Луценко ВІ, Луценко ІВ, Хлопов ГІ Інститут радіофізики та електроніки НАН України, Харків – 61085, Україна Тел: (857) 7448340 e-mail: lutsenko (^ irekharkovua

Анотація – Запропоновано модель, яка розглядає рух біологічного обєкта, як багато маятникової повязаної системи, що дозволяє пояснити спостережувані в експерименті особливості спектрів розсіяних сигналів, обумовлені їх частотної модуляцією Пропонований підхід дозволяє сформулювати інформативні ознаки для розрізнення віддзеркалень від людини і тварин

I                                       Введення

Розпізнаванню різних класів обєктів з радіолокаційної інформації присвячено досить велику кількість робіт У них розглядаються особливості просторово часового розподілу відображають точок, частотні залежності індикатрис зворотного розсіювання обєктів і ЇХ спектральні портрети У даний роботі наведено результати експериментального вивчення спектральних особливостей зворотного розсіяння від людини, птахів і тварин, які могли б використовуватися для ЇХ розпізнавання, а також розглянута модель, що дозволяє їх пояснити Обєктами дослідження виступали біологічні обєкти (Людина, група людей), тварини (собака, кінь), ПТАХИ Дослідження проведені з використанням когерентних систем як імпульсного, так і безперервного режимів випромінювання міліметрового і сантиметрового діапазонів довжин хвиль (10 см, 3 см, 8 мм, 4 мм І 2 мм)

II                              Основна частина

Для доплеровских спектрів віддзеркалень від всіх типів обєктів (людини, тварин, птахів) характерна наявність домінуючої на 10-20 дБ лінії Вона обумовлена ​​корпусом обєкта і має доплеровское зміщення частоти відповідне проекції швидкості його руху на напрям опромінення

Птахи Для спектральної лінії корпусу характерна зміна доплерівського зсуву частоти в процесі вільного ширяння, яке збагачується високочастотними і низькочастотними компонентами при помахах крил

Людина Для відображень від людини і тварин навколо ЛІНІЇ корпусу вище і нижче її по частоті на рівнях – (10 .. 15) дБ щодо лінії корпусу спостерігаються спалахи спектральної щільності з темпом кроків і махів рук Вони пояснюються тим, що діапазон швидкостей руху окремих елементів поштовхової ноги розподілений від нуля до швидкості переміщення корпусу, а махової ноги при її перенесення вперед від швидкості руху корпусу до подвоєною швидкості-рис1 На рис1 представлені спектрограми зворотного розсіювання від людини на хвилях 8мм – верхній малюнок і 4мм – нижній Горизонтальна вісь-час, вертикальна – Доплеровская частота, інтенсивність компоненти спектра кодується яскравістю позначки Найбільш інтенсивні відбиття від корпусу, доплеровское зміщення частоти якого таки змінюється в невеликих межах щодо середнього значення У отра

В якості спрощеної моделі для опису спектру розсіяного людиною сигналу, можна розглядати чотири коливних маятника У системі координат повязаної з тулубом людини руху рук І ніг можуть розглядатися в першому наближенні як коливання гармонійних маятників Відбиття від корпусу, що рухається приблизно з постійною швидкістю, дають в спектрі вузьку лінію на частоті відповідної швидкості руху Рухи ніг І рук при ходьбі створюють частотну модуляцію, яку в першому наближенні можна вважати гармонійної, з темпом рівним періоду ходьби Т Девіація частоти рассеивающего елемента ноги змінюється від максимального значення, рівного доплеровскому зміщення частоти лінії корпусу для ділянки стопи, що стикається в процесі ходьби з землею до нуля – для ділянки ноги прикріпленою до тулуба безпосередньо Під час руху стройовим кроком темпи махів рук і ніг однакові Мах вперед лівою ногою йде під мах вперед правою рукою Максимальні девіації частоти, викликані рухом рук ^ COj ^ і ніг

співвідносяться як відношення довжини руки до довжини ноги Аналітичний сигнал людини

ά {ί), в припущенні про однаковість девіації

Рис 1 Спектрограми віддзеркалень від людини

Fig 1 Spectra of human echo

женіях простежуються спектральні компоненти зі швидкостями від нуля до подвоєною швидкості переміщення корпусу

частоти, викликаної рухом лівої і правої ніг, а також лівої і правої рук можна записати у вигляді:

де– Несуча частота і частота

Доплера відповідно а = Стандартна веб, σ ^,, β = ставлення ЕПР ноги СГД, і відповідно руки СГД ^ до ЕПР тулуба з головою Vq – швидкість руху людини φ (ί) = ωcos (27rt / Т) – фаза розсіяного ногами сигналу = {1 ^ І ^) – відношення девіацій частот сигналів розсіяних від рук і ніг Подібна модель у вигляді чотирьох коливних маятників може використовуватися і для опису руху тварин Розгляд динаміки зміна поточних спектрів, обумовлені маховими рухами ніг і рук і викликаної цим частотної модуляцією розсіяного сигналу, може бути корисно для формування ознак розпізнавання людини і тварин Так існує звязок між швидкістю

руху Vq, темпом ходьби Т і довжиною кроку

У свою чергу, довжина кроку визначається довжиною кінцівок і, в кінцевому рахунку, зростанням людини При спокійному темпі ходьби / г / ХД = (2,8-2,9), зменшуючись / г = (1,6-1,7)

при бігу Аналогічно для кожного з типів живих істот існують свої дані, що звязують їх ріст і довжину кроку Таким чином, вимірюючи для розсіяного обєктом сигналу доплеровское зміщення частоти, а значить швидкість руху, а також темп кроків, наприклад за величиною девіації частоти можна оцінити довжину кроку і зростання обєкта

Слід зазначити, що для тварин, на відміну від людини характерно однакове значення девіації частоти розсіяного сигналу, викликане рухом кінцівок, що може використовуватися для розпізнавання людини від тварин Пропонована модель дозволяє пояснити спостережувані в експерименті особливості спектральної структури розсіяного сигналу Так при русі ноги вперед (маху) в спектрі буде присутній лінія корпусу і пєдестал від нульової частоти до подвоєної частоти Доплера Ширина цього пєдесталу по осі частот зменшується в процесі руху тулуба від опорної ноги до махової Коли обидві стопи обох ніг – толчковой і маховою стикаються з поверхнею пєдестал вироджується в лінію корпусу Коли ж ноги в процесі руху складають з тулубом пряму лінію локальна швидкість переміщення рассеивающих елементів на їх поверхні максимальна і пєдестал у спектрі має найбільшу ширину

III                                  Висновок

Запропоновано методику, що дозволяє з вимірювання доплерівського зсуву частоти і девіації розсіяного обєктами сигналу здійснити їх розпізнавання

APPLICATION OF PENDULUM SWING MODEL FOR EXPLANATION OF RADIOWAVES BACKSCATTERING FROM BIOLOGICAL OBJECTS IN SHF AND HF WAVEBANDS

V             I Lutsenko, \ V Lutsenko, G \ Khlopov Usikov Institute of Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine

12, Akademika Proskury, Kharkov, 61085, Ukraine Tel: (0572) 448593, e-mail: lutsenko@irekharkovua

Abstract – Proposed in this paper is the model considering biological object motion, which allows explaining the peculiarities of scattered signals spectra, which are caused by their frequency modulation The approach proposed allows formulating information features in order to distinguish reflection from human and animals

I                                         Introduction

Presented in this paper are the results of experimental study of backscattering from people, birds and animals, the model provided is considered The investigations have been carried out using coherent systems of pulse and continuous radiation modes of millimeter and centimeter wavebands (10 cm , 3 cm, 8 mm, 4 mm and 2 mm)

II                                        Main part

For Doppler spectra of scattering from all objects (people, animals, birds) the presence of dominant 10-20dB line is typical It is caused by object body and its Doppler frequency translation corresponds to speed projection onto radiation direction

Birds For the body spectral line the change of Doppler frequency translation during free soaring is typical, that is enriched by high-frequency and low-frequency components during flapping

People For scattering from men and animals around body line higher and lower it by frequency at levels – (10.. 15) dB relative to the body line the flashes ofthe spectral density at the rate of steps and hands movement are observed It explained that the speed range of single elements of jogging leg is distributed from zero to body movement speed, and the fly leg during its carrying forward from body movement speed to double speed In the coordinate system concerned with the men body the hands and legs movement we could consider as the swing ofthe harmonic pendulum as a first approximation Scattering from the body moving approximately with steady speed gives in the spectrum the narrow line at the frequency corresponding to the movement speed The movement of legs and hands during walking result in frequency modulation The modulating signal as a first approximation we can consider as harmonic at the frequency equal to the walking rate Such model as four oscillating pendulums we can use for the animal movement description as well Measure the Doppler frequency translation for the signal scattered from the object and the step rate as well eg by frequency deviation we can estimate step length and the object height

III                                       Conclusion

Proposed is the method allowing by Doppler frequency translation measurement and deviation of the signal scattered from the object to recognize the biological objects is proposed

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р