Средства и системы для защиты периметров объектов. Современные системы охраны периметров: радиоволновые и радиолучевые периметральные системы Определение направления перемещения

2.5 Радиоволновые средств обнаружения

2.5.1 Назначение, основные характеристики и виды радиоволновых и радиолучевых извещателей

Радиоволновые (РВСО) и радиоволновые линейные (РЛСО) средства обнаружения получили широкое распространение при защите периметров объектов.

Различие между РВСО и РЛСО состоит в способе формирования чувствительной зоны: РВСО использует ближнюю зону распространения радиоволн (менее 10λ ); РЛСО - дальнюю зону (более 100λ ).

В зависимости от принципа действия различают активные или пассивные РВСО и РЛСО.

Пассивные РВСО и РЛСО используют собственное излучение объекта обнаружения или вызываемое им изменение электромагнитных полей (ЭМП) внешних источников (как правило, вещательных теле- и радиостанций).

Активные РВСО и РЛСО используют собственные ЭМП для формирования зоны обнаружения.

Различают одно- и двухпозиционные РВСО и РЛСО. Однопозиционные имеют общий блок приемопередатчика (пассивные РВСО и РЛСО всегда являются однопозиционными), двухпозиционные имеют разнесенные блоки передатчика и приемника.

Пассивные РЛСО применяются для обнаружения нарушителей, имеющих собственное электромагнитное излучение. Например, нарушителя, имеющего на руках какое-либо электрооборудование, использующего микроробота, малоразмерный летательный аппарат и т.д.

Активные однопозиционные РЛСО включают в себя:

Однопозиционную РЛС;

Нелинейный радиолокатор;

Однопозиционное микроволновое СО.

Однопозиционные РЛС метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов применяются для контроля территории, прилегающей к особо важным объектам, охраны береговой полосы, прибрежной зоны и ближней разведки в условиях боевых действий. Различают стационарные, мобильные (установленные на автомобиле или БТР) и носимые РЛС.

Нелинейный радиолокатор использует широкополосный сигнал специальной формы и предназначен для обнаружения человека за неподвижными физическими преградами и укрытиями (деревянными, кирпичными и железобетонными стенами, перекрытиями и т.п.).

Однопозиционные микроволновые СО используются для временного блокирования разрывов в заграждении, охраны объемов помещений, входов в охраняемые здания, для перекрытия "мертвых зон" при охране периметров РЛСО, организации скрытых рубежей блокирования в охраняемых помещениях.

Примечание. "Мертвой зоной" называются участки пространства в зоне обнаружения или разрывы в зоне обнаружения, где вероятность обнаружения меньше заданной.

Данные СО работают в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Для обнаружения используется изменение расположения стоячих волн в охраняемом объеме (при появлении объекта обнаружения) либо проявление эффекта Доплера (при движении объекта обнаружения).

Двухпозиционные РЛСО работают в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах и используются для блокировки периметров объектов, мест временного расположения войсковых подразделений, грузов и т.п. Полезный сигнал формируется за счет изменения объектом обнаружения (нарушителем) сигнала связи на входе приемника.

Двухпозиционные РВСО работают в декаметровом, метровом и дециметровом диапазонах длин волн и используются для блокировки периметров объектов и организации скрытых рубежей охраны. В качестве антенных систем здесь применяются радиоизлучающие (РИ) кабели (другое название - линия вытекающей волны (ЛВВ), а также кусочно-ломаные двух- и однопроводные линии (другое название - линия Губо).

Зона обнаружения СО - это участок, появление в котором объекта обнаружения (в идеале нарушителя) вызывает возникновение полезного сигнала с уровнем, превышающим уровень шума или помехи.

За границей зоны обнаружения располагается зона отчуждения - это зона, появление в которой группы людей, перемещение техники или колебание кустов, деревьев может привести к превышению полезным сигналом порогового значения и выдаче СО ложной тревоги.

При выполнении требований к инженерной организации в зоне обнаружения СО обеспечивает заданную (описанную в паспорте на изделие) вероятность обнаружения Р обн. .

Вероятность обнаружения - это вероятность того, что СО обязательно сформирует извещение о тревоге при пересечении или вторжении в зону обнаружения нарушителя в условиях и способами, оговоренными в нормативной документации. Как правило, зарубежные фирмы указывают в качестве вероятности обнаружения СО несмещенную оценку вероятности обнаружения:

где N исп - число испытаний по преодолению зоны обнаружения СО; М - число пропусков нарушителя (экспериментов, в которых не сработало СО). Например, если при пересечении ЗО в количестве 100 раз не было пропусков нарушителя, т.е. СО выдало 100 раз сигнал "Тревога", то вероятность обнаружения СО составляет 0,99, а не 1, т.к. это несмещенная оценка математического ожидания вероятности обнаружения нарушителя.

В отечественной практике под вероятностью обнаружения, как правило, понимается нижняя граница доверительного интервала, в котором с доверительной вероятностью (как правило, от 0,8 до 0,95) лежит истинное значение вероятности обнаружения. То есть под вероятностью обнаружения понимается величина

где Р * - среднее частотное значение вероятности обнаружения, определяемое выражением

t ɣ - коэффициент Стьюдента для данного числа испытаний N исп и выбранной доверительной вероятности.

Полезным называют сигнал, возникающий на выходе чувствительного элемента при преодолении или вторжении в зону обнаружения нарушителя (при отсутствии возмущающих факторов любой природы, не связанных с вторжением или преодолением нарушителем зоны обнаружения).

Другим важным параметром СО является частота ложных тревог N лс , определяемая выражением

где Т лс - время (период) наработки на ложное срабатывание.

Доверительный интервал для оценки средней наработки на ложную тревогу задается граничными значениями Т 1 и Т 2 , определяемыми из соотношений:

где Т исп - продолжительность испытаний; N - число испытываемых образцов; λ 1 - нижняя оценка параметра распределения Пуассона; λ 2 - верхняя оценка параметра распределения Пуассона.

Сигналом от воздействия помехи (далее по тексту - помеха) называется зависимость электрической величины (напряжения или тока) от времени на выходе чувствительного элемента (ЧЭ) СО при воздействии на него возмущающих факторов любой природы, не связанных с вторжением или преодолением объектами зоны обнаружения.

Возмущающим воздействием называется воздействие на ЧЭ СО, приводящее к возникновению помехи или искажающее форму полезного сигнала.

Примером возмущающего воздействия могут служить порыв ветра, снег, дождь; кошки и собаки, перемещающиеся в зоне обнаружения, транспорт и др.

Флуктуационной помехой называют помеху, являющуюся непрерывным случайным процессом, описываемым своими многомерными функциями распределения.

Импульсной помехой называют помеху, представляющую собой случайную последовательность импульсов, описываемую моментами появления импульсов и их видом.

Причиной пропуска полезного сигнала является маскирующее действие помехи, полностью или частично компенсирующей полезный сигнал, либо отсутствие в полезном сигнале характерных признаков, позволяющих отличить его от сигнала помехи, что не приводит к формированию сигнала тревоги СО.

При определении вероятности обнаружения СО, выпускаемых в больших объемах, могут применяться методики, использующие кроме доверительного интервала и доверительной вероятности риск заказчика и риск изготовителя.

Например, по отечественной методике оценки аналогичное СО будет иметь вероятность обнаружения не более 0,9.

2.5.2 Передатчик, антенная система и приемник как блок формирования полезного сигнала

Пусть имеется РЛСО с антенной системой, состоящей из двух одинаковых антенн (рисунок 23) с размерами D B по вертикали и D Г по горизонтали, установленных на высоте Н а от поверхности земли параллельно забору на расстоянии А от него и на расстоянии L друг от друга. Диаграмма направленности антенны определяется углами Ө В/2 и Ө Г в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно.

При этом возможны следующие случаи:

1) антенную систему можно рассматривать как состоящую из точечных антенн, если выполняются условия: и ;

2) антенную систему необходимо рассматривать как имеющую конечный размер, если приведенные выше условия не выполняются.

Мощность, излучаемая передающей антенной Р изл , связана с мощностью, наводимой в приемной антенне Р пр , при расположении антенн в свободном пространстве выражением , где λ - длина волны РЛСО; G λ - коэффициент усиления антенны.

Влияние подстилающей поверхности на работу РЛСО показано на рисунке 24. При увеличении расстояния L между антеннами принимаемый сигнал имеет колебательный характер и затухает (рисунок 24а). При увеличении высоты подвеса антенн H а принимаемый сигнал имеет колебательный характер и возрастает, стремясь к значению принимаемого сигнала для свободного пространства (рисунок 24б). Аналогичная картина наблюдается и при увеличении расстояния А до протяженного предмета - забора, стены (рисунок 24 в).

Известно, что при распространении радиоволн от передающей к приемной антенне образуется сложная интерференционная картина. Для большинства РЛСО и большой протяженности зоны обнаружения справедливо условие дифракции Френеля.

Известно также, что область СВЧ рассеяния (D >> λ ) по отношению характерного размера объекта D к радиусу первой зоны Френеля R 1 подразделяется следующим образом:

D/R 1 >> 1 - условие геометрической оптики;

D/R 1 ≈ 1 - условие дифракции Френеля;

D/R 1 << 1 - условие дифракции Фраунгофера.

Процесс образования сигнала в РЛСО происходит следующим образом.

Человек - нарушитель при движении поперек участка последовательно перекрывает зоны Френеля (рисунок 25). При этом человек с высокой степенью точности моделируется при перемещении в "рост" и "ползком" прямоугольником с габаритами человека (рисунок 25а), при перемещении "согнувшись" - двумя прямоугольниками. Сигнал на входе приемника имеет форму, показанную на рисунке 25б.

Рисунок 25 - Процесс образования сигналов РЛСО: а - зоны Френеля, б - сигнал на входе приемника

Радиус m-й зоны Френеля , а наибольший радиус зоны Френеля, определяющий ширину зоны обнаружения, составляет .

Соответственно, отношение D/R 1 выражается через расстояние от точечного источника ЭМП до объекта r 1 , расстояние от объекта до точки наблюдения (приемника) r 2 и длину волны λ следующей формулой:

.

Основные размеры человека при различных способах перемещения, влияющие на параметры полезного сигнала, показаны на рисунке 2.20.

Чтобы уменьшить «мертвую зону» при обнаружении ползущего человека необходимо устанавливать большую антенну (Dв ≥ 1,5 м).

В соответствии с размерами животных, обитающих на данном объекте, и их возможными путями продвижения определяется уровень импульсных сигналов помехи.

Другой тип помехи - от подстилающей поверхности. Общие требования к РЛСО по подстилающей поверхности следующие:

Неравномерность поверхности не более 30 см;

Трава и снежный покров не более 30 см.

Полоса частот полезного сигнала определяется минимальной и максимальной шириной зоны (участка) обнаружения, а также минимальной и максимальной скоростью перемещения нарушителя. Соответственно для конкретного СО при уменьшении длины участка блокирования возможно обнаружение более медленно движущегося нарушителя.

Для обеспечения совместной работы нескольких СО применяется амплитудная модуляция зондирующего сигнала разными частотами. Временное разделение, требующее взаимной синхронизации, применяется редко.

Для уменьшения влияния изменений состояния подстилающей поверхности на уровень полезного сигнала в радиоволновых линейных средствах обнаружения применяются автоматическая регулировка усиления АРУ или логарифмический усилитель.

В современных радиоволновых линейных средств обнаружения, использующих цифровые методы обработки, как правило, имеется возможность настройки на длину блокируемого участка, максимальную и минимальную скорость движения нарушителя.

2.5.3 Линейные радиоволновые извещатели для охраны периметров

В главе 2.5.3 рассмотрены современные тенденции развития и технические решения, определяющие качественный уровень извещателей.

2.5.3.1 Повышение надежности

Применение в извещателях микросхем высокой степени интеграции (например, микроконтроллеров) и цифровых технологий обработки сигнала;

Разработка транзисторных генераторов радиосигнала.

Это позволяет существенно повысить надежность работы изделий. Появление таких извещателей стало возможным после освоения массового производства компонентов, поэтому они появились практически одновременно как у отечественных производителей, так и иностранных. Примерами первых подобных технических решений были извещатели ERM0482X итальянской фирмы "CIAS ELECTRONICA", "РАДИЙ-2" производства ЗАО "Фирма "ЮМИРС", "INTELLI-WAVE" канадской фирмы "SENSTAR-STELLAR". Массовый переход к этой элементной базе можно считать уже свершившимся фактом. Извещатели, основанные на старой элементной базе, выпускаются до сих пор, но, вероятно, это временно.

Дальнейшее существенное повышение надежности извещателей маловероятно, так как уже сейчас основная часть нарушений функционирования при эксплуатации связана не с отказом техники, а с тем, что при проектировании и установке извещателей не принимаются во внимание рекомендованные требования к ограничениям по их эксплуатации.

2.5.3.2 Снижение стоимости изделия

Другая существующая тенденция развития - снижение стоимости в целях повышения доступности извещателей. Большинство отечественных и ряд зарубежных предприятий поддерживают эту тенденцию, что связано, прежде всего, с усиливающейся конкуренцией на рынке ТСОС и стремлением производителей расширить область применения. Снижение цены достигается в основном за счет снижения себестоимости изделий при применении современных технологий и элементной базы, а также уменьшением доли накладных расходов при увеличении объема производства.

Вместе с тем американские производители и ряд отечественных производителей не торопятся снижать цены, затрачивая существенные средства, включаемые в себестоимость продукции, на техническую поддержку служб эксплуатации.

В ближайшей перспективе ценообразование на рынке соответствующих технических средств будет определяться выбранными разработчиками вариантами (идеологиями) развития предприятий, возможности дальнейшего снижения стоимости продукции пока ограничены.

2.5.3.3 Технические решения по увеличению надежности обнаружения радиоволновыми линейными средствами обнаружения

Оптимизация размеров зоны обнаружения

В настоящее время широко внедряются разработки по оптимизации размеров зоны обнаружения. Техническое решение по оптимизации размеров зоны обнаружения достигается в основном двумя способами: увеличением частоты излучения и применением ассиметричных планарных антенн.

1. Эффективное сужение зоны обнаружения достигается за счет использования более высокой рабочей частоты извещателей. При этом уменьшается радиус зон Френеля, существенно влияющих на ширину зоны обнаружения.

Использование большей частоты позволяет при тех же габаритах изделий использовать более узконаправленные антенны, что уменьшает чувствительность к помехам от движения вблизи границ зоны обнаружения. Извещатели, использовавшие частоту 24 ГГц и выше, существовали и ранее, но высокая стоимость СВЧ узлов ограничивала их применение именно там, где они были нужны больше всего (на объектах в густонаселенных городах, в аэропортах).

Появление транзисторов, работающих на указанных частотах, позволило создать относительно недорогие передающие и приемные узлы, снизить материалоемкость изделий за счет применения полосковых антенн, повысить качество и надежность их работы.

Примером реализации этого решения является извещатель "Радий-7", разработанный в 2009 г. При дальности действия 300 м (при этом запас по мощности принимаемого радиосигнала составляет более 18 дБ) его стоимость вполне сопоставима со стоимостью радиоволнового извещателя для периметров, работающего в традиционном трехсантиметровом диапазоне длин волн. В настоящее время проведены квалификационные испытания извещателя "Радий-7" с рабочей частотой 24 ГГц. Использование автоматической настройки в совокупности с прибором контрольным универсальным позволило получить извещатель с хорошими техническими и стоимостными показателями.

Применение рабочей частоты в диапазоне (24150±100) МГц позволяет устанавливать извещатель "Радий-7" на объектах аэропортов. Эта частота не влияет на работу радиолокационных станций (как установленных в аэропорту, так и на авиалайнерах).

Извещатель "Линар 200" также имеет (в одном из рабочих режимов) достаточно узкую ширину зоны обнаружения и допускает проезд автотранспорта на расстоянии не менее 2 м от центральной оси извещателя, но по электромагнитной совместимости "Радий-7" предпочтительней для охраны периметра аэропорта.

Привлекательность использования частот генерации более высокого диапазона, чем используемые в настоящее время, объясняется хотя бы тем, что существует определенная зависимость между излучаемой частотой и шириной зоны обнаружения, при этом, чем частота больше, тем меньше поперечное сечение зоны.

В отличии от многих разработчиков РЛСО и РВСО, использующих и изготавливающих сверхвысокочастотные (СВЧ) модули приемных блоков (извещатели диапазона 24 ГГц) по схемам прямого усиления с амплитудным детектором и модули передающих блоков с амплитудной модуляцией генератора, ЗАО "Фирма ЮМИРС" пошло по пути разработки цифровых генераторов и супергетеродинных приемников СВЧ с возможностью программного изменения их параметров.

В первом случае из-за разброса параметров аналоговых компонент такое решение не позволяет производителям СО получить стабильные параметры модулей СВЧ и их повторяемость при серийном производстве. Также неизбежны значительные затраты труда на «ручную» настройку модулей СВЧ, то есть качество настройки изделий напрямую зависит от «человеческого фактора».

Во втором случае цифровые генераторы СВЧ не нуждаются в «ручной» регулировке при изготовлении, их параметры могут задаваться и оперативно изменяться программным кодом. Такие генераторы обладают большей стабильностью работы и надежностью по сравнению с генераторами СВЧ, построенными на транзисторах или генераторных диодах.

В цифровых генераторах СВЧ имеется возможность программной установки конкретной частоты в пределах выделенной полосы, это позволяет установить несколько десятков частотных каналов для извещателей диапазона 24 ГГц. Такая особенность позволяет полностью избавиться от взаимного влияния извещателей на охраняемом объекте.

Инновационные решения воплощены в извещателе dHunt, представляющем собой микроволновый «барьер» радиочастотного диапазона 24 ГГц. Внешний вид извещателя приведен на рисунке 27.

На рисунке 28 представлен Тантал-200М - микроволновый «барьер» радиочастотного диапазона 24 ГГц.

При разработке новой модели извещателей серии «Тантал» использованы более современные и надежные электронные компоненты, в состав которых входит специализированный антенный модуль диапазона 24 ГГц, разработанный и производящийся в Германии, а также новый микропроцессор, разработанный фирмой «Texas Instruments» в 2011 году.

В результате модернизации улучшена помехоустойчивость, расширены функциональные возможности, снижена стоимость.

Технические характеристики и описание извещателя «Тантал–200»

Высокостабильный цифровой генератор СВЧ. Количество частотных каналов передатчика - 250 (шаг установки рабочей частоты - 1 МГц), что полностью исключает влияние извещателей друг на друга.

Супергетеродинный приемник с высокой чувствительностью. Это существенно повышает помехоустойчивость извещателей при воздействии различных помеховых факторов: электромагнитных помех, резких смен температуры окружающей среды, ливневых дождей, сильных снегопадов, изменений уровня снега и травы и т.д. Высокая помехоустойчивость к электромагнитным помехам обусловлена частотным диапазоном 24 ГГц и цифровой фильтрацией помех промышленных частот с глубиной подавления до 60 дБ.

Цифровая обработка сигналов позволяет исключить искажение входного сигнала, вызванное нелинейностью аналоговых элементов. Высокая производительность процессора позволяет уверенно обнаруживать нарушителя, двигающегося в широком диапазоне скоростей, на фоне различных видов помех, действующих одновременно.

Для настройки используется специальное программное обеспечение (ПО). Оно позволяет оперативно изменять функции обнаружения нарушителя и алгоритм принятия решения о выдаче извещения о тревоге. Имеется возможность установки регистрируемой скорости нарушителя и оптимальных порогов для выбранной дальности охраняемого рубежа.

ПО имеет сервисные функции: установка рабочей частоты (250 частотных каналов), установка сетевого адреса извещателя (от 1 до 254 при объединении в сеть по интерфейсу RS-485), запись состояния извещателя в энергонезависимой памяти (журнал тревог).

Извещатель имеет стандартный релейный выход и передачу извещения о тревоге или неисправности по интерфейсу RS-485, в том числе при отсутствии сигнала на входе ПРМ, выходе из строя ПРД или ПРМ, «засветке» ПРМ мощными источниками радиопомех.

Допускается установка вблизи заграждений и стен, без ухудшения параметров обнаружения нарушителя. Длина охраняемого рубежа - 200 м, ширина - до 1,5 м.

В настоящее время существуют извещатели с частотой излучения 61,25 ГГц. Электромагнитное излучение именно этой частоты интенсивно поглощается атмосферным кислородом (порядка 17 дБ/км). Благодаря этому свойству достигается решение как минимум двух тактических задач:

Обеспечение полной электромагнитной совместимости аппаратуры, работающей в этом диапазоне, с любым оборудованием;

Обеспечение максимально возможного маскирования электромагнитного излучения, а также скрытности работы.

Потенциальная возможность улучшения характеристик извещателя с частотой генерации 61,25 ГГц по сравнению с аналогами, кроме этого, обеспечивается тем, что поперечные размеры 1-й зоны Френеля, в пределах которой распространяется порядка 70% принимаемой электромагнитной энергии (т.е. собственно зона обнаружения), соизмеримы с размерами нарушителя.

В извещателях по схемам прямого усиления с амплитудным детектором и модулей передающих блоков с амплитудной модуляцией генератора используется значительно более низкий частотный диапазон (до 24 ГГц), при этом поперечные размеры зоны обнаружения значительно превышают поперечные размеры нарушителя. Относительное уменьшение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения составляет не более 10%. Регистрация таких изменений уровня сигнала неоднозначна в простых системах обработки сигнала в реальных условиях эксплуатации на фоне изменяющихся помех, уровень которых имеет тот же порядок. Такие помехи могут быть вызваны отражением от поверхности земли и окружающих предметов при изменении атмосферных условий, атмосферными явлениями, активными помехами от других источников электромагнитного излучения. Для борьбы с довольно значительным уровнем помех приходится использовать дополнительный арсенал средств: разрабатывать и вводить дополнительные алгоритмы обработки сигналов, увеличивать высоту установки антенн относительно земли, ужесточать требования к содержанию полосы отчуждения, что приводит к удорожанию аппаратуры и увеличению эксплуатационных расходов.

Несмотря на всю привлекательность создания РЛСО с частотой генерации 61,25 ГГц, практическая реализация этого устройства наталкивается на проблему создания СВЧ генератора, способного надежно работать в рассматриваемом диапазоне. Разработанный генератор на лавинно-пролетном диоде (ГЛПД) имеет недостаточный ресурс наработки на отказ и работает при повышенных напряжениях питания.

Кроме этого уменьшение ширины зоны обнаружения за счет увеличения частоты излучения приводит к уменьшению высоты зоны и появлению мертвых зон вблизи ПРД и ПРМ извещателя.

2. Вторым способом оптимизации зоны обнаружения является организация ассиметричной зоны обнаружения.

Повышение доступности радиоволновых извещателей для периметра привело к расширению области их применения. Извещатели стали устанавливать на различные объекты, включая частные домовладения с неподготовленным или почти не подготовленным периметром. При этом потребители и производители столкнулись с некоторыми проблемами, которые ранее были несущественны при использовании извещателей на государственных объектах, отчужденных от населенных пунктов.

Появилась необходимость в радиоволновых извещателях для охраны периметра с относительно узкой зоной обнаружения. Например, в городских условиях на объектах очень часто нет возможности выделения достаточной по ширине зоны, в которой не допускается проезд автотранспорта.

Попытки сузить зону обнаружения за счет использования антенн с большей апертурой в горизонтальной плоскости (например, "CORAL" производства "CIAS ELECTRONICA" с антенной, названной производителем "BUTTERFLY") оказались недостаточно эффективными (в любом случае диаграмма излучения антенны значительно шире зоны обнаружения), т.к. приводят к увеличению размеров изделий.

Итальянская компания Sicurit Alarmitalia представила двухпозиционный радиолучевой датчик DAVE с цифровой обработкой сигналов, снабженный параболическими антеннами (рабочая частота - 9,9 ГГц, протяженность зоны охраны - 180 м).

Фирма «CIAS BIS Engineering» применила новую конструкцию антенн (ассиметричные планарные антенны и специальные антенны типа «бабочка»).

В извещателе с ассиметричными планарными антеннами, которые формируют зону обнаружения с относительно малой шириной, соотношение между шириной и высотой зоны обнаружения составляет 1 к 3. Ширина зоны обнаружения - от 1 до 4 м, высота – от 3 до 12 м.

Конструкция антенны типа «бабочка» формирует ассиметричную в поперечном сечении зону обнаружения относительно небольшой ширины по сравнению с высотой и минимизирует «мертвые» зоны вблизи блоков извещателя. Внешний вид извещателя показан на рисунке 29.

Особо необходимо отметить, что разрабатываются и применяются антенны для оптимизации обнаружения проникновения не только по земле, но и с воздуха. Например, TMPS-21300 однопозиционный датчик имеет полусферическую диаграмму чувствительности и предназначен для охраны территорий объектов от вторжений с воздуха. Радиус чувствительной полусферы регулируется в пределах от 22 до 78 метров. Датчик генерирует сигнал тревоги по заданному алгоритму, реагируя только на вход в охраняемую зону, только на выход из нее или на оба действия нарушителя. Диапазон регистрируемых скоростей объекта – от 0,44 до 26,7 м/сек (от 1,6 до 96 км/час).

Расширение номенклатуры линейных радиоволновых извещателей с узкой зоной обнаружения (за счет увеличения частоты излучения свыше 24 ГГц) в настоящее время экономически нецелесообразно.

Применение ассиметричных планарных антенн и антенн «бабочка» является инновационным направлением при разработке линейных радиоволновых извещателей. Возможна разработка извещателя с зоной обнаружения типа «штора» (ширина зоны обнаружения - 1 м, высота - 3 м).

Защита от электромагнитных помех

Для обеспечения требуемого качества обнаружения извещателей в условиях наличия внешних факторов, усложняющих их функционирование, применяются следующие технические решения.

Во-первых, на городских объектах, где требуется повышенная устойчивость извещателей к электромагнитным помехам, вызванным воздействием однотипных приборов, устанавливают извещатели, имеющие две или более литер по частоте модуляции. Например, такое изменение уже разработано в 2006 г. для извещателя «РАДИЙ-2». В извещателях «Линар 200» применяется способ кодирования сигнала с передатчика на свой блок приемника.

Во-вторых, большое влияние на извещатели оказывают средства радиосвязи (например, сотовой), широко осваивающие в настоящее время все более высокие частоты. Это предопределило еще одну тенденцию - электромагнитную совместимость.

Излучающие и приемные антенны, СВЧ модули имеют различные исполнения. Выбор размеров антенн определяет направленность излучения и приема СВЧ энергии. Чем лучше направленность, тем больше дальность и меньше ширина зоны обнаружения и, как следствие, меньше влияние окружающих негативных факторов. Традиционные конструкции содержат объемные волноводы, щелевые излучатели со встроенными СВЧ генераторными и детекторными камерами, а также параболические отражатели, имеющие различные формы и размеры. Применение полосковых печатных антенн позволяет снизить габаритные размеры блоков и делает их более надежными и долговечными. Некоторые производители применяют полосковые антенны совместно с параболическими отражателями, что несколько увеличивает поток СВЧ энергии в направлении детектора.

Другой способ - использование диапазона частот пока еще массово не занятого средствами связи, например, уже упомянутого диапазона 24 ГГц. Без сомнения, устойчивость извещателей к электромагнитным помехам будет находиться в зоне постоянного внимания разработчиков новых изделий.

Борьба с воздействием электромагнитных полей от близко расположенных мощных средств радиосвязи и отражений от проезжающих автомобилей носит комплексный характер и требует не только повышения избирательности приемного тракта и конструктивных мер (эффективного экранирования) по защите от наводок на внутренние цепи извещателя, но и применения принципов, связанных с распространением радиоволн в пространстве.

Одним из способов уменьшения влияния от электромагнитных помех является изменение поляризации излучения извещателя.

Этот способ позволяет уменьшить влияние отражений от подстилающей поверхности и предметов без уменьшения длины волны и увеличения габаритных характеристик антенн. По данному способу получено положительное решение о выдаче патента на изобретение [см. раздел 4].

В результате реализации патента вклад отраженного сигнала в суммарный сигнал на выходе приемной антенны ПРМ ничтожно мал.

Наряду с увеличением направленности излучения, переходом рабочей частоты в диапазон 24 ГГц, повышением избирательности приемного тракта и конструктивных мер (эффективного экранирования), изменение поляризации излучения позволяет существенно повысить помехоустойчивость извещателя.

Способ является инновационным направлением при разработке линейных радиоволновых извещателей.

Исключительной особенностью извещателя с функцией определения направления перемещения является наличие двух антенн в блоках ПРД и ПРМ, чем достигается очень высокий уровень помехоустойчивости.

Например, извещатель «Торос» определяет попытку вторжения только при пересечении двух радиолучей со сдвигом во времени. Это позволяет с большой степенью вероятности отделить сигнал помехи от реального сигнала при пересечении зоны обнаружения нарушителем.

Определение направления движения нарушителя, предварительная цифровая фильтрация и алгоритм последующей обработки сигнала обеспечивают не более одной ложной тревоги в год при сохранении вероятности обнаружения 0,98. Извещатель линейный радиоволновый «Торос» показан на рисунке 30.

Длина зоны обнаружения - от 10 до 100 м, ширина – не более 6 м.

На рисунке 31 показаны зоны обнаружения извещателя «Торос».

Функция определения направления перемещения нарушителя является инновационным направлением при разработке линейных радиоволновых извещателей с целью существенного увеличения его помехоустойчивости.

Новые алгоритмы обнаружения («нечеткая» логика)

Примером современного линейного радиоволнового извещателя может служить ERM0482X, выпущенный итальянской фирмой CIAS (рисунок 32).

Извещатели отличаются от своих "аналоговых" предшественников наличием цифровой обработки сигналов. Применяется система распознавания образов на принципах «нечеткой логики», что позволяет существенно повысить обнаруживающую способность.

Это позволяет не просто регистрировать появление посторонних объектов в зоне обнаружения, а сравнивать их характеристики в энергонезависимой памяти с характерными образами, связанными с вторжением нарушителя (идущий, бегущий или ползущий человек). При совпадении сигналов с эталоном извещатель формирует извещение о тревоге. Он контролирует параметры окружающих условий и автоматически корректирует алгоритм обработки сигналов.

Кроме этого программа настройки ERM0482X позволяет сформировать зону обнаружения с сечением не в виде круга, а в виде вертикально ориентированного эллипса. Это позволяет уменьшить влияние сигналов, которые отражаются от деревьев, ограждений и других предметов, расположенных на краях зоны обнаружения.

Во встроенной памяти системы ERM0482X хранятся 100 "аналоговых" событий (изменение уровня сигнала, температура воздуха, напряжение питания) и 256 "цифровых" событий (сигналы тревоги, изменения параметров системы и др.).

В извещателях серии ERMO 482x Pro также используется цифровая технология обработки сигналов. Кроме этого предусмотрен выбор одного из 16 каналов модуляции с кварцевой стабилизацией. Извещатель обладает высокой помехозащищенностью в диапазоне частот авиационных радаров, благодаря конструктивному исполнению антенн (параболическая антенна с линейной поляризацией) и цифровой фильтрации.

Внешний вид извещателя показан на рисунке 33.

Применение способа распознавания образов на принципах «нечеткой логики» позволяет существенно повысить обнаруживающую способность извещателя.

Для повышения помехоустойчивости используются методы поляризации вектора излучения и формирования зоны обнаружения в виде эллипса в вертикальной плоскости.

Способы являются инновационными при разработке линейных радиоволновых извещателей.

Цифровой способ уменьшения ширины зоны (метод FSTD)

Новая конструкция антенны в извещателе «Manta» позволяет создать узкую зону обнаружения при ее небольших размерах.

Кроме этого реализован метод уменьшения ширины зоны обнаружения (FSTD) с использованием принципов распознавания цели методом «нечеткой» логики, что позволяет изменять чувствительность извещателя на краях зоны обнаружения для отстройки от влияния рядом расположенных предметов (растительность, вибрирующие ограды).

Особенность извещателя «Manta» состоит в том, что он анализирует основные параметры принимаемого сигнала, характеризующие его динамические изменения. В блоке памяти извещателя хранятся типовые сигналы проникновения, которые используются как эталонные при анализе принимаемых сигналов в реальном времени. Алгоритмы «нечеткой логики» компенсируют влияние помех окружающей обстановки и позволяют надежно идентифицировать реальные проникновения.

Внешний вид извещателя показан на рисунке 34.

Метод «нечеткой логики», автоматический контроль параметров, динамическое определение маскирования могут быть рекомендованы при разработке отечественных извещателей.

Возможность охраны пересеченной местности

Извещатель охранный линейный радиоволновой «Наст» содержит комплект блоков ПРД и ПРМ, что позволяет охранять 16 участков по 8 м. Не требуется юстировка и предварительная подготовка участков охраняемых периметров, допускается наличие травы, деревьев, кустов и перепадов высоты поверхности до 5 м. На рисунке 35 показаны зоны обнаружения извещателя «Наст».

Данный способ может применяться для охраны «ломаных» периметров объектов.

Обнаружение ползущего нарушителя

Пример нового изделия с повышенной обнаружительной способностью - извещатель Model 320SL (Southwest Microwave), в котором используются два приемопередаточных модуля, работающие в двух частотных диапазонах: К (24,1 ГГц) и X (10,5 ГГц), формирующие две несовпадающие зоны обнаружения.

Нижняя "узкая" зона (высота установки К-модуля - 0,4 м) предназначена исключительно для обнаружения медленно ползущего нарушителя, устраняя важнейший недостаток всех ранних образцов-аналогов. Верхний X-модуль (высота установки - 0,9 м) обеспечивает "широкую" зону обнаружения, надежно обнаруживая ходьбу, бег и прыжки.

Обнаружение ползущего или перекатывающегося нарушителя является актуальной задачей, так как линейные радиоволновые извещатели, ныне устанавливаемые на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны, фактически не обнаруживают эти способы преодоления периметра нарушителем.

Примечание. «Линар-200» выполняет эту функцию, но при определенных ограничениях к дальности действия и к подстилающей поверхности.

Интерфейс RS-485

Для дистанционной диагностики и настройки этих извещателей с помощью компьютера и специальной программы MWATEST используется интерфейс RS-485.

В последнее время в рамках работ по этому направлению развития радиоволновых извещателей большинство производителей использует интерфейс RS-485. Желание повысить информативность средств охранной сигнализации вполне понятно, но несомненная перспективность этого пути может быть обеспечена только при условии создания стандарта обмена данными в системах с использованием этого интерфейса.

Дистанционная диагностика и настройка являются перспективной тенденцией при разработке извещателей.

Комплект сменных антенн

Комплект PAC 300В американской фирмы Southwest Microwave (рисунок 36) состоит из передатчика, приемника, двух автономных аккумуляторных блоков питания, радиопередатчика сигналов тревоги, двух опорных штативов и комплекта кабелей.

В комплекте предусмотрено применение сменных антенн, позволяющих выбирать оптимальную длину зоны обнаружения: 30, 107 или 183 м. Она может изменяться в диапазоне от 0,6 м до 12,2 м с помощью установки соответствующих антенных модулей и регулировки чувствительности приемника.

Высота зоны обнаружения меняется в соответствии с ее шириной.

Горизонтальная проекция трех зон обнаружения показана на рисунке 37.

Применение сменных антенн актуально при разработке бысторазворачиваемых мобильных извещателей.

Этот способ позволяет оперативно изменять параметры зоны обнаружения, которые будут оптимальны для конкретного охраняемого объекта, ландшафта и т.д.

Дополнительное оборудование

Практически все производители заявляют о простой инсталляции выпускаемых изделий, хотя часто упрощение касается только какой-либо одной функции и не является принципиальным.

Например, юстировка блоков проводится «на глаз» и не требует каких-либо приборов, пороги обнаружения определяются автоматически. Этого достаточно, если участок периметра соответствует требованиям эксплуатационной документации, что в последнее время бывает далеко не всегда. В противном случае часто возникают проблемы, требующие технического анализа и, если это вообще возможно, средств ручной регулировки для адаптации извещателя к конкретным условиям.

Совмещение функции автоматической регулировки с возможностью ручной в других областях техники сейчас уже норма (например, автомобильная автоматическая коробка передач с функцией «TIPTRONIC»). Подобный подход уже реализован в новой линейке извещателей серии «Радий», «РМ», выпускаемых ЗАО «Фирма «ЮМИРС». В режиме ручной регулировки имеется возможность контроля запаса радиосигнала и изменения порогов обнаружения. Как в ручном, так и автоматическом режиме возможно изменение значений максимальной и минимальной обнаруживаемых скоростей. Отображение сигналов и установленных параметров, изменение установок осуществляется для «РМ-300» при помощи встроенного в приемный блок тестера; для «РМ-150» и «РМ 24-800», «Радий-7» - при помощи отдельного прибора контроля.

Включение в комплект поставки дополнительного оборудования позволяет адаптировать извещатель к конкретным условиям, что повышает надежность его функционирования по назначению.

2.5.4 Технические решения по увеличению надежности обнаружения радиоволновыми однопозиционными линейными средствами обнаружения

Увеличение диапазона обнаруживаемых скоростей

Упрощенные версии линейных радиоволновых извещателей фирмы Southwest Microwave, выпускаемых под наименованиями PAC 375C и PAC 385, работают соответственно в Х-диапазоне (регулируемая длина зоны до 61 м) и К-диапазоне (длина зоны до 122 м). Для модели PAC 385 рабочая частота в 2,5 раза выше, чем у моделей, работающих на 10,5 ГГц, поэтому сигнал, вызванный нарушителем, также в 2,5 раза выше по частоте при одинаковых скоростях перемещения.

Однопозиционный датчик типа TMPS-21200 с чувствительной зоной в виде цилиндра радиусом до 48 м использует рабочую частоту от 5,725 до 5,850 ГГц. Это позволило расширить диапазон обнаруживаемых скоростей движения объекта (от 0,025 до 31 м/сек). Датчик имеет встроенную схему для ограничения радиуса чувствительности, что позволяет исключать сигналы ложной тревоги от предметов, расположенных вне охраняемой зоны. Сигналы тревоги передаются по кабелю или по радиолинии. В состав системы входит радар с круговой диаграммой и радиусом действия до 4 м, используемый для охраны ближних подступов к датчику.

Увеличение рабочей частоты обеспечивает лучшее обнаружение медленно перемещающихся целей со скоростями до 0,03 м/с.

Ограничение дальности действия (метод RCO)

Запатентованный метод RCO позволяет ограничивать радиус действия прибора. Эта уникальная особенность делает его невосприимчивым к помехам, вызванным объектами за пределами этого радиуса, в том числе имеющими значительные габариты (грузовики и деревья).

Нечувствительность в ближней зоне (технология ZRS)

В моделях 380, 385 также применяется запатентованная технология ZRS (Zero-Range Suppression - подавление сигнала в ближней зоне), которая уменьшает амплитуду сигнала от близко расположенных целей.

Обе технологии (RCO и ZRC) существенно уменьшают ложные тревоги от дождя, вибраций, птиц и не изменяют форму и размеры зоны обнаружения (приложение В). На рисунке 38 показаны зоны извещателя с использованием технологий RCO и ZRC.

Технологии, аналогичные RCO и ZRS, использованы в извещателе «Фон-3».

Разделение на подзоны

Одним из направлений уменьшения влияния местных предметов на качество обнаружения проникновения является деление зоны обнаружения извещателя на подзоны.

Радиоволновый однопозиционный извещатель «Зебра 30/60» (ЗАО «Охранная техника») имеет зону обнаружения, разделенную на 12 подзон (рисунок 39), что позволяет:

Четко определить границы зоны обнаружения;

Увеличить помехоустойчивость к движению людей и транспорта вне зоны обнаружения;

Отключать любую из подзон для создания коридора «санкционированных» проходов, либо для создания зоны с «выборочным» обнаружением.

Извещатель имеет возможность настройки с ПЭВМ (USB) и функцию «АНТИМАСКИНГ». Эта функция позволяет определить намеренное маскирование части охраняемой зоны для совершения несанкционированных действий, например, маскирования с помощью большого металлического листа подходов к охраняемому объекту.

Разделение зоны обнаружения на подзоны, управление ими, функция определения маскирования и дистанционный контроль функционирования можно рассматривать как повышение качества обнаружения для линейных (объемных) однопозиционных радиоволновых извещателей.

Распознавание ближних объектов (метод SRTD)

В извещателях «Armidor» применено распознавание ближних объектов (SRTD). Данная функция реализована на принципах «нечеткой логики». Функция SRTD позволяет исключить ложные тревоги извещателя от небольших предметов (птиц, мелких животных), движущихся в непосредственной близости от извещателя.

С помощью специальной программы «Wave-Test» можно при настройке задавать диапазон расстояния от извещателя, в котором игнорируются мелкие предметы. В извещателе предусмотрена регулировка зоны обнаружения, автоматическая температурная компенсация для
исключения влияния погодных условий на работу извещателя.

Применен цифровой анализ принимаемых сигналов на базе типовых моделей нарушителя, используется принцип «нечеткой логики». Эти принципы применяются для обнаружения нарушителей, движущихся как параллельно, так и перпендикулярно осевой линии зоны обнаружения. Причем чувствительность извещателя одинакова для обоих направлений движения.

Извещатель имеет цифровой фильтр для исключения шумов от окружающей обстановки (дождя, влияния подстилающей поверхности – качания травы и кустов).

Внешний вид извещателя показан на рисунке 40.

В однопозиционных радиоволновых извещателях также применяется цифровой анализ принимаемых сигналов на базе типовых моделей нарушителя (принцип «нечеткой логики»).

Предусмотрена автоматическая температурная компенсация для исключения влияния погодных условий на работу извещателя.

Система мультиплексирования

Встроенная система мультиплексирования позволяет моделям 380, 385 работать рядом с другими трансиверами или радиоволновыми извещателями без взаимного вмешательства. Для организации мультиплексирования все датчики соединяются кабелем синхронизации (витой парой). Любой на выбор извещатель или внешние часы включаются в режиме "ведущий", а остальные - в режиме "ведомый". В группе из 16 устройств в определенный момент времени будет работать только один извещатель.

2.5.5 Технические решения по увеличению надежности обнаружения однопозиционными объемными радиоволновыми средствами обнаружения

Сложный зондирующий сигнал

Применение традиционных однопозиционных радиоволновых извещателей, принцип действия которых основан на эффекте Доплера, требует соблюдения достаточно большого количества условий. Присущие им недостатки (неравномерная чувствительность в зависимости от расстояния до обнаруживаемого объекта, низкая помехоустойчивость к близкорасположенным колеблющимся и вибрирующим предметам) ограничивают использование этих извещателей. Неравномерная чувствительность проявляется в том, что крупногабаритный объект, находящийся даже за пределами зоны обнаружения (по человеку), формирует такой же сигнал, как и мелкий объект около извещателя.

Излучение сложного сигнала позволяет измерить расстояние до объекта, определить перемещается он или вибрирует. На этом принципе построен алгоритм обнаружения извещателей «Фон-3» и «Агат 24-40».

В извещателе «Хамелеон» (рисунок 41) принцип действия также основан на методе линейной частотной модуляции СВЧ излучения, но есть возможность осуществлять управление чувствительностью приемного тракта для сигналов, поступающих с отдельных выделенных зон.

Аналогичные характеристики имеет и извещатель охранный радиоволновый однопозиционный ОПД-5L.

Разделение зоны обнаружения

В отличие от своих традиционных предшественников в извещателе зона обнаружения разбита на пятнадцать поперечных зон с возможностью индивидуальной настройки чувствительности в каждой из них, что, несомненно, является достоинством, т.к. обеспечивает достоверность обнаружения и повышенную помехоустойчивость во всей зоне.

В извещателе реализована возможность организации зон «санкционированных» проходов на охраняемом участке, например, для передвижения людей или транспорта через ворота.

В этом случае тревога формируется только при перемещениях объекта до ворот или после них.

Определение направления перемещения

Извещатель может работать в четырех режимах. Выбор режима влияет на условия формирования тревоги, а именно: при приближении нарушителя, при его удалении, при продольном перемещении (независимо от направления), при любом перемещении. В первых трех режимах извещатель будет работать с повышенной помехоустойчивостью к колебаниям травы, кустарника, качающимся воротам и т.д.

Интерфейс RS 232

Настройка режимов работы и отключения отдельных зон может производиться на предприятии-изготовителе по требованию заказчика либо на месте эксплуатации непосредственно подключением его к персональному компьютеру (ПК) по интерфейсу RS 232.

Применение новых технологий СВЧ модулей, цифровая обработка

Микроволновый радар-сенсор АГАТ-7 (рисунок 42) предназначен для охраны территории объектов от проникновения нарушителей.

Особенности извещателя.

Размеры объемной зоны охраны - 80 метров. Hi-Tech антенные модули высокого качества и стабильности параметров. Прецизионная настройка параметров обнаружения с помощью ноутбука: размер зоны обнаружения, программирование времени работы в режиме охраны, установка предполагаемой скорости движения цели, визуальный контроль порогов тревоги при настройке.

Интерфейс RS-485 для интеграции с комплексными системами охраны объектов. Высокая помехоустойчивость, обусловленная частотным диапазоном 24 ГГц и цифровой фильтрацией. Автоматическая адаптация к погодным условиям (дождь, снег, влажность).

В объемных радиоволновых средствах обнаружения применяют те же технические приемы для уменьшения влияния внешних воздействующих факторов, усложняющих их функционирование, как и для радиоволновых периметровых средств обнаружения.

Универсальной системы обнаружения (СО), которая была бы оптимальна для всей территории России и многообразия условий эксплуатации, не существует, да и вряд ли она будет создана. Выбор наиболее эффективной СО зависит от множества факторов и, прежде всего, от особенностей месторасположения защищаемого объекта, его архитектурного решения, окружающей обстановки и многого другого.

В связи с этим ГУП СНПО "Элерон" разработало целый комплекс средств и систем для защиты периметров, учитывая разнообразие условий охраны отечественных объектов

Особенности периметровой защиты объектов

Приоритетная сфера деятельности ГУП СНПО "Элерон" - создание периметровых средств и систем охраны (ССО) объектов. Создание эффективных ССО - чрезвычайно сложная и наукоемкая проблема. Для ее успешного решения требуются длительные экспериментальные исследования физики процесса обнаружения, сбор информации о сигналах и помехах, поиск наиболее эффективных алгоритмов обработки сигнала, тщательная отработка схемотехнических решений. Для проведения исследований и испытаний ССО необходимы полигоны в различных климатических зонах страны, парк аппаратуры для записи и обработки сигналов, имитации помеховых воздействий и, самое главное, коллектив высококвалифицированных специалистов: физиков, исследователей, программистов, схемотехников.

Защита периметра - один из наиболее важных элементов комплекса безопасности объекта, особенно для атомных или теплоэнергетических станций, нефтегазоперерабатывающих предприятий, нефтяных терминалов, аэропортов, складов готовой продукции и т.д. В ряде случаев крупные объекты имеют внутри периметра еще дополнительные защищаемые локальные зоны - наиболее важные и ответственные центры (сосредоточение материальных ценностей и т.д.). Часто возникает задача временной, краткосрочной охраны небольших периметров, например, при остановке транспорта с ценным грузом, временном складировании оборудования, строительстве и т.п.

Специфика отечественных условий проектирования и эксплуатации периметровых систем защиты заключается прежде всего в широком разнообразии климатических и почвенногеологических условий. Большие сезонные колебания температуры, сильные снегопады, метели, мокрый снег, частые плотные туманы, ураганные ветры, сильные дожди, гололед, иней вызывают большие трудности при выборе соответствующей сигнализации и делают практически невозможным использование какойлибо единой системы для любой климатической зоны России. Поэтому проектировщик должен хорошо ориентироваться в существующем многообразии выпускаемых систем, сигнализации, знать их особенности, сферу наиболее эффективного применения и специфику использования.

Для правильного выбора оптимального средства защиты периметра необходимо учитывать возможность выделения полосы отчуждения (запретной зоны) для размещения средств сигнализации, рельеф местности, топографию объекта, растительность, наличие вблизи периметра железнодорожных путей и автомагистралей, миграцию животных, прохождение линий электропередач, трубопроводов, кабельных линий и т.д. Определенные сложности возникают при разрыве в периметре для проезда железнодорожного или автомобильного транспорта (устройство ворот, шлагбаумов, пунктов досмотра транспорта). При недостаточном внимании они могут стать источниками повышенной опасности или вызывать частые ложные срабатывания.

Тактико-технические характеристики периметровых систем обнаружения

Основными тактико-техническими характеристиками таких периметровых систем являются:

Вероятность обнаружения, то есть выдачи сигнала тревоги при пересечении человеком зоны обнаружения. Она определяет "тактическую надежность" рубежа охраны и должна составлять не менее 0,9-0,95;

Наработка на ложное срабатывание - самый важный показатель, во многом определяющий общую эффективность комплекса безопасности;

Универсальность и гибкость средства обнаружения - возможность работы в широком диапазоне условий эксплуатации в различных климатических условиях для защиты разнообразных объектов;

Уязвимость системы, то есть возможность преодоления рубежа без выдачи сигнала тревоги;

Маскировка (визуальная и техническая) средств обнаружения. Это позволяет увеличить надежность системы, поскольку нарушитель не знает о наличии охранной сигнализации, и кроме того, это не искажает архитектурного облика престижных зданий;

Надежность, долговечность, простота монтажа и эксплуатации;

Цена погонного метра рубежа охраны, то есть суммарная стоимость аппаратуры, чувствительных элементов, их монтажа и наладки, приходящихся на 1 м длины периметра.

Физические принципы действия периметровых средств обнаружения

Для обнаружения факта вторжения человека в охраняемую зону могут быть использованы самые различные физические принципы, позволяющие с той или иной вероятностью различить сигнал от человека на фоне помеховых воздействий окружающей среды. Первыми сигнализационными системами были средства в виде вертикального забора из колючей проволоки, образующей шлейф, его сопротивление измерялось резистивным датчиком. Последний выдавал сигнал тревоги при обрыве шлейфа или при замыкании соседних проводов.

Хотя такие системы существуют и сегодня, современное их использование нецелесообразно как из-за внешнего вида, так и из-за низкой эффективности - проволока через несколько месяцев покрывается слоем окиси и датчик не срабатывает при замыкании соседних проводов. Вероятность обнаружения в этом случае падает до 20- 30%.

Емкостные системы

Новым шагом в разработке периметровых средств обнаружения явилось создание в ГУП СНПО "Элерон" в 70-х годах емкостных систем, использующих эффект изменения характеристик электрического поля вблизи "антенной системы" - чувствительного элемента в виде металлической конструкции, размещаемой с помощью изоляторов по верху пассивного ограждения. Использование отечественного ноу-хау - "охранного электрода", защищенного авторским свидетельством СССР, - выдвинуло эту разработку в лидеры периметровых систем сигнализации и обеспечило ей широкое внедрение для защиты сотен километров периметров самых разнообразных объектов.

Принцип действия емкостного сигнализатора основан на измерении емкости антенного устройства относительно земли. При этом электронный блок производит измерение только емкостной составляющей импеданса антенны и не реагирует на изменение сопротивления (квадратурная обработка сигнала с помощью синхронного детектора). Применение алгоритма, анализирующего длительность сигнала, его фронтов и других характерных особенностей, позволило довести вероятность обнаружения до 95% при средней частоте ложных срабатываний менее одного за десять суток при длине блокируемого участка до 500 м. Конструкция антенного устройства представляет собой металлический козырек, изготавливаемый в виде сварной решетки, допускает изгибы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, позволяет отслеживать рельеф местности и другие топографические особенности объекта. При соответствующем дизайне козырек не ухудшает внешний архитектурный облик здания.

К настоящему времени разработано целое семейство емкостных сигнализаторов - "Радиан" ("Радиан-М", "Радиан-13", "Радиан14"). Общее число установленных приборов превышает 50 000.

Отические лучевые инфракрасные сигнализаторы

Оптические лучевые инфракрасные сигнализаторы состоят из одной или нескольких пар "излучатель-приемник", формирующих невидимый глазом луч в диапазоне 0,8-0,9 микрон, прерывание которого вызывает сигнал тревоги. Лучевая система может устанавливаться как по верху ограждения, так и непосредственно на грунте в виде нескольких лучей, образующих вертикальный барьер. К сожалению, их применение в наших условиях связано со многими трудностями, поскольку снежные заносы, растительность, туман вызывают или ложные срабатывания, или отказ системы.

Радиолучевые средства обнаружения

Более эффективны радиолучевые средства обнаружения, использующие также пару "излучатель-приемник", но другой диапазон излучения - микроволновый. Если зона обнаружения у ИК-датчика - с диаметром луча в 1-2 см, радиолу ч имеет вид вытянутого эллипсоида, диаметр которого в середине зоны составляет от 80 до 500 см в зависимости от размеров антенны и частоты излучения. Объемная зона обнаружения является несомненным достоинством датчика, ее труднее преодолеть без сигнала тревоги. На работоспособность радиолучевых средств практически не влияют дождь, туман, ветер, однако они требуют при эксплуатации наличия геометрически свободного пространства между излучателем и приемником и перестают работать при образовании сугробов, "затеняющих" луч.

Вибрационные системы обнаружения

Еще один класс систем - вибрационные (воспринимающие вибрацию элементов ограждения или их деформацию при попытке преодоления). Как правило, вибрационные системы используют в качестве чувствительного элемента трибоэлектрический, электретный, магнитострикционный или оптоволоконный кабель, закрепляемый по верху ограждения и в его средней части. Деформация кабеля (его смещение на 1-2 см), а также колебания ограждения вызывают появление избыточных зарядов в трибоэлектрическом или электретном кабеле или изменение характеристик лазерного излучения, распространяющегося в оптоволоконном кабеле. Очевидно, что вибрационные системы подвержены воздействию самых разнообразных помех (ветер, микросейсмические сотрясения почвы от проезда транспорта, град и т.п.). Поэтому для усиления помехоустойчивости используются сложные алгоритмы распознавания, реализуемые с помощью встроенных микропроцессоров.

Проводно-волновая система обнаружения

Разновидность средств сигнализации радиотехнического типа - так называемая проводно-волновая система, в качестве чувствительного элемента которой используется двухпроводная "открытая антенна", размещаемая по верху ограждения с помощью изолирующих кронштейнов. К одному концу антенны подключается УКВ-генератор, к другому - приемник. Вокруг проводов образуется электромагнитное поле, формирующее зону обнаружения диаметром 0,5-0,7 м. При появлении человека внутри нее уровень сигнала на входе приемника изменяется и вызывает сигнал тревоги. Антенная система в отличие от емкостных датчиков не требует применения специальных переходников-изоляторов, допускает значительное провисание проводов.

В начале 80-х годов были разработаны первые образцы систем обнаружения, использующих в качестве чувствительного элемента коаксиальный кабель, металлическая оплетка которого по всей длине имеет перфорацию (отверстия) или специально прорежена. Система состоит из двух параллельных кабелей, размещаемых в грунте на глубине 0,2-0,3 м вдоль охраняемого периметра при расстоянии между кабелями 2-2,5 м. К одному из них подключается генератор УКВ-диапазона, к другому - приемник. За счет отверстий часть энергии из генераторного кабеля поступает на приемный, формируя зону обнаружения шириной 3-3,5 м и высотой 0,7-1 м. Система такого типа получила название линии вытекающей волны, она полностью маскируется и может быть обнаружена только с помощью специальной аппаратуры. Ее применение имеет смысл, если использование пассивного заграждения по какимлибо причинам невозможно. Система надежно работает в условиях замерзшего грунта, травы, невысоких кустов, снежного покрова.

Сейсмические системы обнаружения

К классу пассивных маскируемых средств обнаружения относятся также сейсмические системы, представляющие собой множество геофонных датчиков, соединенных в "косу" и размещенных в земле на глубине 0,2-0,3 м. При пересечении такого рубежа возникают микросейсмические колебания грунта при каждом шаге человека. Они воспринимаются геофонами, преобразуются в электрический сигнал и после соответствующей обработки (подсчет числа шагов, частотная фильтрация и т.д.) вызывают срабатывание системы. Более помехоустойчива модификация такого средства с чувствительным элементом в виде протяженного шланга, заполненного незамерзающей жидкостью и подключенного к мембранному датчику давления. При появлении человека непосредственно над шлангом за счет изменения давления возникает сигнал тревоги. Система имеет более узкую зону обнаружения (2-3 м) с резко спадающей чувствительностью на ее границе, за счет чего повышается помехоустойчивость. Однако эти системы не получили широкого распространения, так как достигнутая помехоустойчивость все еще не устраивает потребителей.

Магнитометрическая система обнаружения

В ряде случаев может представлять интерес магнитометрическая система обнаружения с чувствительным элементом в виде многопроводного кабеля, размещаемого в грунте на глубине 0,15-0,2 м вдоль охраняемого участка. Все жилы кабеля соединены последовательно, образуя распределенную индуктивную "катушку". Электронный блок измеряет эту индуктивность и выдает сигнал тревоги при ее изменении, связанном с пересечением зоны человеком, имеющем при себе какие-нибудь металлические предметы (огнестрельное или холодное оружие, предметы экипировки и т.д.). Чувствительность системы достаточна для обнаружения магнитной массы, характерной для обычного пистолета и тем более для автомата или карабина. В то же время система не реагирует на пересечение зоны такими животными, как кабаны, зайцы, собаки и кошки. Она перспективна для охраны границ или в условиях северных районов нефтедобычи, где неизбежны миграции диких животных.

Комбинированная система обнаружения

Для особых объектов, где требуется исключительно высокая наработка на ложное срабатывание и вероятность обнаружения, ГУП СНПО "Элерон" разработало комбинированную систему, сочетающую в себе несколько датчиков различного физического принципа действия. Расположение чувствительных элементов выбирается таким образом, чтобы сигнал от проникновения человека возникал одновременно в нескольких датчиках, тогда как помехи, оказывающие разное воздействие на каждый их них, разнесены во времени. Это система "Протва-4", сочетающая в себе приборы трех принципов действия - сетчатое ограждение с трибоэлектрическим кабелем, реагирующем на вибрации, радиолуч, направленный параллельно сетке, и датчик на основе "линии вытекающей волны", размещаемый в грунте в непосредственной близости от сетчатого заграждения. Электронный блок обрабатывает сигналы от каждого датчика в соответствии с логической схемой "2 из 3", то есть сигнал тревоги формируется только при одновременном срабатывании любых двух датчиков, входящих в систему. Это обеспечивает резкое (на порядок) снижение частоты ложных срабатываний, сохраняя высокую вероятность обнаружения.

Разработанные и серийно выпускаемые ГУП СНПО "Элерон" периметровые средства обнаружения

Перед Вами краткое описание разработанных и серийно выпускаемых ГУП СНПО "Элерон" периметровых средств обнаружения.

"Родиан-14"

Емкостное периметровое средство обнаружения "Радиан 14"- последняя модификация хорошо известного семейства емкостных сигнализаторов для охраны периметра. Оно разработано в 1997 г. на основе изучения опыта длительной эксплуатации аналогичных приборов "Радиан-М" и "Радиан-13" и воплотило в себе достижения схемотехники, современных алгоритмов обработки сигналов и новой элементной базы.

Принципиальное отличие прибора "Радиан-14", позволившее значительно повысить его помехоустойчивость, заключается в применении двухканальной схемы обработки сигнала и алгоритма "компенсации". Суть ее в том, что помеховый сигнал в резистивном канале вычитается из сигнала в емкостном канале и препятствует ложному срабатыванию. Схема построена таким образом, что пороговое устройство реагирует только на одну полярность, соответствующую сигналу в емкостном канале. Поэтому помеховый сигнал в резистивном канале, какой бы большой величины он не был, может только компенсировать емкостную составляющую и не вызовет срабатывания порогового устройства.

Частая причина ложных срабатываний - воздействие импульсных электрических помех и особенно радиопомех, характерных для городских условий интенсивного "радиосмога". В новом приборе импульсные радиопомехи возникают строго одновременно в обоих каналах и тем самым компенсируются (вычитаются), что препятствует ложному срабатыванию. Таким образом, "Радиан-14" обладает следующими преимуществами:

Высокая помехоустойчивость к дождю, мокрому снегу, загрязненным изоляторам и т.п.;

Высокая защищенность от индустриальных электро-и радиопомех.

Это позволило добиться почти на порядок большего времени наработки на ложную тревогу - 2000 ч (вместо 250 ч в приборе "Радиан-М").

Кроме того, введение компенсирующего канала позволило отказаться от обязательного использования специальных изоляторов-переходников, а также охранного электрода. Для монтажа прибора "Радиан-14" можно применять обычные изоляторы, используемые в электрических установках. Это резко удешевляет всю систему, дает большие возможности для конструкторских и дизайнерских решений по улучшению внешнего вида и маскировки антенной системы. Разработан вариант антенной козырьковой системы, включающий в себя элементы установки (пластмассовые кронштейны, стальной провод, крепеж) и поставляемый вместе с электронным блоком - средство "Ярус".

"Радиан 14" выполнен в том же корпусе, что и "Радиан-13", имеет те же конструктивные и стыковочные параметры. Это позволяет легко провести замену старого прибора на новый, причем не требуется перемонтаж антенной системы, питающих и сигнальных линий.

"Дельфин М"

Вибрационное кабельное средство обнаружения "Дельфин-М" состоит из протяженного чувствительного элемента в виде специального трибоэлектрического кабеля и электронного блока усиления и обработки сигнала. Кабель крепится к пассивному ограждению из металлической сетки и преобразует ее вибрацию, создаваемую нарушителем, в электрический сигнал, который после обработки в электронном блоке формирует сигнал тревоги.

"Дельфин-М" способен надежно функционировать в условиях воздействия сильного ветра, снега, гололеда, дождя и т.д. и индустриальных помех (близкого проезда транспорта, ЛЭП, работы радиостанций). Он выдает сигнал тревоги при попытках человека перелезть через ограждения, повредить сетку, перекусить проволоку, перерезать кабель и т.д.

Средство обнаружения "Дельфин-М" широко используется для блокирования АЭС, промышленных предприятий, банков, административных зданий.

В качестве чувствительного элемента (ЧЭ) вибромагнитометрического средства обнаружения "Дрозд" используется система изолированных проводов, закрепляемых на пассивном ограждении на всем протяжении участка периметра. При преодолении ограждения нарушитель вызывает его вибрацию (избыточные шумы), которые, в свою очередь, приводят к колебанию проводов ЧЭ в постоянном магнитном поле Земли и генерацию электрических сигналов. Они поступают на схему обработки электронного блока прибора и при выполнении определенных заданных критериев обнаружения вызывают срабатывание выходного реле тревоги.

СО "Дрозд" может устанавливаться на следующих типах пассивных ограждений (заборов): бетонных, кирпичных, деревянных, металлических сетчатых (сетка "Рабица"), а также садовой ограде из штампованных, сварных или кованых металлических элементов.

Средство обнаружения "Дрозд" имеет ряд преимуществ перед известными периметровыми системами:

По сравнению со средством "Дельфин М" не требует для козырькового варианта обязательного использования металлического сетчатого ограждения, что снижает его стоимость. Кроме того, использование дешевого провода П-274 ("полевка") вместо специального трибоэлектрического кабеля также удешевляет систему;

По сравнению со средством "Радиан" не требует для крепления проводов "козырька", обязательного применения дорогих переходников-изоляторов;

Большая универсальность использования позволяет применять его практически на всех типах заборов, а также для защиты эстакад, стен и крыш зданий;

Высокая помехоустойчивость: на работу прибора практически не оказывают влияние дождь, снег, туман, высокая трава или ветви деревьев в непосредственной близости от чувствительного элемента (допускается переплетение проводов ЧЭ вьюном, плющом и т.п.);

Оригинальные технические решения обеспечивают устойчивость к электромагнитным помехам промышленного происхождения (патент Российской Федерации № 2075905 от 20.03.97 г.).

Двухпозиционное радиолучевое средство обнаружения РЛД-94 состоит из передатчика и приемника СВЧ-энергии, устанавливаемых на специальных опорах по краям линии блокирования. Антенна передатчика излучает поток СВЧ-энергии, направленный на антенну приемника. Появление в зоне обнаружения нарушителя вызывает модуляцию принимаемого сигнала. После соответствующей обработки в электронном блоке сигнал включает выходное реле.

Радиоволновое двухпроводное средство обнаружения "Уран-М" предназначено для блокирования верха пассивных ограждений (бетонных, кирпичных, металлических), а также крыш и стен зданий.

Чувствительная зона СО образуется двумя параллельными проводами, закрепляемыми по верху ограждения с помощью непроводящих кронштейнов, выполненных из пластика или дерева. Расстояние между проводами -0,4-0,5м, длина блокируемого участка периметра -от 20 до 250 м.

С одной стороны участка к проводам подключается генератор зондирующих радиоимпульсов, с другой - приемник. Два провода выполняют роль "открытой антенны". При появлении человека в зоне чувствительности антенны происходит изменение уровня сигнала на входе приемника за счет поглощения и переизлучения энергии, что и является признаком нарушения. Сечение зоны чувствительности представляет собой овал с размерами 0,7х0,4 м. Основные достоинства СО "Уран-М":

Возможность отслеживания рельефа рубежа охраны (ограждения) - повороты, перепады по высоте и т.д. и, как следствие, уменьшение общего количества электронных блоков;

Равное сечение зоны обнаружения вдоль всего участка блокирования;

Простота монтажа и обслуживания линейной части СО;

Достаточно высокая помехоустойчивость как к метеофакторам, так и к индустриальным помехам.

Маскируемое радиотехническое средство защиты периметра на основе "линии вытекающей волны" "Бином-М" использует в качестве чувствительного элемента коаксиальный кабель, металлическая оплетка которого по всей длине имеет перфорацию. Средство состоит из двух параллельных кабелей, размещаемых в грунте на глубине 0,2-0,3 м вдоль охраняемого периметра при расстоянии между кабелями 2- 2,5м. К одному из них подключается генератор УКВ-диапазона, к другому - приемник. За счет наличия отверстий часть энергии из генераторного кабеля поступает на приемный, формируя зону обнаружения шириной 3-5 м и высотой 0,7-1 м. "Бином-М" следует применять, если использование пассивного заграждения по каким-либо причинам невозможно, а также если требуется полная маскировка СО. Система надежно работает в условиях замерзшего грунта, травы, невысоких кустов, снежного покрова. Длина участка блокирования - до 250 м, питание от сети постоянного тока 20-30 В, потребляемая мощность - не более 0,7 Вт.

"Протва-4М"

Комбинированная периметровая система "Протва-4М" - современное высокоэффективное средство обнаружения для защиты периметров особо важных объектов и протяженных рубежей с повышенными требованиями к надежности охраны.

Высокая эффективность системы обеспечивается за счет совместного использования трех средств обнаружения, построенных на различных физических принципах и объединенных в единую систему с применением логической схемы "2 из 3". Совмещение зон обнаружения обеспечивает срабатывание как минимум двух средств при любом способе преодоления человеком блокируемой зоны. В то же время ложное срабатывание одного из средств не вызывает срабатывания всей системы. Применение этого принципа построения позволяет на порядок увеличить время наработки на ложное срабатывание (до 5000 ч) и ставит СО вне конкуренции с любыми другими периметровыми системами.

Кроме того, система "Протва-4М" обладает уникальным свойством указывать направление движения нарушителя (на объект или из него).

В состав системы входят следующие три различных средства обнаружения:

Двухпозиционное радиолучевое средство (с несущей частотой 735 ГГц);

Радиотехническое средство обнаружения на основе углубленных в грунт кабелей с перфорацией оплетки ("линия вытекающей волны");

Вибрационное средство на основе трибоэлектрического кабеля, закрепленного на металлическом сетчатом ограждении.

Наряду с линейными средствами обнаружения в "Протва-4М" входит микропроцессорный пульт управления и индикации (ЛУИ-12), объединяющий в себе все линейные блоки. Он осуществляет управление всей системой и индикацию тревожной и служебной информации. ПУИ-12 позволяет подключить ЭВМ с отображением на экране монитора графического изображения блокируемого рубежа объекта.

Сейсмомагнитометрическое средство обнаружения "Дуплет" - уникальное периметровое средство обнаружения, не имеющее аналогов ни у нас в стране, ни за рубежом! Единственное средство, позволяющее отличить человека (вооруженного нарушителя) от животных, в том числе крупных.

"Дуплет" может использоваться для охраны (сигнализационного блокирования) периметров объектов, не имеющих ограждения, или выступать в качестве предварительного выдвинутого сигнализационного рубежа охраны. Лучше всего применять его на объектах, где невозможно исключить миграции животных.

Принцип работы "Дуплета" основан на регистрации посредством кабельного чувствительного элемента как сейсмических сигналов (колебаний грунта), возникающих при передвижении человека, так и изменений магнитного поля в ближней зоне при перемещении ферромагнитных масс, например, оружия. Эти сигналы преобразуются в электронных блоках в электрические и после обработки по определенному алгоритму вызывают срабатывание выходного реле тревоги. В качестве чувствительного элемента используется специально разработанный кабель КТПЭДЭП 10х2х0,5, основная особенность которого - наличие двух экранов, предназначенных для формирования сигнала сейсмоканала. Внутренние провода объединяются в петлю, реагирующую на магнитную составляющую сигнала.

СО устойчив к воздействию таких природных факторов, как всевозможные типы осадков, мелкие и средние животные, а также к воздействию транспортных и индустриальных помех.

Быстроразвертываемые средства обнаружения

Быстроразвертываемое радиолучевое средство "Витим" предназначено для срочной организации временного рубежа охраны на неподготовленной территории. Оно состоит из II приемно-передающих устройств в виде стоек. Такая конструкция позволяет быстро устанавливать их на любом грунте. Кроме того, "Витим" включает в себя выносной блок индикации, показывающий номер сработавшего участка. Каждая стойка и блок индикации имеют встроенные аккумуляторные источники питания. При пересечении нарушителем зоны обнаружения в виде вытянутого эллипсоида между стойками со скоростью от 0,1 до 6 м/с СО формирует сигнал тревоги и указывает на блоке индикации номер сработавшего участка. Сигналы тревоги передаются по радиолучу, поэтому не требуются кабельные соединения. Это обеспечивает высокую скорость установки системы: в течение часа группа из трех человек может установить и наладить систему. Расстояние между стойками 20-120 м, максимальная протяженность рубежа охраны - 1200м.

СО "Витим" не имеет зарубежных аналогов и постоянно вызывает интерес на международных выставках.

Радиоволновое средство обнаружения "Газон" предназначено для блокирования участков периметра временных объектов на неподготовленной местности с растительностью и сложным рельефом и конфигурацией рубежа, а также для блокирования верха заграждений из металла (решетки, сетки).

Изделие предназначено для работы в автономном режиме или с системой сбора и отображения информации. В автономном режиме "Газон" питается от аккумуляторной батареи 10НКГЦ-1Д, а индикация срабатываний функционирует с помощью встроенного звукового или внешнего индикаторов, управляемого контактами выходного реле.

Изделие состоит из блока электронного (БЭ)и проводной линии, размещаемой вдоль блокируемого участка и подключаемой к БЭ. Проводная линия создается с помощью комплектов монтажных частей (КМЧ). КМЧ для грунта и асфальта содержит диэлектрические стойки, устанавливаемые с интервалами 6-7 м. На стойках на высоте около 1,5м закрепляется верхний провод линии, нижний прокладывается под верхним по земле или закапывается на небольшую глубину (3-5 см). Зона обнаружения формируется между верх- " ним проводом и поверхностью земли.

Длина блокируемого рубежа при установке на земле - 40-125 м, на заграждении - 40-250 м, ширина зоны обнаружения (на земле)-не более 3 м.

Напряжение питания 10,2-15В или 20- 30 В. Ток, потребляемый в дежурном режиме, при напряжении 12 В не более 25 мА.

Маскируемый проводно-обрывной сигнализатор ТРОС-1 предназначен для оперативной организации рубежа охраны мест временного расположения людей, техники, грузов, объектов или прилегающей к ним территории.

Принцип действия - регистрация целостности электрической цепи, образованной двухжильным микропроводом. Обрыв провода при вторжении нарушителя вызывает появление звукового сигнала. Благодаря малому диаметру провода достигается высокая степень маскировки на местности и высокая вероятность обнаружения. Развернутый на местности микропровод повторно не используется.

Максимальная протяженность охраняемого рубежа - 1,5 км. Он комплектуется двумя кассетами провода. Напряжение питания (батарея) - 1,5В. Время непрерывной работы без смены источника питания - не менее 6 месяцев. Диапазон рабочих температур от -50 до +50°С. Габариты (диаметр, длина) 53х260 мм.

Таким образом, ГУП СНПО "Элерон" создана широкая номенклатура периметровых средств обнаружения, позволяющих решать самые разнообразные задачи по охране практически любых объектов.

А.А. Бронников,
Начальник отделения ФГУП "СНПО "Элерон", к.т.н.

П.В. Полудин,
Начальник лаборатории ФГУП "СНПО "Элерон"

Одной из важнейших задач обеспечения безопасноти объекта является блокироване периметра - первого рубежа защиты. С этой целью все шире используются радолучевые средства обнаружения (РЛСО).

Террористические акты, направленные против ядерно-опасных, энергетических, военных и других объектов; распространение международного религиозного экстремизма, контрабанда оружия – все это реальные угрозы государственного и межгосударственного масштаба для стабильного развития не только отдельной страны, но и всего мирового сообщества. На правительственном уровне многих стран, в том числе и России, рассматриваются вопросы повышения защищенности особо важных объектов инфраструктуры, объектов военного назначения. ФГУП "СНПО "Элерон" активно участвует в решении этих вопросов, являясь одним из ведущих предприятий в области разработки и производства комплексных систем безопасности особо важных объектов, систем жизнеобеспечения и мониторинга.

Особенности РЛСО

Организация современной системы защиты объекта включает в себя применение технических средств охраны, работающих на различных физических принципах. Чем больше пери-метр, тем выше эффективность использования технических средств по сравнению с охраной, осуществляемой людьми. В последнее время широкое распространение получили радиолучевые средства обнаружения. Этот класс средств характеризуется зоной обнаружения, сформированной между передатчиком и приемником электромагнитного поля, имеющей вид сильно вытянутого эллипсоида вращения. Параметры поля изменяются при вторжении и регистрируются приемником. Наиболее негативное влияние на работу РЛСО оказывают такие помеховые факторы, как транспорт или группы людей, движущиеся вблизи зоны обнаружения, травяной и снежный покров, деревья, растущие вдоль зоны обнаружения, животные. ФГУП "СНПО "Элерон" имеет большой опыт в разработке и эксплуатации технических средств охраны. Специалистами ФГУП ранее для решения раз-личных тактических задач были разработаны такие РЛСО, как:

• "Витим" – мобильное, быстроразвертываемое средство;
• "Маска-04" – средство, имеющее малую ширину зоны обнаружения (менее 1 м);
• "Контур" – РЛСО, включающее в себя до восьми участков с интерфейсным блоком, позволяющим прибору работать без системы сбора и отображения информации.

Преимущества РЛСО "Контур-М"

На основе опыта, приобретенного при производстве радиотехнических средств охраны и при оснащении ими различных объектов, ФГУП "СНПО "Элерон" разработало радиолучевое средство обнаружения "Контур-М", имеющее повышенную устойчивость к таким помеховым факторам, как:

• проезд автотранспорта вдоль зоны обнаружения;
• наличие растительности вблизи зоны обнаружения;
• ливневые дожди. При разработке этого средства были учтены рекомендации, полученные от проектных и эксплуатирующих радиотехнические средства охраны организаций, а также уделено большое внимание анализу показателям цена/ качество. Например, для сужения зоны обнаружения средства и зоны отчуждения необходимо повышать рабочую частоту средства, что приводит к значительному повышению стоимости последнего. При разработке "Контур-М" эта задача была решена аппаратным способом, что позволило оптимизировать соотношение цена/качество.

Монтаж и настройка

Для минимизации затрат при проведении монтажа совместная работа нескольких средств осуществляется без прокладки кабеля синхронизации между соседними средствами, что особенно существенно сказывается на цене проекта при формировании протяженных рубежей. Для соединения блоков передатчика и приемника средства используется двухжильный кабель, что также снижает затраты при монтаже РЛСО. "Контур-М" был разработан с учетом требований простого и быстрого монтажа и настройки – при его монтаже не требуется точная юстировка блоков приемника и передатчика. Снижение габаритных размеров блоков средства уменьшило ветровые нагрузки на него, что позволило упростить крепление блоков и также снизить затраты при монтаже на объекте. Для удобства настройки РЛСО и проверки его работоспособности в процессе эксплуатации в блоке приемника предусмотрена световая индикация режима работы средства (дежурный режим, неисправность или выдача сигнала срабатывания). "Контур-М" включает в себя: блок передатчика, блок приемника и комплект монтажных частей для крепления блоков на стойку (трубу) или плоскую поверхность. Данное средство обнаружения позволяет создать рубеж протяженностью от 10 до 150 м при максимальной ширине зоны обнаружения в 2,5 м и ее длине в 150 м. Рабочая частота этого средства – 10 ГГц. Формирование протяженных рубежей (периметров) осуществляется путем установки на объекте нескольких таких средств. Возможность выбора одной из четырех частот модуляции передатчика в сочетании с фильтром приемника позволяет исключить взаимовлияние средств на соседних участках.

Обработка сигналов

В состав блока приемника входит микропроцессорное устройство обработки сигналов, которое принимает решение о формировании средством сигнала тревоги.

Для отстройки от помех, вызванных движущимися или находящимися рядом с чувствительной зоной предметами (транспортом, травой, деревьями, секциями ограды и т.п.), при принятии решения о формировании сигнала тревоги проводится анализ тонкой структуры сигнала в устройстве обработки. Для выполнения данной задачи были созданы алгоритм и программа обработки сигналов. При обработке сигналов учитываются не только амплитудные и временные соотношения, но и фазовые соотношения сигналов, получаемых при пересечении более удаленных от оси луча зон Френеля. Полученные сигналы с временным разделением анализируются методом наложения образов сигналов, и исходя из соотношения этих образов вырабатывается решение о формировании сигнала тревоги (распознавание цели методом нечеткой логики). Программа позволяет регулировать чувствительность средства селективно на краях зоны обнаружения, что позволило уменьшить ширину чувствительной зоны средства и таким образом снизить влияние окружающих факторов.

Обнаружение нарушителя

Таким образом, средство "Контур-М" имеет, с одной стороны, высокую вероятность обнаружения нарушителя – не менее 0,95 (с доверительной вероятностью 0,8) и, с другой стороны, высокую помехоустойчивость – среднее время наработки на ложное срабатывание не менее 1000 ч при воздействии помеховых факторов. Ширина зоны отчуждения при максимальной длине зоны обнаружения (150 м) составляет: для группы людей – не более 1,5 м от оси зоны обнаружения; для транспорта – не более 2,5 м. Аналогичные РЛСО с рабочей частотой 10 ГГц, при длине зоны обнаружения в 150 м, как правило, имеют ширину зоны отчуждения не менее 5 м от оси зоны обнаружения. Средство "Контур-М" позволяет обнаруживать нарушителя, передвигающегося в рост, согнувшись или ползком. Для обнаружения ползущего нарушителя средство устанавливается на высоту 0,3–0,5 м для исключения "мертвых" зон вблизи блоков. Для обнаружения нарушителя, передвигающегося в рост или согнувшись, средство рекомендуется устанавливать на высоту 0,7–1 м. Приемный и передающий блоки снабжены планарными многоэлементными антеннами, имеющими разные размеры в вертикальной и горизонтальной плоскостях, которые формируют асимметричную в поперечном сечении чувствительную зону (относительно небольшой ширины) и минимизируют "мертвые" зоны вблизи блоков средства. При установке средства на рекомендуемую высоту "мертвые" зоны вблизи блоков отсутствуют, что позволяет устанавливать "Контур-М" на соседних участках практически без перекрытия зон обнаружения. Допускается установка двух средств на одном участке (на общих стойках) на разной высоте для обнаружения ползущего нарушителя и передвигающегося в рост или согнувшись.

Адаптация к обстановке

Система защиты периметра включает в себя несколько рубежей – заграждения и технические средства защиты. При размещении РЛСО вблизи заграждений возможно изменение тактико-технических характеристик средства (снижение вероятности обнаружения нарушителя, образование "мертвых" зон и т.п.), так как при подобном размещении происходит искажение электромагнитного поля. Кроме того, на работоспособность радиолучевых средств обнаружения негативно влияют имеющиеся в зоне обнаружения неровности рельефа и наличие крупногабаритных объектов вблизи ее границ. Микропроцессорное устройство обработки сигналов позволяет адаптировать "Контур-М" к окружающей обстановке на объекте, оптимально настроить средство при его монтаже на расстоянии до 0,5 м от заграждения. Выбирая одну из программ обработки сигналов с помощью десятипозиционного переключателя и делая пробные проходы в местах, имеющих сложный рельеф, или вблизи крупных объектов, "Контур-М" настраивается на высокую вероятность обнаружения во всех точках зоны обнаружения. Широкий динамический диапазон автоматической регулировки позволяет адаптировать "Контур-М" к изменениям окружающей обстановки на охраняемом участке и к изменениям погодных и сезонных условий, что дает возможность исключить его дополнительную настройку в процессе эксплуатации. Помимо указанных случаев, "Контур-М" вырабатывает сигнал срабатывания и при вскрытии приемного блока, имеющего элементы настройки.

Условия эксплуатации

Допускается использование РЛСО "Контур-М" вблизи линий электропередачи (ЛЭП). По электромагнитной совместимости "Контур-М" соответствует требованиям ГОСТ Р 50746–2000 – для II группы исполнения по устойчивости к помехам, электромагнитной обстановке средней жесткости с критерием качества функционирования "В". Электропитание средства осуществляется от источника постоянного напряжения 10–30 В при энергопотреблении не более 1,3 Вт. "Контур-М" сохраняет работоспособность при следующих условиях:

• диапазон рабочих температур от -50 до +55 °С;
• относительная влажность воздуха до 98% при температуре 25 °С;
• атмосферное давление до 60 кПа (450 мм рт.ст.);
• солнечное излучение с плотностью потока до 1125 Вт/м;
• атмосферные осадки (дождь, снег) до 40 мм/ч, а также иней, роса и песчаные бури;
• скорость ветра в порывах до 30 м/с;
• расположение кроны деревьев не ближе 1,5 м от границы зоны обнаружения;
• высота травяного покрова и неровностей до 0,4 м;
• высота снежного покрова до 0,5 м. Средство "Контур-М" построено на современной элементной базе и изготавливается с применением технологии поверхностного монтажа радиоэлементов, что повысило его надежность и существенно уменьшило габаритные размеры (170х115х50 мм). Серийное производство РЛСО "Контур-М" начато во III квартале 2008 г.

Однопозиционные средства обнаружения представляют собой одно устройство, которое одновременно излучает сигналы и анализирует окружающую среду. Оно способно определить расстояние до объекта и его размеры. Такие датчики обладают недостатком - любой приближающийся крупный объект или мелкий объект, оказавшийся слишком близко, провоцируют включение тревоги.

Двухпозиционные средства обнаружения - это система из двух излучателей, которые устанавливаются напротив друг друга. Их действия согласованы, а получаемые данные анализируются, как единое целое. Это позволяет узнавать не только расстояние до объекта и его габариты, но и примерные очертания. Так, можно более тонко настроить датчики (ввести больше параметров), снизить вероятность ложной тревоги. Такие изделия не побеспокоят, например, из-за случайно попавшего на территорию мелкого животного.

Область применения оборудования

Радиолучевые датчики обнаружения реагируют на приближение объекта и передают сигнал об этом на центральный пульт, либо включением звукового оповещения о тревоге. Они постоянно излучают радиосигнал и мониторят окружающую среду. Передаваемые волны отражаются от движущегося объекта, что позволяет агрегату «заметить» его издалека. Дальность действия датчика зависит от его мощности. Данные изделия пользуются широким спросом на режимных объектах, о приближении посторонних к которым необходимо знать заранее.

Датчики движения используются на территориях, куда запрещен проход посторонним лицам. Главный принцип выбора места для установки устройства заключается в том, что на контролируемой им территории в принципе не должны проходить люди, поскольку там нет входа:

• на пограничных зонах, где отсутствуют КПП;
• на режимных объектах различного значения - датчики монтируются по всему периметру за исключением специально организованного КПП;
• на складах;
• в чердачных и подвальных помещениях.

При монтаже стоит также учитывать, что максимальное качество работы устройств достижимо при их правильном монтаже. Датчики требуют жесткой фиксации. Постоянное изменение их местоположения из-за порывов ветра или других факторов может снизить качество охраны, вызывать ложные тревоги.

Примеры радиолучевых двухпозиционных датчиков

Хорошим примером двухпозиционного датчика является модель отечественного производителя Forteza. Датчик FMW-3 способен создать барьер длиной от 10 до 300 метров. Система обнаруживает людей, которые идут прямо или пригнувшись. При правильном монтаже также возможно обнаружение нарушителей, следующих ползком или перекатом. Кроме того, комплекс устройств подает тревожные сигналы в случае поломки приемника или передатчика либо снижения напряжения. Поэтому незаметно вывести их из строя не получится. FMW-3 рассчитана на работу в условиях внешних помех, исходящих от ЛЭП или других устройств, использующих радиоволны или создающих электромагнитное излучение. Стоимость датчика – 18500 руб.

– это оборудование, замаскированное под светильник. Устройство действительно работает как осветительный прибор, но его главная задача - охрана территории. В ассортименте есть множество замаскированных изделий. Извещатель является двухпозиционным, поэтому в комплекте поставляется два внешне одинаковых прибора. Стоимость - 10 600 рублей.

– качественный двухпозиционный извещатель из среднего ценового сегмента (стоимость - 21 500 рублей). Обладает хорошими характеристиками. Благодаря низкой массе и компактности легко устанавливается и маскируется.

– один из самых дорогих товаров в ассортименте. Обладает высокими характеристиками. Одна из главных особенностей - взрывозащищенность. Извещатель популярен на объектах особой важности, стратегических предприятиях.

Реферат

На тему

Радиоволновые и радиолучевые средства обнаружения

1. Назначение, виды и основные характеристики радиоволновых и радиолучевых средств обнаружения

Радиоволновые и радиолучевые средства обнаружения получили широкое распространение при защите периметров объектов и организации скрытых или маскируемых рубежей охраны в помещениях.

Различие между радиоволновыми и радиолучевыми средствами обнаружения состоит в способе формирования чувствительной зоны СО: РВСО использует ближнюю зону распространения радиоволн; РЛСО - дальнюю зону, т.е. более 100.

Чувствительная зона СО - это участок или объект, появление в котором объекта обнаружения вызывает возникновение полезного сигнала с уровнем, превышающим уровень шума или помехи.

Внутри зоны чувствительности располагается зона отчуждения

Это зона, появление в которой людей, техники или других объектов обнаружения может привести к превышению полезным сигналом порогового значения и выдаче СО сигнала "Тревога".

Внутри зоны отчуждения располагается зона обнаружения СО

Зона, где СО обеспечивает заданную вероятность обнаружения.

Вероятность обнаружения - это вероятность того, что СО выдаст обязательно сигнал "Тревога" при пересечении или вторжении в зону обнаружения нарушителя, в условиях и способами, оговоренными в нормативной документации. Как правило, зарубежные фирмы указывают в качестве вероятности обнаружения СО несмещенную оценку вероятности обнаружения:

где N,«;n - число испытаний по преодолению зоны обнаружения СО; М - число пропусков нарушителя.

Например, если при пересечении ЗО в количестве 100 раз не было пропусков нарушителя, т.е. СО выдало 100 раз сигнал "Тревога", то про это СО можно сказать, что его вероятность обнаружения составляет 0,99.

В отечественной практике под вероятностью обнаружения, как правило, понимается нижняя граница доверительного интервала, в котором с доверительной вероятностью лежит истинное значение вероятности обнаружения.

То есть под вероятностью обнаружения понимается величина

где Р* - среднее частотное значение вероятности обнаружения, определяемое выражением

Коэффициент Стьюдента для данного числа испытаний

и выбранной доверительной вероятности.

"Полезным" называют сигнал, возникающий на выходе чувствительного элемента при преодолении или вторжении в зону обнаружения нарушителя.

Другим важным параметром СО является частота ложных срабатываний Nne . определяемая выражением:

где Тлс - время наработки на ложное срабатывание.

Доверительный интервал для оценки средней наработки на ложное срабатывание задается граничными значениями и Т2, определяемыми из соотношений:

где Тисп - продолжительность испытаний; N - число испытываемых образцов;- нижняя оценка параметра распределения Пуассона; - верхняя оценка параметра распределения Пуассона.

Помеховым сигналом называется зависимость электрической величины от времени на выходе ЧЭ СО при воздействии на него возмущающих факторов любой природы, не связанных с вторжением или преодолением объектами обнаружения зоны обнаружения.

Возмущающим воздействием называется воздействие на ЧЭ СО, являющееся причиной возникновения помехи или искажающее форму полезного сигнала.

Примером возмущающего воздействия могут служить: порыв ветра, снег, дождь; кошки, собаки, перемещающиеся в чувствительной зоне; транспорт, перемещающийся вблизи 43, и др.

Флюктуационной помехой называют помеху, являющуюся непрерывным случайным процессом, описываемым своими многомерными функциями распределения.

Импульсной помехой называют помеху, представляющую собой случайную последовательность импульсов, описываемую моментами появления импульсов и их видом.

Причиной пропуска полезного сигнала является маскирующее действие помехи, полностью или частично компенсирующей полезный сигнал, либо отсутствие в полезном сигнале характерных признаков, позволяющих отличить его от помехового сигнала, что приводит к несрабатыванию СО.

При определении вероятности обнаружения СО, выпускаемых в больших объемах, могут применяться методики, использующие кроме доверительного интервала и доверительной вероятности риск заказчика и риск изготовителя. Например, по отечественной методике аналогичное СО будет иметь вероятность обнаружения не более 0,9.

В зависимости от принципа действия различают активные или пассивные РВСО и РЛСО.

Пассивные РВСО и РЛСО используют собственное излучение объекта обнаружения или вызываемое им изменение электромагнитных полей внешних источников.

Активные РВСО и РЛСО используют собственный источник ЭМП для формирования чувствительной зоны.

Различают одно- и двухпозиционные РВСО и РЛСО:

Однопозиционные имеют общий блок приемопередатчика;

Двухпозиционные имеют разнесенные блоки передатчика и приемника.

Пассивные РЛСО применяются для обнаружения нарушителей, имеющих собственное электромагнитное излучение.

Форма чувствительной зоны для пассивных РВСО определяется формой диаграммы направленности антенны. В первом случае она, как правило, круговая, а используемый диапазон лежит в пределах 10 Гц...10 ГГц. Во втором случае, как правило, чувствительная зона имеет лучевую форму и используются метровый и дециметровый диапазоны.

Активные однопозиционные РЛСО включают в себя:

Однопозиционную РЛС;

Нелинейный радиолокатор;

Однопозиционное микроволновое СО.

Однопозиционные РЛС метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов применяются для контроля территории, прилегающей к особо важным объектам, охраны береговой полосы, прибрежной зоны и ближней разведки в условиях боевых действий. Различают стационарные, мобильные и носимые РЛСО.

Нелинейный радиолокатор использует широкополосный сигнал специальной формы и предназначен для обнаружения человека за неподвижными физическими преградами и укрытиями.

Однопозиционные микроволновые СО используют для временного блокирования разрывов в заграждении, охраны объемов неотапливаемых помещений, входов в охраняемые здания, для перекрытия "мертвых зон" радиолучевых рубежей охраны периметров, организации скрытых рубежей блокирования в охраняемых помещениях.

Примечание: "Мертвой зоной" называется пространство между СО и 30 или разрывы в 30, где вероятность обнаружения меньше заданной.

Данные СО работают в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Для обнаружения используется изменение расположения стоячих волн в охраняемом объеме при появлении объекта обнаружения, либо проявление эффекта Доплера при движении объекта обнаружения.

Двухпозиционные РЛСО работают в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах и используются для блокирования периметров объектов, мест временного расположения войсковых подразделений, грузов и т.п. Полезный сигнал формируется за счет изменения объектом обнаружения сигнала связи на входе приемника.

Двухпозиционные РВСО работают в декаметровом, метровом и дециметровом диапазонах длин волн и используются для блокирования периметров объектов и организации скрытых рубежей охраны. В качестве антенных систем здесь применяются радиоизлу-чающие кабели, другое название - линия вытекающей волны, а также кусочно-ломаные двух- и однопроводные линии.

В данную классификацию не вошли некоторые СО, являющиеся комбинацией нескольких СО, и еще только разрабатываемые РЛСО с синтезированной апертурой.

2. Передатчик, антенная система и приемник как блок формирования полезного сигнала

Пусть имеется РЛСО с антенной системой, состоящей из двух одинаковых антенн с размерами DB по вертикали и Dr по горизонтали, установленных на высоте НА от поверхности земли параллельно забору на расстоянии А от него и на расстоянии L друг от друга. Диаграмма направленности антенны определяется углами в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно.

При этом возможны следующие случаи: - антенную систему можно рассматривать как состоящую из точечных антенн, если выполняются условия:

Антенную систему необходимо рассматривать как имеющую конечный размер, если приведенные выше условия не выполняются.

Мощность, излучаемая передающей антенной РИзл. связана с мощностью, наводимой в приемной антенне РПр, при расположении антенн в свободном пространстве выражением:

где- длина волны РЛСО;- коэффициент усиления антенны.

Влияние подстилающей поверхности на работу РЛСО показано на рис. 3.2. При увеличении расстояния L между антеннами принимаемый сигнал имеет колебательный характер и затухает. При увеличении высоты подвеса антенн НА принимаемый сигнал имеет колебательный характер и возрастает, стремясь к значению принимаемого сигнала для свободного пространства. Аналогичная картина наблюдается и при увеличении расстояния А до протяженного предмета - забора, стены.

Известно, что при распространении радиоволн от передающей к приемной антенне образуется сложная интерференционная картина. Для большинства РЛСО и большой протяженности зоны обнаружения справедливо условие дифракции Френеля.

Известно также, что область ВЧ-рассеяния по отношению характерного размера объекта D к радиусу первой зоны Френеля Ri подразделяется следующим образом:

Процесс сигналообразования в РЛСО происходит следующим образом. Человек - нарушитель при движении поперек участка последовательно перекрывает зоны Френеля.

При этом человек с высокой степенью точности моделируется при перемещении в "рост" и "ползком" прямоугольником с габаритами человека, при перемещении "согнувшись" - двумя прямоугольниками. Радиус m-ой зоны Френеля

а наибольший радиус зоны Френеля, определяющий ширину зоны обнаружения, составляет

Соответственно, отношениевыражается через расстояние от точечного источника электромагнитного поля до объекта п, расстояние от объекта до точки наблюдения г2 и длину волныследующей формулой:

Основные параметры человека, влияющие на параметры полезного сигнала, показаны на рис. 3.4.

Чтобы уменьшить мертвую зону при обнаружении ползущего человека, необходимо устанавливать большую антенну.

В соответствии с размерами животных, обитающих на данном объекте, и их возможными путями продвижения определяется уровень помеховых импульсных сигналов.

Другой тип помехи - от подстилающей поверхности. Общие требования к РЛСО по подстилающей - поверхности следующие:

Неравномерность поверхности не более 20 см;

Трава и снежный покров - свыше 30 см.

Полоса частот полезного сигнала определяется минимальной и максимальной шириной зоны чувствительности, а также минимальной и максимальной скоростью передвижения нарушителя. Соответственно для конкретного средства обнаружения при уменьшении длины участка блокирования возможно обнаружение более медленно движущегося нарушителя.

Для обеспечения совместной работы нескольких средств применяется амплитудная модуляция зондирующего сигнала разными частотами. Временное разделение, требующее взаимной синхронизации, применяется редко.

Для уменьшения влияния изменений состояния подстилающей поверхности на уровень полезного сигнала в РЛСО применяются АРУ или логарифмический усилитель.

В современных РЛСО, использующих цифровые методы обработки, как правило, имеется возможность настройки на длину блокируемого участка и максимальную и минимальную скорость движения нарушителя.

3. О двух подходах к построению РВСО

РВСО строятся на основе одно- или двухпроводных линий и радиоизлучающих кабелей. Одно- и двухпроводные линии применяются в контактных средствах при блокировании верха заграждения. Характеристики проводной линии очень сильно зависят от состояния подстилающей поверхности.

Для всех РВСО характерна неравномерность чувствительности вдоль рубежа охраны. Для ее выравнивания в двухпроводных линиях применяется изменение начальных условий формирования стоячих волн в линиях.

Для компенсации неравномерности чувствительной зоны РВСО были предложены и применяются различные методы, как-то:

Зондирование ЛВВ радио- и видеоимпульсами;

Зондирование ЛВВ сигналом с линейно-частотной модуляцией;

Зондирование ЛВВ многочастотным сигналом, в том числе с переключением частот;

Переключение нагрузки кабелей;

Переключение передающего и приемного кабелей;

Использование двух приемных кабелей, разнесенных на местности.

Существующие РВСО ЛВВ и применяющиеся в них методы выравнивания чувствительности можно разделить на две группы:

1. РВСО ЛВВ с односторонним включением передатчика и приемника. Для выравнивания чувствительности применяются импульсные зондирующие сигналы, при этом неравномерность чувствительности уменьшается за счет разбиения 43 на элементарные участки малой длины.

2. РВСО ЛВВ со встречным включением передатчика и приемника. Неравномерность чувствительности уменьшается за счет многоканальной обработки сигналов. Для формирования двух и более реализаций ФЧ используются различные способы: два разнесенных приемных кабеля, переключение нагрузки кабелей, переключение передающего и приемного кабелей, многочастотные зондирующие сигналы и т.д.

Рассмотрим первую группу способов. Использование радиоимпульсов с частотой заполнения около 60 МГц позволяет получить элементарные участки длиной около 30 м, что не обеспечивает компенсацию низкочастотной и высокочастотной гармоник для всех типов фунтов. Данное средство применяется для блокирования рубежей в пустынных и полупустынных районах США, Канады и Израиля, где период низкочастотной пространственной гармоники более или менее соизмерим с величиной элементарного участка.

Можно доказать, что при использовании большого числа зондирующих частот в диапазоне 30...90 МГц возможна компенсация неравномерности чувствительности до уровня 2...3 дБ. В литературе описано большое число эмпирических алгоритмов обнаружения: с логической обработкой каналов по схеме М из N, с перемножением текущих значений сигналов, с суммированием квадратов текущих значений сигнала и т.д. Показано, что многочастотные методы позволяют не только получить высокую равномерность чувствительности по длине рубежа, но и при необходимости разработать алгоритм управления формой 43 РВСО ЛВВ, например, получать 43 шириной от 1 до 8 м.

Зону обнаружения, показанную на рис. 3.6 можно представить в виде четырехполюсника, эквивалентная электрическая схема которого приведена на рис. 3.7.

Рассмотрим коэффициент передачи четырехполюсника по напряжению. Для внутренних токов и напряжений при определении Ки лучше воспользоваться параметрами четырехполюсника типа А, для которого

гдеотношение напряжений при разомкнутых выходных контактах четырехполюсника;

величина, обратная передаточной проводимости при закороченных выходных зажимах;

При согласованной нагрузке. Тогда, подставив значения ZH и Z2 в, получим:

Для рассматриваемых случаев, когда, слагаемым Zw в знаменателе можно пренебречь. Тогда получаем:

Для излучающего кабеля Zw = const, поэтому все изменения коэффициента передачи будут зависеть от изменения сопротивления связи Z.

Рассмотрим изменения передаточной проводимости среды в поперечном разрезе схемы зоны взаимодействия ЛВВ, показанном на рис. 3.8.

Так как приемная и передающая линии располагаются по разные стороны границы раздела земля/воздух, то сопротивление связи можно разбить на две составляющие: Z - сопротивление связи воздушного пространства и Zy - сопротивление связи грунта. Тогда Сопротивление связи грунта можно представить как

где Zro = const Gf - коэффициент, зависящий от типа грунта и его влажности.

Из выражений и имеем

При попадании нарушителя в зону взаимодействия ЛВВ возникает неоднородность, которая меняет сопротивление связи Zc. Причем, если неоднородность появляется в воздушном пространстве, то меняется сопротивление ZB, а сопротивление Zr при этом остается неизменным:

где m - коэффициент модуляции сопротивления связи воздушного пространства. Отсюда

Для излучающих кабелей коэффициент модуляции входного сигнала М будет пропорционален коэффициенту модуляции сопротивления связи:

Как показал анализ других вариантов взаимного расположения кабелей, рассмотренный выше вариант обладает рядом преимуществ:

Меньшая зависимость от состояния грунта;

Большее отношение сигнал/помеха.

Анализ поля излучающего кабеля показывает наличие двух волн, распространявшихся с разными фазовыми скоростями внутри кабеля и по внешней поверхности кабеля. Более точное решение показало, что кроме указанных двух типов волн должны присутствовать и другие пространственные компоненты.

Если провести подробный анализ продольной и поперечной составляющих напряженности электрического поля вдоль кабеля, то краткое резюме из него сведется к следующему.

Составляющие электромагнитного поля излучающего кабеля во внешней среде содержат несколько компонентов, отличающихся коэффициентом распространения или фазовой скоростью.

Основной пространственный компонент поля обусловлен внутренней Т-волной, вытекающей через щели. Этот компонент, выражаемый множителем, не зависит от электрических свойств среды. Второй компонент, выраженный в виде

является аналитическим представлением поверхностной волны. Третий компонент

является аналитическим представлением пространственной волны. Ее фазовая скорость определяется электрическими параметрами диэлектрической оболочки кабеля. Четвертый компонент

является пространственной волной и ее фазовая скорость полностью определяется электрическими параметрами внешней среды. Величины в приведенных выражениях fj обозначают:

m - коэффициент модуляции сопротивления связи воздушного пространства;

d - шаг перфорации внешнего электрода кабеля; k - const;

Z - координата пересечения рубежа охраны; hp, Pl р2 - коэффициенты фазы.

Суммарное продольное электрическое поле кабеля представляет собой сумму биений основного компонента со вторым, третьим и четвертым компонентами. Результирующее поле должно иметь довольно сложный характер. Первым недостатком этой модели излучающей структуры является то, что в результирующем выражении для продольной составляющей напряженности электрического поля отсутствует дискретный спектр пространственных гармоник, обусловленный дискретным распределением излучающих щелей.

Кроме того, из полученного выражения можно сделать неверный вывод о том, что продольное распределение основной гармоники не зависит от координаты Z. Вместе с тем, эта модель точнее других отражает распределение поля вдоль излучающего кабеля и позволяет объяснить появление второй пространственной гармоники в функции неравномерности чувствительности СО. Однако получить значения амплитуд и коэффициентов затухания пространственных гармоник теоретическим путем до настоящего времени не удалось. Также неизвестна зависимость убывания амплитуд гармоник в радиальном направлении, что не позволяет сделать вывод о значении коэффициента передачи системы передающий - приемный кабели при ее расположении в различных средах.

Приведенные в литературе результаты экспериментальных исследований показывают, что неравномерность распределения поля вдоль излучающего кабеля может достигать 50 дБ.

При использовании режимов короткозамкнутой нагрузки или холостого хода, а также неполном согласовании нагрузки с волновым сопротивлением кабеля следует учитывать и встречный поток энергии, создаваемой отраженной волной. Накладываясь друг на друга, прямая и отраженные волны будут также создавать стоячую волну и результирующая картина поля вдоль кабеля еще более усложнится.

Если учитывать только отражение от несогласованной нагрузки и пренебрегать затуханием волны вдоль кабеля, то результирующая напряженность поля вдоль кабеля может быть представлена в виде суммы прямойи отраженнойволн.

При этом прямая и отраженная волны определяются выражениями:

где А, В, С, D - амплитуды пространственных волн;- коэффициенты распространения волн; р - коэффициент отражения.

Принимая во внимание четность косинусоидальной функции, продольное распределение результирующего поля кабеля можно выразить в виде:

На основании изложенного можно утверждать:

Результирующая картина поля вдоль излучающего кабеля является суперпозицией по меньшей мере четырех типов волн;

Неравномерность напряженности поля вдоль кабеля составляет в одночастотном режиме до 40 дБ;

Подстилающая поверхность оказывает определённое влияние на распределение поля и коэффициент связи между кабелями.

Вместе с тем следует отметить, что практический интерес представляет комплексный коэффициент передачи системы передающий - приемный кабели и его изменения при проходе человека. Теоретическим путем получить такую зависимость до настоящего времени не удалось. Поэтому построена модель функции чувствительности РВСО ЛВВ. Под ФЧ подразумевается зависимость максимальной амплитуды полезного сигнала при проходе человека через чувствительную зону РВСО ЛВВ от координаты места пересечения рубежа и частоты зондирующего сигнала, т.е. ФЧ = F, где Z - координата пересечения рубежа, f - частота зондирующего сигнала.

Определить ФЧ можно двумя принципиально разными способами:

Во-первых, посредством параллельных проходов чувствительной зоны с интервалом 0,7... 1 м. Величина интервала определяется габаритами и точностью движения человека поперек к линии кабеля;

Во-вторых, выполняется один проход вдоль линии кабеля, непосредственно под излучающим кабелем. Проведение многократных поперечных проходов одного человека через 0,7 м на участке длиной 125 м - чрезвычайно трудоемкое дело. В самом деле, измерение значений ФЧ в 179 точках потребует проведения от 4500 до 6000 пересечений рубежа. За время проведения такой серии экспериментов из-за влияния климатометеорологических факторов значения параметров сигналов существенно изменятся, что обесценит результаты проделанной работы.

Для другого способа неточность траектории передвижения человека вдоль кабеля и, в равной мере, невозможность точного определения линии закладки приемного кабеля могут привести к значительным систематическим ошибкам в определении ФЧ при продольном проходе. Поэтому для постановки эксперимента была разработана и обоснована методика проведения записи сигналов при продольном проходе.

Визуальный анализ пространственного спектра Фурье ФЧ показывает наличие двух ярко выраженных гармонических составляющих с периодами 14...17 и 1,5...2,5 м, характерных для любых частот зондирующего сигнала. Возникает важный вопрос: являются ли обнаруженные пространственные гармоники одинаковыми для всех частот сигнала? Если пространственные частоты не одинаковы, то можно компенсировать неоднородности за счет использования нескольких специально подобранных зондирующих частот.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что ФЧ описывается выражением вида:

где а и b - постоянные, определяющие амплитуды пространственных гармоник; f - частота зондирующего сигнала;- коэффициенты, определяющие зависимость периода пространственной гармоники от частоты зондирующего сигнала;- постоянные, определяющие взаимное расположение пространственных гармоник.

Важной задачей является оценка значений приведенных выше коэффициентов, их зависимости от состояния подстилающей поверхности и скорость изменения.

Полученные данные о значении периодов пространственных гармоник 14...17 и 1,5...2,5 м относятся к мокрому торфяному грунту. При подсыхании грунта значения периодов пространственных частот увеличиваются на 10... 15%. С учетом того, что мокрый торфяник имеет наибольшую диэлектрическую проницаемость по сравнению с другими грунтами, можно предположить, что полученные значения периодов пространственных частот являются нижними пределами их изменений.

Похожие рефераты:

Тема работы: тактика оснащения объектов периметральными системами охранной сигнализации связана с оснащением объекта ограждением. Технические средства и системы защиты внешнего периметра объекта. Типы периметральных систем охранной сигнализации.

Причины применения коллинеарной антенной решетки с последовательным возбуждением и ее расчет с использованием модели Маркони-Франклина. Определение характеристик излучающего элемента антенны. Оценка полученных результатов с помощью программы "SAR32".

Теоретические основы радиолокации. Формирование многочастотного сигнала. Многочастотная радиолокация целей. Способы обработки многочастотных сигналов. Помехозащищенность многочастотных РЛС. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими.

Системы охранной сигнализации, учет специфики охраняемых объектов, определяемой концентрацией, важностью и стоимостью охраняемых материальных ценностей. Подгруппы охраняемых объектов. Термины и определения, используемые в системах охранной сигнализации.

Основные параметры антенны поверхностной волны и линии ее питания, разработка их эскиза в масштабе с указанием основных геометрических размеров и графики нормированных диаграмм направленности антенны. Расчет мощности, подводимой к антенне СВЧ генератором.

Основные задачи, стоящие перед радиолокационными станциями с селекцией движущихся целей. Методика оценки эффективности РЛС с СДЦ на основе сравнительного анализа вероятности правильного обнаружения с учетом влияния кривизны Земли и затухания радиоволн.

Радиолокационные станции управления воздушным движением. Разработка алгоритмов работы и структурных схем постановщика помех и устройств защиты станции, анализ эффективности комплекса. Расчёт параметров помехопостановщика и зон прикрытия помехами.

В работе рассмотрена тема характера воздействия помех на работу систем и принципов их защиты. Разделение помех на группы: шумы, мешающие излучения и мешающие отражения. Помехи и их классификация. Спектр шумов. Теория обнаружения. Функции времени.

Система уравнений, определяющая дальность действия вторичных радиолокаторов. Условия оптимальности данной системы с энергетической точки зрения. Расчет мощности передатчика и чувствительности приёмника ответчика, основные характеристики радиолокатора.

Изучение назначения волоконно-оптических кабелей как направляющих систем проводной электросвязи, использующих в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического диапазона. Характеристика и классификация оптических кабелей.

Понятие и сущность пространственного сигнала в дальней зоне источника излучения. Принципы и характеристика пространственно-временной эквивалентности обработки сигналов. Случайный пространственный сигнал, его характеристика и особенности. Отражение шума.

Общая характеристика и сфера применения антенных решеток. Определение параметров и конструкции симметричных вибраторных антенн, описание способов их возбуждения. Расчет коллинеарной антенной решетки с параллельным возбуждением, построение диаграмм.