ЭкологияОбразоватДеятельности / СРС / Задания на составлоения УММ / Радиомониторинг / РадиомониторингОкрСреды

Название дисциплины: Радиомониторинг окружающей среды

Закрепленные компетенции

ПК-7 – знать теоретические основы экологического мониторинга, нормирования и снижения загрязнение окружающей среды, техногенных систем и экологического риска; обладать способностью к использованию теоретических знаний в практической деятельности;

ПК-9 – Владеть методами прикладной экологии, экологического картографирования, экологической экспертизы и мониторинга; владеть методами обработки, анализа и синтеза полевой и лабораторной экологической информации и использовать теоретические знания на практике.

Трудоемкость – 2 ЗЕТ (108ч), из них: лекции 18 ч, практика -36 ч, СРС – 54 ч.; семестр, зачет

Материал для работы.

Радиомониторинг — деятельность по изучению и контролю радиообстановки.

Области применения радиомониторинга:

Измерения и контроль за радиоэлектронными средствами, предназначенными для передачи (излучения) электромагнитных волн различных диапазонов, с целью обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) различных средств связи, выполнения санитарных норм и законодательных ограничений.

Получение информации о работающих передатчиках в определённой местности (или в пределах объекта), определение их типа, основных характеристик, количества и демодуляция/декодирование передаваемой информации с целью их обнаружения или контроля.

Обнаружение, наблюдение, перехват и обработка данных, полученных при помощи средств радиомониторинга, как средство оперативного получения информации (радиоразведка — разновидность радиомониторинга).

Главным средством для радиомониторинга является — радиоприёмное устройство (РПУ — устройство, предназначенное для приёма радиосигналов) предназначенное для работы в определённом диапазоне частот. В зависимости от задачи это может быть радиоприёмник или анализатор спектра. Важнейшим элементом радиоприёмного устройства является антенна, которая выбирается в зависимости от диапазона частот, задачи и условий применения РПУ. Оборудование для радиомониторинга может быть рассчитанным как на определённый диапазон частот и тип сигналов, так и быть широкополосным, универсальным. РПУ может быть оборудовано различными демодуляторами, устройствами визуального отображения и регистрации радиосигналов, возможностью записи, различными средствами технического анализа. Обычно РПУ специально предназначенное для радиомониторинга имеет специальные функции для поиска радиосигналов, таких как поиск в заданном диапазоне или сканирование ячеек памяти, отображение спектра в реальном времени или его записи, автоматическая регистрация (запись) сигналов на выходе демодулятора. РПУ часто является частью комплекса специально предназначенного для радиомониторинга и находится под управлением компьютера, который управляет РПУ, обеспечивает интерфейс, регистрирует данные. Комплекс для радиомониторинга может иметь дистанционное управление, например с целью пеленгации радиосигналов или удаленного наблюдения за электромагнитной обстановкой. РПУ бывают автономными, с собственными органами управления.

По характеру применения можно разделить РПУ на: портативные; носимые/мобильные; стационарные.

Один из популярных современных РПУ предназначенных для радиомониторинга в носимом или стационарном варианте: miniport EB-200 производства Rohde&Schwarz. Этот измерительный приёмник обладает высокими характеристиками, его чувствительность, динамический диапазон (по забитию и интермодуляции 3-го порядка) не хуже чем у многих приёмников эксплуатируемых только в стационарном варианте. Имеет свои органы управления для автономного использования и может управляться при помощи специального программного обеспечения, что улучшает функциональность и скорость работы.

В качестве портативных широкодиапазонных приёмников с поисковыми функциями часто используют — AR8200mk3 (пр-во AOR) и IC-R20 (пр-во ICOM) или их аналоги.

Методы радиомониторинга. Поисковые способы — основаны на перестройке приёмника в заданной полосе частот. При значительном времени разведки позволяют обнаружить и измерить несущую частоту с высокой точностью. Просмотр частотного диапазона производится, как правило, по пилообразному закону периодически с периодом перестройки .

В зависимости от соотношения периода перестройки и длительности сигнала , который необходимо обнаружить, различают три способа поиска: медленный поиск, быстрый поиск, поиск со средней скоростью.

При медленном поиске время перестройки приёмника на ширину его полосы пропускания больше периода повторения сигнала. Медленный поиск хорошо подходит для обнаружения постоянно работающих радиоэлектронных средств. При этом точность определения частоты очень высокая. Серьёзным недостатками медленного поиска являются большое время обнаружения сигнала и малая вероятность разведки кратковременно работающих радиоэлектронных средств. Для преодоления этого изъяна, приходится увеличивать ширину полосы пропускания приёмника, что приводит к снижению чувствительности.

При быстром поиске время перестройки приёмника во всём диапазоне очень мало, а скорости перестройки очень велики (сотни и тысячи мегагерц в микросекунду) [1]. При данном способе поиска высока вероятность обнаружения кратковременно работающих радиоэлектронных средств за один период перестройки приёмника, однако разрешающая способность и точность определения частоты по сравнению с медленным поиском ниже, что связано с инерционностью резонансных цепей приёмника.

При поиске со средней скоростью (вероятностом поиске), обнаружение кратковременных сигналов не гарантируется в течение одного периода перестройки, остальные же параметры оказываются достаточно хорошими для целей радиомониторинга.

Беспоисковые способы — основаны на одновременном приёме сигналов в широком диапазоне рабочих частот без перестройки гетеродинов или фильтров. Время разведки частоты действующих радиоэлектронных средств может быть очень малым, так как все составляющие спектра выявляются одновременно и практически мгновенно. Типы беспоисковых методов:

интерференционные способы,

использование одноканальных приёмников,

использование многоканальных приёмников.

Интерференционный способ основан на известной зависимости сдвига фазы от длины пути и частоты. Cигнал с выхода антенны разветвляется на две фидерные линии различной длины. После прохождения этих линий происходит временное смещение сигналов. Полученные сигналы нормируются по уровню и вычитаются. Достоинством интерференционного способа является простота реализации аппаратуры, недостатком — снижение точности при расширении диапазона разведки и низкая чувствительность.

Одноканальные приёмники широкополосны: их полоса пропускания равна диапазону разведываемых частот. Простейший широкополосный приёмник прямого усиления состоит из антенны, демодулятора, видеоусилителя и индикатора. Точность определения частоты и чувствительность низкие. Одноканальные приёмники применяются для лишь для установления самого факта облучения.

Многоканальные приёмники обеспечивают высокую точность определения частоты. Это связано с тем, что рабочий диапазон частот разделяется системой фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу. Многоканальные приёмники применяются для грубого определения частоты и типа радиоэлектронного средства. Число каналов в них достигает нескольких десятков.

Пеленгаторы — устройства для определения направления на источник излучения. Пеленгаторы делятся на поисковые, в которых направление на источник излучения определяется последовательным просмотром исследуемого пространства (например, поворотом остронаправленной антенны) и беспоисковые, которые определяют направление на источник излучения практически мгновенно. Высокая точность пеленгации достигается применением большого количества антенн. Пеленгаторы используются в радионавигации. Поиск по направлению может быть быстрым и медленным.

Исходя из задач радиационного мониторинга потенциально опасных объектов, мест большого скопления людей,а также для минимизации последствий природных и техногенных катастроф,вызвавших радиоактивное заражение,в ЦНИИ РТК (Санкт-Петербург) разработан целый ряд технических средств для предотвращения и ликвидации последствий таких катастроф. Среди них комплексы воздушной, наземной и подводной разведки, мобильные радиологические лаборатории, носимые приборы и целое семейство мобильных роботов.

Экспресс-анализ радиационной обстановки носимыми приборами используется традиционно, но является малоэффективным.На вооружении войск РХБЗ находятся комплексы разведки и поиска источников ионизирующих излучений (КРПИ), разработанные в ЦНИИ РТК, позволяющие производить наземный и воздушный мониторинг с дальнейшей обработкой результатов измерений в вычислительном центре. Эти комплексы позволяют решать такие задачи, как определение границ радиоактивного заражения; дистанционное измерение мощности экспозиционной дозы; обнаружение и определение местоположения точечных источников нейтронного и гамма-излучений; построение карты дозных полей. При этом максимальная эффективность обследования больших территорий (до 50 км2/ч) достигается использованием воздушных комплексов, установленных на вертолете МИ-8МТ.

Однако опыт проведения радиационной разведки при ликвидации последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» в Японии показывает необходимость применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в тех областях, где пребывание человека становиться смертельно

опасным.

Современный уровень развития электронных компонентов вполне позволяет разрабатывать автономную аппаратуру

радиационного контроля с малыми массами, габаритами и низким энергопотреблением, что требуется для установки на БПЛА. Увы, вопрос применения данных аппаратов в России до сих пор не имеет должного законодательного обемпечения,что тормозит развитие этого перспективного направления.Другим актуальным направлением

применения автоматизированных средств радиационного контроля являются дистанционно управляемые мобильные робототехнические средства, позволяющие осуществлять поиск локальных источников гамма-излучения в диапазоне до 104 Р/ч на труднодоступных участках местности.

Робот-разведчик, разработанный в ЦНИИ РТК, имеет аппаратуру гамма-наведения, позволяющую найти и, с помощью захватного устройства, изолировать источники или зараженные предметы. Таким образом, риски облучения для обслуживающего персонала минимизируются.

Прототипы таких роботов-разведчиков использовались еше при ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.

Также актуальным является применение спектрометрических комплексов для радиационной разведки и мониторинга водных акваторий, позволяющих определять объемную активность гамма-излучающих искусственных и естественных радионуклидов в воде с помощью глубоководных капсул. Такие комплексы используются при мониторинге акватории в местах затопления военной техники и в экологических целях.

Контроль за перемещением радиоактивных материалов и пресечение их несанкционированных перевозок осуществляется на выездах с территории радиационно опасных объектов и на таможенных пунктах пропуска, однако при современной опасности техногенных катастроф и возможности использования «грязных» бомб, необходимо внедрение стационарных постов радиационного контроля в аэропортах, на вокзалах.

Перспективным является применение аналогичных постов на автотрассах с установкой блоков детектирования непосредственно над полосами движения.Мозговыми центрами систем радиационного контроля являются стационарные или передвижные лаборатории,позволяющие производить детальный спектральный анализ.

Существующее программное обеспечение позволяет автоматически идентифицировать до 50 радионуклидов в пробе одновременно.Многие системы радиационного контроля позволяют определять координаты местности с помощью ГЛОНАСС/GPS-навигации.Применение же космических аппаратов для дистанционного зондирования земли позволит принципиально расширить территорию охвата с обработкой первичной информации, осуществлением картографирования,оценкой текущей ситуации, а также выработкой рекомендаций по принятию оперативных мер в случае возникновения критической ситуации.

Литература для подготовки

1. Рембовский А. М Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Рембовский А. М, Ашихмин А. В., Козьмин В. А. Учебник для вузов под ред. А. М. Рембовского. - "Горячая Линия Телеком", 2010г, 624 стр.

2. Сайт компании «Иркос» [http://www.ircos.ru/zip/cat2010.pdf] (последнее обращение 10.09.12г)