Создание систем радиовидения – одно из научных направлений кафедры радиофизики РФФ. А использовать их можно очень широко.

За двумя зайцами
Тот, кто летает самолетами, хорошо знаком с процедурой досмотра перед посадкой. Заходишь в небольшую кабинку, пара секунд – и сканер определяет, нет ли у тебя запрещенных предметов. Быстро, удобно и практически безопасно. Но есть у этой системы, кстати, американской, и недостатки.
– Работает она в миллиметровом диапазоне длин волн, и поэтому от нее довольно легко защититься, – говорит зав. кафедрой радиофизики профессор В.П. Якубов. – Например, можно намочить пиджак в том месте, где что-то спрятано, так как радиоволны этой длины плохо проникают сквозь воду. Еще один недостаток – не очень высокое разрешение, флэшку или сим-карту таким способом не найти. Ну и стоит это удовольствие огромные деньги.
Владимир Петрович хорошо знает, о чем говорит. На кафедре уже более 10 лет занимаются разработкой методов радиоволновой томографии, в том числе и для систем безопасности. Она позволяет увидеть диэлектрические опасные предметы, которые «не замечают» металлодетекторы, например, керамические ножи и пистолеты, бинарные жидкости.
Чтобы «разглядеть» объект, спрятанный под одеждой, нужно использовать микроволны с длиной волны существенно (в десятки раз) меньше размера самого предмета. Но они не очень хорошо проникают внутрь, так как в зондируемом пространстве есть вода, которая хорошо экранирует от микроволн. Длинные волны (более низких частот) проникают лучше, но мелкие предметы с их помощью не разглядеть. И встает вопрос – как сделать, чтобы было видно все и при этом хорошо. Сотрудниками кафедры был найден «компромисс» – сверхширокополосные системы. Это излучение, в спектре которого содержатся как высокие, так и низкие частоты, что дает и очень высокое разрешение, и достаточно глубокое проникновение.

Как на фотографии
Первая модель радиотомографа была создана на кафедре еще в 2000 году. С его помощью можно было увидеть полупрозрачные объекты в атмосфере. Тогда ученик В.П. Якубова магистрант С.А. Славгородский получил за эту работу золотую медаль РАН.
– Сейчас мы пытаемся разрабатывать системы радиоволновой томографии скрытых объектов, причем в локационном варианте, когда передатчик и приемник располагаются с одной стороны от объекта, – рассказывает Владимир Петрович. – Например, для рентгена это не применимо – приемник должен располагаться за объектом зондирования, что не всегда возможно. Если с помощью радиоволн зондировать объекты, то становится возможным увидеть их внутреннюю структуру на экране дисплея без разрушения самого объекта.
Но прозондировать объект это еще полдела. Разглядеть что-то конкретное в полученном радиоизображении сразу практически невозможно – оно все размыто. И вторая не менее важная задача – найти такие методы фокусировки излучения, которые бы позволили распознать скрытый предмет.
– Мы разработали технологию высокого разрешения с использованием радиоволн, которая сочетает программно-аппаратные средства. Что это означает? Измерение происходит с помощью антенн, а дальше сигналы обрабатываются на компьютере. Но это тоже надо уметь делать. Чтобы сфокусировать изображения, используя метод синтезирования большой апертуры, надо знать, как излучался сигнал, как распространялся и как принимался. Далее провести его обратное преобразование, выделив встретившиеся на пути неоднородности. Тогда получается изображение, которое почти не отличается от фотографии. Оказывается, наши методы по точности не уступают известным методам, а по быстродействию превосходят их – обработка происходит фактически в режиме реального времени.
Программа обработки изображений, созданная на кафедре, привела в восторг коллег из Института неразрушающих методов контроля качества им. Франгофера (Германия), с которыми ученые-радиофизики сотрудничают уже несколько лет. Буквально «на спор» наши ученые за неделю обработали данные, предоставленные немецкими коллегами, и получили четкую картинку, причем не в плоском, а трехмерном варианте. До того у немецких партнеров на это уходило по полгода. В результате они просто купили томскую программу.

Раскрытые возможности
Радиолокационная томография может использоваться в разных направлениях. Например, для поиска диэлектрических противопехотных мин – по этой теме защитил диссертацию Д.Я. Суханов, для распознания удаленных целей – диссертация С.Э. Шипилова, для томографии леса – предмет диссертации А.В. Клокова. Кстати, недавно его пригласили в Японию для измерения толщины льда с помощью радиоволн.
– А мы и сами хотим заняться этой проблемой вместе со специалистами из Бурятского научного цента РАН (Улан-Удэ) – зондированием льда на Байкале, – добавляет В.П. Якубов. – Когда Байкал замерзает, то внутренняя поверхность льда становится неровной из-за теплых ключей, которые вымывают лед. Измерив нижний рельеф льда, можно определить расположение этих ключей.
Совместно с коллегами из Бурятии, среди которых немало и выпускников кафедры, была организована целая серия измерений по радиотомографии разных диэлектрических объектов. И во время одного из экспериментов обнаружилось любопытное явление. При использовании так называемых уголковых отражателей, благодаря которым сигнал отражается точно в обратном направлении, можно было как бы «подсветить» объект, не отражающий назад. Но самое интересное то, что этот эффект возможно использовать для обнаружения самолетов-невидимок. Достаточно на подступах к охраняемой территории поставить несколько уголковых отражателей. Принцип действия прост: излучение радиолокатора, отражаясь от самолета, попадает на уголковый отражатель и снова возвращается к самолету и далее в радиолокатор. Получается своеобразная пассивная «подсветка» самолета, который в результате становится видимым. И никакие дорогостоящие приспособления для этого уже не нужны. Явление, казалось бы, «на виду», но до сих пор оно не было описано. Первая публикация за радиофизиками ТГУ.
Кстати, о невидимках. Сделать предмет совершенно невидимым – вовсе не из области фантастики. На кафедре радиофизики активно ведутся исследования в этой области, в которых с интересом принимают участие и студенты.
Но это уже другая история...

Наталья Шарапова