronicznej, komory baterii przymocowanej do paska operatora. Przy masie 3,7kg AN/PSS-14 jest wyposażony w ultraszerokopasmowy (UWB) nadajnik-odbiornik radarowy (GPR), ze stopniową zmianą częstotliwości (140 częstotliwości dla radaru penetrującego ziemię i 6-10 dla wykrywacza metalu). Jego głowica poszukiwawcza zawiera jedną antenę nadawczą i 2 odbiorcze. Nadajnik emituje ciągły sygnał radiowy niskiej częstotliwości małej mocy. Gdy podczas operacji poszukiwawczych fale radarowe emitowane przez głowicę poszukiwawczą wpadają w puste przestrzenie lub pęknięcia gleby, część fal radiowych jest odbijana z powrotem do anten odbiorczych, po czym do gry wchodzi procesor i odpowiednio skonfigurowane algorytmy przetwarzania informacji. Inną częścią systemu wykrywania i wykrywania jest wykrywacz metali, który pozwala wykryć dowolny metalowy przedmiot w glebie. Z reguły oba systemy wykrywania wzajemnie się uzupełniają. Przychodzące informacje z penetrującego ziemię radaru i wykrywacza metali są przetwarzane przez procesor ze specjalnym oprogramowaniem, które ma wbudowane unikalne algorytmy łączenia danych z obu urządzeń, pomagając operatorowi odróżnić naprawdę niebezpieczne obiekty od naturalnego "szumu". Algorytmy te wykorzystują nowe techniki do symulacji otaczającego terenu w czasie rzeczywistym. Tak więc, gdy operator nadal się porusza, cyfrowy model otaczającego terenu jest stale aktualizowany. Wszystko to pozwala wykrywaczowi min wykrywać duże i małe miny różnych klas z dużym prawdopodobieństwem, niezależnie od rodzaju kadłuba, w którym się znajdują - metalowe, plastikowe lub drewniane. Uważa się, że prawdopodobieństwo wykrycia niebezpiecznych obiektów przekracza 95%. Należy jednak pamiętać, że AN/PSS-14 musi być wstępnie skalibrowany przed uruchomieniem, w zależności od rodzaju gleby, która jest obecna na ziemi. Taki system minimalizuje liczbę fałszywych alarmów i doskonale radzi sobie z pracą wykrywania min za pomocą metalowych, plastikowych i drewnianych kadłubów w każdym rodzaju gleby, nawet wysoko zmineralizowanej. Najlepsze wyniki wyszukiwania osiąga się przy stałej prędkości ruchu głowicy poszukiwawczej od 1 do 3,6 m / s,gdy jej wysokość nad powierzchnią ziemi nie przekracza 5 cm. Dzienną normą jest badanie 275 metrów kwadratowych terytorium.
US8174429 Mine detection L-3 Communications CyTerra Corporation, Steinway et al. Data patentu: 8.05.2012.
Zintegrowany system wykrywania min obejmuje wykrywacz metali penetrujących grunt i radar penetrujący GPR ziemię. Implementacje mogą zawierać jedną lub więcej z następujących funkcji. Na przykład wykrywacz metali penetrujący grunt może zawierać nadajnik, cewkę sprzężoną z nadajnikiem w celu wytworzenia pola magnetycznego oraz procesor sygnałowy sprzężony z cewką i skonfigurowany do wykrywania wtórnego pola magnetycznego. Radar penetrujący grunt GPR może zawierać nadajnik częstotliwości radiowej sprzężony z generatorem częstotliwości radiowej w celu przesyłania sygnałów fal radiowych w kierunku ziemi. Nadajnik częstotliwości radiowej może zawierać antenę nadawczą, która przesyła sygnały fal radiowych w kierunku ziemi i antenę odbiorczą, która odbiera sygnały fal radiowych odbite od obiektów w ziemi. Radar GPR penetrujący grunt może zawierać odbiornik częstotliwości radiowej, który odbiera sygnały fal radiowych odbitych od ziemi, oraz procesor sygnałowy sprzężony z odbiornikiem częstotliwości radiowej w celu wykrycia sygnałów fal radiowych, przy czym odbiornik częstotliwości radiowej zawiera antenę. Detektor metalu może zawierać cewkę otaczająca anteny radaru GPR, która wytwarza pole magnetyczne.. Anteny mogą być ekranowane przed zewnętrznym promieniowaniem elektromagnetycznym. System może zawierać urządzenie wyjściowe, które wysyła sygnał wskazujący na obecność miny w ziemi, jeśli wykrywacz metali penetrujący grunt, detektor radarowy penetrujący ziemię lub oba wykryją obecność obiektu w ziemi, przy czym radar GPR penetrujący grunt i wykrywacz metali penetrujący grunt mogą być umieszczone w jednej obudowie. Działanie wykrywacza metali nie może zakłócać działania radaru GPR.
Fig.1 to perspektywiczny widok systemu wykrywania min; Fig.2 to schemat blokowy systemu wykrywania min z Fig.1; Fig.3 to widok z boku częściowo rozłożonego systemu wykrywania min z Fig.1; Fig.4 to widok z boku systemu wykrywania min z Fig.1 w położeniu złożonym; .Fig.5 i 6 to odpowiednio widok perspektywiczny z przodu i z boku sterownika interfejsu systemu wykrywania min; Fig.7 to widok perspektywiczny akumulatora w/w systemu wykrywania min; Fig.8 to rozstrzelony widok perspektywiczny akumulatora z Fig.7; Fig.9 to widok perspektywiczny kabla do połączenia słuchawki systemu wykrywania min; Fig.10 przedstawia widok z perspektywy tyłu i przodu zespołu elektronicznego systemu wykrywania min; Fig.11 to rozstrzelony widok perspektywiczny urządzenia poszukiwawczego systemu wykrywania min; Fig.12 to widok perspektywiczny urządzenia poszukiwawczego systemu wykrywania min bez pokrywy pokazującej elementy wewnętrzne; Fig.13 to schemat blokowy wykrywacza metali systemu wykrywania min; Fig.14 to schemat blokowy detektora radarowego systemu wykrywania min; Fig. 15 to widok perspektywiczny zestawu do przechowywania i transportu systemu wykrywania min; Fig.16 to schemat blokowy procedury wykonywanej przez użytkownika w celu rozpakowania, przygotowania i obsługi systemu wykrywania min; Fig.17 to schemat blokowy procedury wykonanej przez użytkownika w celu przygotowania systemu wykrywania min do pracy; Fig.18 to procedura wykonywana przez wykrywacz metali systemu w celu wykrycia obecności miny; Fig.19 to schemat blokowy procedury wykonywanej przez detektor radarowy systemu w celu wykrycia obecności miny; Fig.20 i 21 to boczne widoki urządzenia poszukiwawczego systemu wykrywania min; Fig.22 to schemat blokowy procedury wykonywanej przez użytkownika systemu wykrywania min po otrzymaniu sygnału alarmowego; Fig.23A przedstawia widok z góry schematu przeszukiwania wykonywanego przez użytkownika wykrywacza metali systemu wykrywania min z Fig.1; Fig. 23B to schemat blokowy procedury wykonywanej przez użytkownika podczas schematu przemiatania FIG.23A; Fig. 24A i 24C pokazują rzuty z góry kierunków przeszukiwania wykonane przez użytkownika detektora radarowego systemu wykrywania min; Fig.24B to schemat blokowy procedury wykonanej przez użytkownika podczas schematu przeszukiwania Fig.24A i 24C; Fig.25A i 25B pokazują kolejne położenie wdrożenie systemu wykrywania min; Fig.26-28 to schematy blokowe procedur wykonywanych przez procesor detektora radarowego w systemie wykrywania min; Fig.29 to wykres przykładowych wyników uzyskanych przez przetwórcę przy użyciu procedur z Fig.26-28.
Odnosząc się do FIG.1,2,13 i 14 , zintegrowany system wykrywania min 100 zawiera wykrywacz metali 1350 (FIG.13) i wykrywacz radarowy (FIG.14) zawarte w jednym zintegrowanym systemie do wykrywania min, których nie można wykryć wyłącznie za pomocą wykrywacza metalu. System wykrywania min 100 zawiera urządzenie wyszukiwania 105, kontroler interfejsu 110 i jednostkę elektroniczną 115. Urządzenie wyszukiwania 105 łączy się z jednostką elektroniczną 115 za pomocą wiązki przewodów 106, a kontroler interfejsu 110 łączy się z jednostką elektroniczną 115 poprzez wiązkę przewodów 111. Ogólnie, każdy wykrywacz metalu 1350 i wykrywacz radarowy zawierają zestaw elektroniki w jednostce 115 oraz komponenty nadawcze i odbiorcze w urządzeniu do wyszukiwania 105 . System wykrywania min 100 zawiera również jedno lub więcej urządzeń wyjściowych audio, takich jak słuchawka 135 sprzężona z jednostką elektroniczną 115 oraz głośnik 137, Fig.2 w jednostce elektronicznej 115. Źródło zasilania, takie jak akumulator 140, jest sprzężone z jednostką elektroniczną 115 w celu zapewnienia zasilania urządzenia 115. Sekcja sterowania 400, Fig.5 zawiera zestaw przełączników, które umożliwiają sterowanie pracą systemu wykrywania min 100. Zestaw przełączników obejmuje przełącznik zasilania 415, przełącznik sterujący wykrywaniem metalu 420, przełącznik czułości radaru 425, przełącznik sterowania audio 430 i przełącznik spustowy 435. Sekcja kontrolna 400 zawiera również zestaw wskaźników, które dostarczają informacji zwrotnej użytkownikowi systemu wykrywania min 100. Zestaw wskaźników obejmuje wskaźnik gotowości 440 oraz wskaźnik mocy i funkcji 445.
Odnosząc się również do Fig.7 i 8, akumulator 140 jest połączony z jednostką elektroniczną 115 za pomocą kabla 600 i złącza 605, które łączy się ze złączem 900 na jednostce elektronicznej 115. Akumulator 140 zawiera parę zacisków 610, które można wykorzystać do przymocowania akumulatora 140 do paska użytkownika. Akumulator 140 mieści baterię 615 w obudowie 620 z zatrzaskami 625 i pokrywą 630 z wargą 635. Obudowa 620 i pokrywa 630 łączą się ze sobą i są przymocowane do siebie, gdy zatrzaski 625 blokują się na wardze 635. Odnosząc się Fig.2,10, moduł elektroniki 115 zawiera obudowę 136, głośnik 137 w obudowie 136, zestaw przełączników zewnętrznych w stosunku do obudowy 136, które umożliwiają użytkownikowi sterowanie urządzeniem 115, oraz zestaw złączy 900 i 910 na powierzchni obudowy 136, odpowiednio do złącza 605 akumulatora i złącza 805 słuchawki 135. Zestaw przełączników zawiera przełącznik regulacji głośności 915. Głośnik wewnętrzny 137 jest umieszczony obok jednego lub więcej otworów 920 na obudowie 136, aby umożliwić emisje fal audio z urządzenia 115. Obudowa 136 może być wykonana z dowolnego odpowiedniego materiału, takiego jak na przykład formowane tworzywo sztuczne. Obudowa 136 mieści kartę procesora 220, kartę interfejsu 225, elektronikę 230 wykrywacza metali, elektronikę 235 detektora radaru i zasilacz 240.
Zasilacz 240 jest podłączony do akumulatora 140 przez złącza 900 i 605, do słuchawki 135 przez złącza 910 i 805, do karty interfejsu 225 i do elektroniki detektora radaru 235. Zasilacz 240 łączy się również ze sterownikiem interfejsu 110, aby umożliwić użytkownikowi obrócenie systemu wykrywania min 100 za pomocą przełącznika zasilania 415. Karta procesora 220 jest podłączona do karty interfejsu 225 i elektroniki wykrywacza metali 230. Elektronika wykrywacza metali 230 i elektronika wykrywacza radaru 235 są kontrolowane przez oprogramowanie uruchamiane przez odpowiednie procesory i przechowywane w pamięci. Pamięć może być wewnętrzna w stosunku do urządzenia 115 lub zewnętrzna w stosunku do urządzenia 115, na przykład za pośrednictwem przenośnego urządzenia pamięci masowej 245, do którego dostęp ma elektronika 230 i 235 urządzenia 115. Zarówno elektronika wykrywacza metali 230, jak i elektronika wykrywacza radaru 235 są podłączone do urządzenia wyszukiwania 105..
W obudowie urządzenia poszukiwawczego 105 znajdują się elementy nadawcze i odbiorcze wykrywacza metali i detektora radarowego. Tak więc w obudowie znajduje się urządzenie wytwarzające pole magnetyczne, takie jak cewka 265, która działa jako element nadawczo-odbiorczy dla wykrywacza metali oraz nadajnik fal radiowych, wyposażony w antenę nadawczą 270, oraz odbiornik fal radiowych, taki jak zestaw anten odbiorczych 275 i 280. Antena 270 działa jako element nadawczy radaru, a anteny 275 i 280 działają jako elementy odbiorcze dla detektora radaru. Elementy wykrywacza metali i detektora radarowego w urządzeniu poszukiwawczym 105 są rozmieszczone i zaprojektowane w taki sposób, aby działanie jednego detektora nie zakłócało wyników drugiego detektora. Odnosząc się do Fig.13, elektronika wykrywacza metali 230 zawiera procesor 231, który jest podłączony do cewki 265, generator impulsów 232 sprzężony z procesorem 231 oraz nadajnik 233, który odbiera sygnały elektryczne z generatora impulsów 232 i przesyła sygnały elektryczne w postaci prądu elektrycznego do cewki 265. Procesor 231 jest również sprzężony z jednym lub kilkoma urządzeniami wyjściowymi audio 135,137 za pośrednictwem karty interfejsu 225. Podobnie w przypadku Fig.14 elektronika detektora radarowego 235 zawiera procesor 236 sprzężony z antenami odbiorczymi 275 i 280 oraz generator częstotliwości radiowej 237 sprzężony z procesorem 236 i anteną nadawczą 270. Procesor 236 jest również sprzężony z wyjściowymi urządzeniami audio 135 i 137 za pośrednictwem karty interfejsu 225 lub bezpośrednio.
Odnosząc się również do Fig.15, zintegrowany system wykrywania min 100 jest zwykle przechowywany i transportowany w postaci zestawu 1500, który obejmuje system 100, akumulator 140 i słuchawkę 135. Zestaw 1500 zawiera również zestaw zapasowych baterii 1505, element testowy 1510, który naśladuje minę i służy do testowania systemu 100, oraz zestaw materiałów szkoleniowych przechowywanych na zewnętrznym urządzeniu pamięci, takim jak dyskietka 1515, pamięć USB lub CD-ROM. Zestaw 1500 może zawierać nosidło nośne 1517, które mocuje się do kontrolera interfejsu 110 i do odzieży noszonej przez użytkownika, takiej jak na przykład kamizelka nośna, aby zmniejszyć część ciężaru systemu 100 podczas pracy.
Po rozpakowaniu 1605 i złożeniu systemu 1610, zgodnie z Fig.16 (algorytm postępowania), następuje jego uruchomienie 1620 podczas, którego użytkownik przygotowuje system 100. 1625, poprzez kalibrację systemu 100 do lokalnych warunków uziemienia i zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) oraz strojenie systemu 100, jak szczegółowo omówiono poniżej w odniesieniu do Fig.17. Po przygotowaniu systemu 100,1625 użytkownik może obsługiwać system 1630, jak szczegółowo omówiono poniżej. Gdy użytkownik zakończy pracę z systemem 100,1630, wyłącza system 100, naciskając przełącznik zasilania 415 do pozycji wyłączenia 1635. Po wyłączeniu systemu 100, 1635 użytkownik demontuje system 100, 1640 i przepakowuje system 100,1645 do plecaka 1530 i kontenera 1520 w odwrotnej kolejności, z której system jest montowany i rozpakowywany. Odnosząc się do Fig.18 oraz Fig 2 i 13, elektronika wykrywacza metali 230 wykonuje procedurę 1800 podczas operacji przeszukiwania. Początkowo generator impulsów 232 wysyła impulsy do nadajnika 233 (krok 1805), który przesyła prąd elektryczny do cewki 265 (krok 1810). Prąd elektryczny przez cewkę 265 indukuje pole magnetyczne 1300, które emanuje z cewki 265 do ziemi 1305. Kiedy pole magnetyczne uderza w metalowy obiekt 1310, indukuje wtórne pole magnetyczne w metalowym obiekcie 1310. Wtórne pole magnetyczne metalowego obiektu 1310 indukuje prąd wtórny w cewce 265. Procesor 231 monitoruje prąd z cewki 265 i wykrywa prąd wtórny, wykrywając zmianę prądu elektrycznego przez cewkę 265 z nadajnika 233 (krok 1815). Jeśli procesor 231 ustali, że prąd wtórny jest większy niż z góry określony próg (krok 1820), procesor wysyła sygnał audio do urządzenia 135 lub 137, aby wskazać użytkownikowi, że metal jest obecny pod ziemią 1305 (krok 1825).
Podobnie odnosząc się do Fig.19 oraz Fig.14, elektronika detektora radarowego 235 wykonuje procedurę 1900 podczas operacji przeszukiwania . Generator częstotliwości radiowej 237 w sposób ciągły wysyła sygnał o częstotliwości radiowej (RF) o sile lub mocy wystarczającej do pożądanej czułości radaru (określonej przez konfigurację przełącznika czułości radaru 425) do anteny nadawczej 270 (krok 1905). Antena nadawcza 270 emituje sygnał RF 1400 do ziemi 1405 (krok 1910). Jedna lub obie anteny odbiorcze 275 i 280 zbierają wszelkie sygnały RF 1410, które zostały odbite przez podziemny obiekt 1415, a które docierają do anteny 275 lub 280 (krok 1915). Podczas tego procesu generator 237 przestraja sygnał RF między częstotliwością początkową a częstotliwością końcową w równych krokach rozstawu częstotliwości. Dla każdego kroku częstotliwości sygnały RF odbite od podziemnego obiektu 1415 są odbierane przez antenę 275 lub 280, która przesyła sygnały RF do procesora 236 (krok 1920), a który następnie digitalizuje i przechowuje sygnały (krok 1925). Procesor 236 zbiera dane dla wszystkich kroków między częstotliwością startu i zatrzymania, a zestaw zarejestrowanych danych jest określane jako „pakiet częstotliwości”. Procesor 236 analizuje pakiet częstotliwości (krok 1930), aby określić, czy mina znajduje się pod ziemią (krok 1940). Jeśli procesor 236 stwierdzi, że mina znajduje się pod ziemią, procesor 236 wysyła sygnał do urządzenia audio 135 lub 137, wskazując obecność miny (krok 1945). Jeśli procesor 236 stwierdzi, że brak sygnału odbitego od miny (1940), procesor 236 po prostu czeka na następną transmisję z anteny 275 lub 280 (krok 1920).
Jak wspomniano powyżej, użytkownik „zamiata” przetwornikiem antenowym system wykrywania min 100 w celu wykrycia min, przy czym jakość wyników wykrywania min jest bezpośrednio związana z jakością techniki przeszukiwania terenu przez użytkownika. Ważnymi elementami prawidłowej techniki zamiatania jest postawa użytkownika, pozycja urządzenia wyszukiwania 105, prędkość, z jaką użytkownik przeszukuje teren oraz zasięg przemiatania (zwany pasem).
Odnosząc się do Fig.20, przetwornik antenowy urządzenie 105 jest ustawione jak najbliżej ziemi 2000, ale nie bliżej niż z góry określoną wysokość 2005 nad ziemią. W jednej implementacji z góry określona wysokość 2005 wynosi 2 cale. Ponadto przed rozpoczęciem przemiatania użytkownik dostosowuje względny kąt między urządzeniem poszukiwawczym 105 a wspornikiem 120, aby upewnić się, że urządzenie wyszukiwania 105 jest równoległe do podłoża podczas przemiatania. Po trzecie, użytkownik przesuwa urządzenie wyszukujące 105 po ziemi z określoną prędkością. W jednej implementacji prędkość zamiatania wynosi od około 1 do 3,6 stopy / sekundę na pasie o długości pięciu stóp.
Detektor radaru może zawierać więcej niż jedną antenę nadawczą i więcej niż dwie anteny odbiorcze. W przykładzie wykonania układy wykrywacza metalu (składający się z elektroniki 230 i cewki 265) oraz radaru GPR (składający się z elektroniki 235 i anten 270, 275 i 280) działają niezależnie i jednocześnie, wykrywając miny w pobliżu. W ten sposób każdy detektor zawiera własny procesor. Jednak w innej realizacji pojedynczy procesor może być używany do sterowania zarówno wykrywaczem metalu, jak i wykrywaczem radaru. Procesor może uruchomić pojedynczy algorytm analizy wyników i powiadamiania użytkownika o wszelkich zmianach w wykrywaniu, które mogą wskazywać na obecność miny. Procesor może uruchomić pojedynczy algorytm analizy wyników i powiadamiania użytkownika o wszelkich zmianach w wykrywaniu, które mogą wskazywać na obecność miny.
W jednej implementacji procesor 236 analizuje dane (które są w postaci pakietów) z elementów nadawczych i odbiorczych zarówno wykrywacza radaru, jak i wykrywacza metalu w celu określenia, czy w kroku 1940 mina znajduje się pod ziemią. Odnosząc się do FIG.26, w tej implementacji procesor 236 wykorzystuje procedurę 2600, która zaczyna się od odebrania pakietów danych z elementu odbierającego detektora radaru, na przykład anten 275 i 280, (etap 2605) i odebrania pakietu danych z wykrywacza metalu, który pochodził z jego elementu odbiorczego, to jest cewki 265 (krok 2610). Procesor 236 analizuje model odpowiedzi detektora radaru w odniesieniu do bieżących warunków gruntowych z wykorzystaniem analizy głównych składowych w celu opisania cech zakłóceń, jak szczegółowo opisano poniżej (krok 2615). Procesor 236 przetwarza również dane radarowe z dziedziny częstotliwości na dziedzinę czasu w celu przeanalizowania głębokości anomalii (etap 2620). Procesor 236 odbiera wyniki z analizy wykrywacza metalu (etap 2625) i wykorzystuje te wyniki później do wyeliminowania zakłóceń i zlokalizowania alarmów z wykrywacza radaru. Następnie procesor 236 porównuje wyniki analizy modelu z etapu 2615, analizy głębokości z etapu 2620 i analizy wykrywacza metalu z etapu 2625 (etap 2630), aby określić, czy sygnał ostrzegawczy powinien zostać wysłany do urządzenie 135 lub 137 (etap 2635) w oparciu o próg sygnału 2640, który zależy, przynajmniej częściowo, od ustawienia czułości 2645 z przełącznika czułości radaru 425. Dodatkowo, na różnych etapach (na przykład etapy 2650, 2655 i 2660) podczas procedury 2600, procesor 236 dostosowuje próg sygnału 2640, aby utrzymać stałą częstość fałszywych alarmów (CFAR). Często wskaźnik alarmu może szybko wzrosnąć lub spaść wraz z nagłymi zmianami w statystykach tła z powodu zmieniających się warunków gruntowych. W ten sposób procesor 236 tłumi skutki zmieniających się warunków gruntowych przez rozpoznawanie szybkich zmian w statystykach tła i dostosowywanie progu sygnału 2640 w locie, aby dostosować się do takich zmian.
Odnosząc się również do FIG.27, model odpowiedzi detektora radaru jest trenowany przed użyciem systemu wykrywania min 100 przy użyciu procedury 2700. Początkowo dane są zbierane z próbnego przebiegu w regionie wolnym od min, tak że jedynymi cechami obecnymi podczas próbnego przebiegu są cechy zakłoceń. Zwykle dane dotyczące zakłóceń i szumu pozostają względnie stałe od skanowania do skanowania i często zawierają mniej energii niż dane uzyskane ze skanów min. Ostatecznie przechwytywane są wspólne cechy wśród skanów zakłóceń, a nowe skany, które wykazują znacząco różne cechy, są uważane za zawierające miny. Chociaż skanowanie w poszukiwaniu danych można zastosować do wielu różnych rodzajów zakłóceń, skanowanie w poszukiwaniu danych opiera się na analizie głównych składników (PCA -Principal components analysis), która opisuje funkcje za pomocą głównych składników, umożliwiając w ten sposób automatyzację i umożliwiając dostosowanie do cech zakłóceń w środowiskach lokalnych.
Analiza głównych składowych – Wikipedia, wolna encyklopedia – Analiza głównych składowych (PCA) jest popularną techniką analizy dużych zbiorów danych zawierających dużą liczbę wymiarów / cech na obserwację, zwiększając interpretowalność danych przy zachowaniu maksymalnej ilości informacji i umożliwiając wizualizację danych wielowymiarowych. Formalnie PCA jest statystyczną techniką zmniejszania wymiarowości zbioru danych. Osiąga się to poprzez liniowe przekształcanie danych w nowy układ współrzędnych, w którym (większość) zmienności danych można opisać za pomocą mniejszej liczby wymiarów niż dane początkowe. Wiele badań wykorzystuje pierwsze dwa główne składniki w celu wykreślenia danych w dwóch wymiarach i wizualnej identyfikacji klastrów ściśle powiązanych punktów danych. Analiza głównych składników ma zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak genetyka populacji, badania mikrobiomu i nauka o atmosferze.
Liczba zmiennych zaangażowanych w modelowanie jest zmniejszona, a strukturę zależności między zmiennymi można wykryć za pomocą PCA. Zasadniczo PCA obejmuje procedurę matematyczną, która przekształca pewną liczbę potencjalnie skorelowanych zmiennych w mniejszą liczbę nieskorelowanych zmiennych, zwanych głównymi składnikami. Pierwszy główny składnik odpowiada za możliwie największą zmienność danych, a każdy kolejny składnik odpowiada za jak największą pozostałą zmienność. PCA określa kierunek o największej wariancji i obraca przestrzeń tak, że ten kierunek jest teraz pierwszym wymiarem. Następnie PCA znajduje kierunek o następnej największej wariancji i obraca przestrzeń tak, że ten kierunek jest drugim wymiarem. Proces ten trwa do momentu uwzględnienia wszystkich wymiarów. Rezultatem jest nowa przestrzeń cech z taką samą liczbą wymiarów jak oryginalna przestrzeń, ale z wariancją skoncentrowaną w wymiarach niższego rzędu. Ogólnie rzecz biorąc, techniką matematyczną stosowaną w PCA jest analiza własna, w której wartości własne i wektory własne macierzy kwadratowo-symetrycznej są rozwiązywane za pomocą sum kwadratów i iloczynów krzyżowych. Wektor własny powiązany z największą wartością własną ma ten sam kierunek, co pierwsza składowa główna. Wektor własny powiązany z drugą co do wielkości wartością własną określa kierunek drugiej składowej głównej. Suma wartości własnych jest równa śladowi macierzy kwadratowej, a maksymalna liczba wektorów własnych jest równa liczbie wierszy (lub kolumn) tej macierzy.
Odnosząc się do FIG.27, aby rozpocząć proces PCA, procesor 236 odbiera zebrane dane z przebiegu próbnego w postaci pakietów częstotliwości (krok 2705). Zwykle odbieranych jest kilkaset pakietów częstotliwości związanych wyłącznie z zakłóceniami. Następnie dane są przygotowywane (etap 2710) i określana jest macierz kowariancji (etap 2715). Następnie, stosując rozkład pojedynczej wartości, uzyskuje się wartości własne i wektory własne (krok 2720). Odnosząc się ponownie do FIG.26, gdy model zostanie przeszkolony przy użyciu procedury 2700, procesor 236 może zaktualizować model przy użyciu procedury 2615. Początkowo dane odebrane w postaci pakietów częstotliwości (etap 2605) są przygotowywane (etap 2665). Następnie procesor 236 przetwarza przygotowane dane z wykorzystaniem PCA (etap 2670), procedura omówiona dalej poniżej. W oparciu o PCA, procesor 236 wyprowadza wstępny wynik, czy mina jest obecna (krok 2675).
Odnosząc się również do FIG.28, procesor 236 przetwarza przygotowane dane przy użyciu procedury PCA 2670. Początkowo procesor 236 projektuje przygotowane dane do przestrzeni własnej przez pomnożenie wektora danych przez macierz wartości własnych (krok 2800). Następnie wyniki są dostarczane w postaci funkcji projekcji danych i macierzy wag (krok 2805).
Ponieważ PCA może bezpiecznie odrzucić niektóre wymiary wyższego rzędu, szumowe źródła zmienności są usuwane, a wymiarowość danych wejściowych jest zmniejszona, co upraszcza modelowanie. Odnosząc się do FIG.29, przykładowe wyniki dla PCA w postaci wykresu 2900 są pokazane dla różnych lokalizacji min 2905. Surowe dane 2910 są wprowadzane do PCA po czym PCA wyprowadza sygnał 2915, którego siła jest mierzona na górnym wykresie 2920. Jak pokazano, PCA wzmacnia stosunek sygnału celu do zakłóceń. Odnosząc się ponownie do FIG.26, procesor 236 przekształca dane radarowe z dziedziny częstotliwości do dziedziny czasu w etapie 2620. Jak omówiono powyżej, podczas działania systemu 100, dane radarowe sygnały sondujące są przestrajane krokowo w częstotliwości.
Zazwyczaj zakres, w którym częstotliwość radaru jest przestrajana, wynosi około półtora gigaherca. Procesor 236 wykorzystuje transformację Fouriera do przekształcania danych radarowych z dziedziny częstotliwości do dziedziny czasu. Ponieważ dane są przekształcane w dziedzinę czasu, można uzyskać informacje o głębokości (w przypadku użycia dwóch lub więcej anten) lub odległości do miny . System 100 wykorzystuje dwie anteny odbiorcze 275 i 280 do określania głębokości miny. Na przykład w przypadku pojedynczej anteny odbiorczej obiekt znajdujący się pięć cali bezpośrednio pod anteną może znajdować w tej samej domenie czasu, co obiekt położony na głębokość trzech cali, ale cztery cale w bok od anteny (gdzie odległość od anteny do obiekt ma nadal pięć cali. Dzięki zastosowaniu drugiej anteny odbiorczej dane z dwóch anten odbiorczych mogą być skorelowane, aby umożliwić wyższy stopień dokładności i umożliwić określenie głębokości. Odnosząc się ponownie do FIG.26, procesor 236 porównuje wyniki analizy modelu, analizy głębokości i analizy wykrywacza metali (krok 2630) w celu ustalenia, czy sygnał ostrzegawczy powinien zostać wysłany do urządzenia audio 135 czy 137 (etap 2635). Porównanie może określić, że sygnał ostrzegawczy powinien zostać wysłany, nawet jeśli analiza modelu dostarczy słabego sygnału miny, jeśli sygnał analizy wykrywacza metali jest silny.
WNIOSKI
AN/PSS-14 (wcześniej znany jako HSTAMIDS: Handheld Standoff Mine Detection System) to zaawansowany kompozytowy wykrywacz min dla armii amerykańskiej, rewolucjonizujący wykrywanie min poprzez połączenie radaru penetrującego grunt (GPR) i technologii wykrywacza metali o wysokiej czułości (MD) w technologię dwuczujnikową wykorzystującą zaawansowane algorytmy fuzji danych. Ta unikalna kombinacja umożliwia systemowi dokładne i niezawodne wykrywanie min przeciwpiechotnych i przeciwpancernych oraz skuteczne filtrowanie zakłóceń, zwiększając pewność i wydajność operatora/sapera.
Aby zmaksymalizować skuteczność operacyjną i wydajność, AN/PSS-14 zapewnia najwyższe prawdopo-dobieństwo wykrycia (PD) i najmniejszy współczynnik fałszywych alarmów (FAR) spośród wszystkich systemów ręcznych. System utrzymuje ten poziom wydajności we wszystkich warunkach środowiskowych i typach gleb, w tym w glebach o silnej mineralizacji.
W skład systemu wchodzi: Radar penetrujący grunt (GPR) Radar penetrujący grunt opiera się na szerokopasmowych, spójnych, transceiverach radarowych. Głowica poszukiwawcza zawiera jedną antenę nadawczą i dwie anteny odbiorcze. Antena nadawcza generuje sygnał radarowy o fali ciągłej małej mocy. Gdy głowica poszukiwawcza przechodzi nad ziemią, niektóre fale są odbijane z powrotem do anteny odbiorczej i przetwarzane przez system wieloprocesorowy.
Bardzo czuły wykrywacz metali (MD): Zaawansowana cewka wykrywacza metali otacza średnicę głowicy czujnika. Prąd przechodzi przez cewkę MD, tworząc pole elektromagnetyczne, które indukuje prąd w dowolnym metalowym obiekcie, który może być zakopany w glebie. Czujnik wykrywa to wtórne pole elektromagnetyczne i wydaje alarm ostrzegający żołnierza o obecności miny.
Fuzja czujników Najwyższą wydajność osiąga się dzięki unikalnemu algorytmowi fuzji danych, który pozwala operatorom skutecznie odróżnić sygnały zakłóceń od sygnałów odbitych od rzeczywistych min. Algorytmy te opierają się na modelowaniu terenu przy użyciu metody Real-Time Novelty (RTN). Wraz z postępem technologii usuwania min przez operatora model terenu jest stale aktualizowany, dzięki czemu system automatycznie dostosowuje się do różnych warunków glebowych. Zapewnia operatorom potencjalne alarmy o wykryciu miny za pomocą dźwiękowych sygnałów alarmowych.
Wydajność detektora min AN/PSS-14 Urządzenie do wykrywania min AN/PSS-14 jest wyposażone w standardową baterię niklowo-wodorkową i waży około 8 funtów (około 3,7 kg), a CyTerra aktywnie pracuje nad lżejszym wykrywaczem min odpowiednim do użytku przez Siły Powietrzne. Samodzielny ręczny system wykrywania min jest obsługiwany przez jednego żołnierza. Jest to zaawansowany system dwuczujnikowy składający się z radaru penetrującego ziemię (GPR) i ulepszonego wykrywacza metali (MD), którego odczyty są łączone przez wewnętrzny komputer z algorytmami detekcji w oprogramowaniu. Zapewnia to znacznie lepsze możliwości wykrywania w porównaniu z detektorami AN/PSS-12 lub wcześniejszymi. AN/PSS-14 jest w stanie wykrywać miny o pełnym spektrum wszystkich typów zapalników i wszystkich rodzajów gleby, w tym miny metaliczne, częsciowo-metalowe i niemetaliczne oraz improwizowane urządzenia wybuchowe, z prawdopodobieństwem ponad 95 procent. Połączenie sprzętu i oprogramowania w AN/PSS-14 jest skuteczniejsze w zmniejszaniu liczby fałszywych alarmów niż jakikolwiek wcześniejszy sprzęt do wykrywania min.
Zastosowanie detektora min AN/PSS-14. Detektor min AN/PSS-14 jest również wykrywaczem materiałów wybuchowych, a nie tylko wykrywaczem min. Kiedy obiekt zostanie wykryty pod powierzchnią, w tym podziemne improwizowane urządzenie wybuchowe, AN/PSS-14 emituje serię sygnałów dźwiękowych, wytwarzając to, co inżynierowie nazywają "obrazem akustycznym". Wyszkoleni saperzy wiedzą, czym jest obiekt na ziemi, zanim go zobaczą. Żołnierze pracowali zespołowo. Za operatorem wykrywacza min AN/PSS-14 podążał drugi żołnierz, który oznaczył oczyszczony teren malowanymi znakami ostrzegawczymi, flagami lub taśmą.
Handheld Standoff Mine Detection System (HSTAMIDS)