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.

1. Введение

1.1. Периметр - первая линия защиты

Современные электронные системы охраны весьма разнообразны и в целом достаточно эффективны. Однако большинство из них имеют общий недостаток: они не могут обеспечить раннее детектирование вторжения на территорию объекта. Такие системы, как правило, ориентированы на обнаружение нарушителя, который уже проник на охраняемую территорию или в здание. Это касается, в частности, систем видеонаблюдения; они зачастую с помощью устройства видеозаписи могут лишь подтвердить факт вторжения после того, как он уже произошел.

Квалифицированный нарушитель всегда рассчитывает на определенное временное “окно”, которое проходит от момента проникновения на объект до момента срабатывания сигнализации. Минимизация этого интервала времени является коренным фактором, определяющим эффективность любой охранной системы, и в этом смысле привлекательность периметральной охранной сигнализации неоспорима.

Периметральная граница объекта является наилучшим местом для раннего детектирования вторжения, т.к. нарушитель взаимодействует в первую очередь с физическим периметром и создает возмущения, которые можно зарегистрировать специальными датчиками. Если периметр представляет собой ограждение в виде металлической решетки, то ее приходится перерезать или преодолевать сверху; если это стена или барьер, то через них нужно перелезть; если это стена или крыша здания, то их нужно разрушить; если это открытая территория, то ее нужно пересечь.

Все эти действия вызывают физический контакт нарушителя с периметром, который предоставляет идеальную возможность для электронного обнаружения, т.к. он создает определенный уровень вибраций, содержащих специфический звуковой “образ” вторжения. При определенных условиях нарушитель может избегнуть физического контакта с периметром. В этом случае можно использовать “объемные” датчики вторжения, обычно играющие роль вторичной линии защиты.

Датчик любой периметральной системы реагирует на появление нарушителя в зоне охраны или определенные действия нарушителя. Сигналы датчика анализируются электронным блоком (анализатором или процессором), который, в свою очередь, генерирует сигнал тревоги при превышении заданного порогового уровня активности в охраняемой зоне.

1.2. Общие требования к периметральным системам

Любая периметральная система охраны должна отвечать определенному набору критериев, некоторые из которых перечислены ниже:

• Возможность раннего обнаружения нарушителя - еще до его проникновения на объект
• Точное следование контурам периметра, отсутствие “мертвых” зон
• По возможности скрытая установка датчиков системы
• Независимость параметров системы от сезона (зима, лето) и погодных условий (дождь, ветер, град и т.д.)
• Невосприимчивость к внешним факторам “нетревожного” характера - индустриальные помехи, шум проходящего рядом транспорта, мелкие животные и птицы
• Устойчивость к электромагнитным помехам - грозовые разряды, источники мощных электромагнитных излучений и т.п.

Очевидно, что периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя. В то же время эта система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний. Причины ложных тревог могут быть различными. Система может, например, среагировать при появлении в зоне охраны птиц или мелких животных. Сигнал тревоги может появиться при сильном ветре, граде или дожде. Кроме того, ложная тревога может возникнуть из-за “технологических” причин: неграмотный монтаж датчиков на ограде, неправильная настройка электронных блоков или просто неудовлетворительное инженерное состояние самой ограды, которая может, например, вибрировать при сильном ветре.

Сегодня рынок периметральных систем, как отечественных, так и импортных, весьма широк. Тем не менее, выбрать наиболее эффективную систему, отвечающую специфическим требованиям объекта, иногда бывает непросто. При выборе и проектировании системы нужно учитывать множество факторов - тип ограды, топографию и рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседство железных дорог, эстакад и автомагистралей, наличие линий электропередач.

Весьма важным фактором является квалификация и опыт организации, которая проектирует и монтирует периметральную систему охраны. Опыт показывает, что зачастую эффективность системы определяется не столько ее исходными техническими параметрами, сколько правильностью выбора и грамотностью ее монтажа.

Для оценки эффективности периметральных систем чаще всего используют специальные испытательные полигоны. Охранные системы там монтируют на стандартных оградах и оценивают их по специальным методикам, имитируя различные действия нарушителя - разрушение ограды, перелезание, подкоп и др.

1.3. Специфика применения периметральных систем

Особенность периметральных систем состоит в том, что обычно они конструктивно интегрированы с ограждением и генерируемые охранной системой сигналы в сильной степени зависят как от физико-механических характеристик ограды (материал, высота, жесткость и др.), так и от правильности монтажа датчиков (выбор места крепления, метод крепления, исключение случайных вибраций ограды и т.п.). Очень большое значение имеет правильный выбор типа охранной системы, наиболее адекватно отвечающей данному типу ограды.

Периметральные системы используют, как правило, систему распределенных или дискретных датчиков, общая протяженность которых может составлять несколько километров. Такая система должна обеспечивать высокую надежность при широких вариациях окружающей температуры, при дожде, снеге, сильном ветре. Поэтому любая система должна обепечивать соответсвующую автоматическую адаптацию к погодным условиям и возможность дистанционной диагностики.

Любая периметральная система должна легко интегрироваться с другими охранными системами, в частности, с системой видеонаблюдения.

2. Радиолучевые системы

Такие системы содержат приемник и передатчик СВЧ сигналов, которые формируют зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения (рис.1). Длина отдельной зоны охраны опредлеятся расстоянием между приемником и передатчиком, а диаметр зоны варьируется от долей метра до нескольких метров.

Рис. 1. Принцип действия радиолучевой системы.

Принцип действия таких систем основан на анализе изменений амплитуды и фазы принимаемого сигнала, возникающих при появлении в зоне постороннего предмета. Системы применимы там, где обеспечивается прямая видимость между приемником и передатчиком, т.е. профиль поверхности должен быть достаточно ровным и в зоне охраны должны отсутствовать кусты, крупные деревья и т.п.

Применяют радиолучевые системы как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражденных участков периметров. Эти системы обычно рассчитаны на обнаружение нарушителя, который предодолевает рубеж охраны в полный рост или согнувшись.

Общим недостатком радиолучевых систем является наличие “мертвых” зон - чувствительность системы понижена вблизи приемника и передатчика, поэтому приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров. Кроме того, радиолучевые системы недостаточно чувствительны непосредственно над поверхностью земли (30 - 40 см), что может позволить нарушителю преодолеть рубеж охраны ползком.

Относительно широкая зона чувствительности системы обуславливает ограниченность ее применения на объектах, где возможно случайное попадание в зону обнаружения людей, транспорта и т.п. В таких ситуациях для предотвращения ложных срабатываний рекомендуется с помощью дополнительной ограды оборудовать предзонник.

Блоки радиолучевых систем устанавливают либо на грунте (с помощью специальных стоек), либо на ограде или стене здания. При установке системы на грунте требуется подготовить охраняемую зону - спланировать территорию, удалить кустарники, деревья и посторонние предметы. При эксплуатации необходимо периодически выкашивать траву и убирать снег. При значительной высоте снежного покрова (более 0,5 м) необходимо изменить высоту крепления блоков на стойках и провести их дополнительную юстировку.

Рассмотрим несколько радиолучевых периметральных систем

Система “Гефест”, выпускаемая предприятием Дедал, предназначена для охраны огражденных и неогражденных рубежей длиной от 10 до 200 метров. Она позволяет обнаруживать человека передвигающегося в полный рост или согнувшись. Зона чувствительности имеет высоту 2,5 м и ширину 5 м. Приемник системы анализирует изменения амплитуды сигнала и при превышении заданного порога включает реле тревоги. В системе применен оригинальный алгоритм обработки обнаружения с раздельной регулировкой чувствительности для ближних и среднего участков зоны чувствительности. Система не срабатывает при появлении в зоне мелких животных или птиц; она устойчива к воздействиям снега, дождя и ветра.

В комплект поставки входят передатчик, приемник, блок питания, монтажный комплект и соединительные кабели. Приемник и передатчик помещены в корпуса из ударопрочного полистирола с габаритами 260 х 210 х 60 мм. Диапазон рабочих температур - от -40 до +50 градусов цельсия, напряжение питания - 12 В, потребляемая мощность 1 Вт. Обеспечена возможность дистанционного контроля работоспособности системы.

Аналогичная по назначению система “Грот” позволяет защищать участки периметра длиной до 300 м при ширине зоны обнаружения 6 м. Усовершенствованная конструкция блоков приемника и передатчика позволила повысить однородность электромагнитного поля и практически исключить области малой чувствительности на краях зоны. Система сохраняет работоспособность и не требует дополнительной настройки при высоте снежного покрова до 70 см.

Для зон длиной до 500 м можно использовать радиолучевое охранное устройство “Барьер”, по конструктивным данным аналогичное системе “Гефест”.

Периметральная радиолучевая система РЛД-94 (фото 1) выпускается в трех модификациях: для участков длиной 30, 100 и 300 м. Модификации на 100 и 300 м представляют собой базовый комплект (на 30 м), оснащенный дополнительными отражателями. В приборе используется импульсный синхронный режим работы, что позволяет снизить энергопотребление и повысить помехоустойчивость к воздействию электромагнитных помех. Система РЛД-94 широко используется в охранных комплексах АЭС, крупных предприятий, таможенных терминалов и др.

Фото 1. Периметральная радиолучевая система РДЛ-94.

Из зарубежных радиолучевых систем, представленных на российском рынке, можно отметить “Модель 16001 ” фирмы Senstar-Stellar (США). Система позволяет защищать зоны длиной до 240 м и предназначена для установки на земле, на торце ограды или на стене здания. Отличительная особенность передатчика - возможность регулировки угловой ширины диаграммы излучения в пределах от 11 О до 24 О и таким образом оптимизировать поперечное сечение чувствительной зоны.

Широкий спектр радиолучевых охранных приборов выпускает итальянская компания CIAS. Приборы серии Ermusa отличаются компактностью и предназначены для использования как в помещениях, так и на улице для барьеров протяженностью 40 - 80 м. На фото 2 показаны блоки радиолучевой системы ERMO 482 фирмы CIAS. Приборы выпускаются в нескольких модификациях - для рубежей протяженнностью 50, 80, 120 и 200 м. Используемые в блоках параболические антенны обеспечивают малую расходимость луча, что позволяет использовать эту систему даже в условиях интенсивного городского движения. Частота излучения передатчика - 10,58 ГГц, питание - от аккумуляторной батареи или сетевого адаптера. Диаметр блока - 310 мм, глубина - 270 мм, масса - 3кг. Блоки монтируются на сборных металлических штангах, позволяющих устанавливать излучатель и приемник на высоте до 1 метра. Со штангой конструктивно объединена коробка для блока питания и аккумулятора. Диапазон рабочих температур -25 О до +55 О С.

Все перечисленные системы обеспечивают только одну зону охраны и применяются на прямолинейных участках периметра. На участках с непрямолинейной границей или при сложном рельефе местности нужно использовать многозонную систему, состоящую из нескольких комплектов аппаратуры. Для небольших объектов были разработаны многозонные радиолучевые системы, имеющие один общий блок обработки сигналов.

В комплект системы “Протва” входит пять приемо-передающих пар и блок анализатора сигналов. Каждая приемо-передающая пара позволяет защитить участок длиной до 100 м. Весь комплект хорошо подходит для охраны, например, небольшого склада - 4 зоны периметра и 1 зона охраны ворот. Имеются режимы дистанционного контроля и ручного отключения любого канала. Система питается от сети переменного тока (220 В или 36 В) или от источника постоянного тока 24 В. Рабочая температура от -50 О до +50 О С; влажность - до 98% (при температуре +35 О С).

Для специальных применений создана быстроразворачиваемая полевая система “Витим” (фото 3). Она используется для организации временных рубежей охраны на неподготовленных территориях. Комплект состоит из 11 приемо-передающих устройств, позволяющих организовать 10 отдельных участков охраны протяженностью по 100 м. Каждая из 11-ти стоек содержит встроенный аккумулятор для питания приборов. Приемники подключены к выносному блоку индикации, который показывает номер участка, в котором возник сигнал тревоги. Особенность системы - использование радиолуча для подачи сигналов тревоги. Это позволяет оперативно развернуть систему - для установки и настройки 10 зон требуется не более 1 часа. Прибор широко используется на объектах Министерства обороны.

Все перечисленные выше радиоволновые детекторы являются “двухпозиционными” устройствами - в комплект входят передатчик и приемник. Более простыми и дешевыми являются “однопозиционные” устройства, представлющие по сути дела маломощные радары. Они могут применяться для защиты участков протяженностью до 20 м - ворота и окна складов, зоны въезда транспорта и т.п. Особенность однопозиционных систем по сравнению с двухпозиционными - менее четкая граница чувствительной зоны, “размытость” ее краев.

Однопозиционные системы “Агат-3П ” и “Агат-СП3 ” предназначены для применения в помещениях (рабочая температура от -5 О до +50 О С). Электронный блок имеет размеры 260 х 210 х 60 мм; напряжение питания 12 В, потребляемая мощность 0,5 Вт. Дальность обнаружения - 16 и 20 м соответственно, поперечные размеры чувствительной зоны - 5 х 5 м. Однопозиционный прибор “Агат-СП3У” можно использовать и на улице (рабочая температура от -40 О до +50 О С). Прибор отличается компактностью (размер блока 110 х 80 х 45 мм) и малым энергопотреблением (менее 0,1 Вт при напряжении 12...30 В). Размер чувствительной зоны - 20 х 5 х 5 м. Во всех приборах серии “Агат” обеспечены регулировка чувствительности и адаптивный порог срабатывания.

3. Радиоволновые системы

Чувствительным элементом такой системы является пара расположенных параллельно проводников (кабелей), к которым подключены соответственно передатчик и приемник радиосигналов. Вокруг проводящей пары (“открытой антенны”) образуется чувствительная зона, диаметр которой зависит от взаимного расположения проводников. При появлении человека в зоне чувствительности сигнал на выходе приемника изменяется и система генерирует сигнал тревоги.

При использовании радиоволновых систем на оградах, кабели устанавливают либо на специальных стойках на верхнем торце ограды, либо непосредственно на поверхности ограды.

Выпускаются модификации радиоволновых систем также для защиты неогражденных территорий. При этом кабели устанавливают в грунт на глубину 15 - 30 см. Такая система охраны является скрытой, но подвержена сильному влиянию погодных условий, снижающих стабильность ее параметров.

Преимущества радиоволновых систем перед лучевыми - независимость от профиля почвы и точное следование линии ограды.

Одно из наиболее известных отечественных охранных устройств радиоволнового типа - система “Уран-М” - разработка предприятия НИКИРЭТ (г. Заречный, Пензенская обл.). Двухпроводная линия (рис. 2.) закрепляется на вертикальных или наклонных кронштейнах (консолях), выполненных из диэлектрика (входят в комплект поставки). В качестве проводников используется провод полевой телефонной связи П-274М, обеспечивающий достаточную механическую прочность и стойкость к атмосферным воздействиям. Длина одной зоны охраны находится в пределах от 10 до 250 м. Расстояние между соседними кронштейнами обычно составляет 6...8 м, в районах с сильными ветрами его рекомендуется уменьшать до 3...4 м.

Рис. 2. Схема двухпроводного радиоволнового устройства.

Для протяженных периметров используют несколько комплектов “Уран-М”. Для исключения влияния соседних зон предусмотрен режим взаимной синхронизации до 22 - 25 отдельных комплектов. Радиоволновые системы можно устанавливать практически на любых жестких оградах (кирпич, бетон, металл).

В состав системы “Уран-М” входят: задающий блок, подключаемый с одной стороны проводной линии, и блок обработки сигналов, подключаемый с другой стороны линии. Задающий блок формирует импульсный высокочастотный сигнал, создающий электромагнитное поле между проводниками. Зона обнаружения имеет в поперечном сечении вид эллипса, в фокусах которого расположены проводники. Расстояние между проводниками обычно составляет 0,4 м; при этом зона обнаружения имееть размер 0,5 х 0,8 м.

Система настраивается для детектирования объекта массой более 30 - 40 кг и не срабатывает при попадании в зону птиц или мелких животных. Система не срабатывает при движении транспорта на расстоянии более 3 м от чувствительных проводников. Напряжение питания 20...30 В, ток питания - не более 100 мА. Обеспечен режим дистанционного контроля работоспособности. Охранное устройство устойчиво к воздействию сильного дождя (до 40 мм/час), снега, града и ветра со скоростью до 20 м/сек. Электронные блоки имеют размеры 255 х 165 х 110 мм, они сохраняют работоспособность в температурном диапазоне от -40 О до +40 О. Конструкция блоков обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех и высокой влажности.

Американская компания Senstar-Stellar предлагает радиоволновое устройство “H-Field” с кабелями, укладываемыми непосредственно в землю. Такая система предназначена для охраны открытых пространств, подступов к объектам и т.п. Два параллельных кабеля (приемный и передающий) закапываются в любой грунт на грубину 10 - 15 см и на расстоянии примерно 2-х метров друг от друга (рис. 3). Вокруг кабелей над поверхностью почвы формируется электромагнитное поле (зона обнаружения) шириной 3м и высотой 1 м. Максимальная длина одной зоны обнаружения - 150 м. Кабели подключаются соответственно к приемнику и передатчику (или к общему приемо-передающему блоку - трансиверу). Эффективность детектирования нарушителя обеспечивается тем, что для выбранной частоты человеческое тело представляет собой как бы антенну размером в 1/4 длины радиоволны и поэтому нарушитель сильно изменяет параметры принимаемого сигнала.

Рис. 3. Схема расположения кабелей системы H-Field.

Алгоритм обработки сигналов в системе “H-Field” предполагает выполнение трех условий:
- масса попавшего в зону объекта должна быть больше заранее установленного значения (масса человеческого тела);
- объект должен двигаться со скоростью, не меньшей определенного значения (в диапазоне скоростей человека);
- оба указанных условия выполняются в заданном интервале времени.

Система “H-Field” обеспечивает скрытную установку датчиков при произвольном профиле линии охраны. Кабели нечувствительны к сейсмическим и акустическим воздействиям, их можно монтировать в грунте, под асфальтовыми дорогами и др.

Одна из современных радиоволновых технологий обнаружения получила наименование RAFID - Ra dio F requency I ntruder D etection (Радиочастотное Детектирование Вторжения). Эта охранная система создана английской компанией Geoquip, широко известной своими периметральными системами на сенсорных микрофонных кабелях.

В простейшем случае система RAFID содержит пару “Излучающих Фидеров” (ИФ), один из которых является излучающей, а другой - приемной антенной радиочастотного поля. Выходной сигнал приемника непрерывно контролируется анализатором.

ИФ представляет собой специально сконструированный коаксиальный кабель, содержащий внутренний провод, изолированный диэлектриком от внешнего экрана (рис. 4). Внешний экран может представлять собой медную оплетку, похожую на оплетку обычного коаксиального кабеля. Особенностью ИФ являются так называемые “порты”, т.е. отверстия в экране, расположенные с регулярными интервалами. Конструкция кабеля обеспечивает излучение электромагнитного поля при пропускании по нему тока. Вблизи обоих кабелей формируется невидимое электромагнитное поле, конфигурация которого зависит от взаимного расположения ИФ.

Рис. 4. Конструкция излучающего фидера системы RAFID.

Попавший в радиочастотное поле объект изменяет фазу и амплитуду принимаемого сигнала (эффект Допплера), в результате чего анализатор генерирует сигнал тревоги.

Кабели располагают параллельно друг другу и монтируются на жесткой стене или другом ограждении, обеспечивая зону детектирования, как показано на рис. 5. (Расстояние между кабелями и их расположение определяются конкретными требованиями заказчика и условиями детектирования).

Рис. 5 (а, б) зоны обнаружения системы RAFID.

Кабели системы RAFID устанавливаются на жестких оградах (бетон, кирпич, дерево) или непосредственно в грунте. Количество линий кабеля (2 или 3) и их расположение на ограде определяются задачей, стоящей перед охранной системой. Так, если нужно регистрировать нарушителя, пытающегося перелезть через ограду, то кабели располагаются вблизи средней линии ограды (примерно на половине ее высоты), см. рис. 5а. При этом вблизи нижней части ограды может быть оставлена нечувствительная зона - “аллея для животных”, на которых не должна реагировать система. Если же нужно обнаружить нарушителя, только приближающегося к линии периметра, то в этом случае один из кабелей крепят в нижней части ограды или непосредственно в почве на некотором расстоянии от стены (рис. 5б).

Для обработки сигналов в системе применен мощный процессор, позволяющий проводить “обучение” системы непосредственно на объекте. Процессор содержит в памяти как типовые сигналы вторжения, так и нетревожные сигналы от окружающей обстановки (проходящий транспорт и т.п.). При совпадении реально регистрируемого сигнала с одним из записанных в памяти тревожных образов система выдает сигнал тревоги. Система практически не подвержена влиянию таких атмосферных факторов, как дождь, туман, град, снег, дым и применяется в различных климатических зонах.

Заключение

Принцип действия всех описанных выше охранных систем основан на использовании электромагнитных волн радиочастотного диапазона. Однако для охраны периметров разработаны и успешно применяются и другие системы, работающие с детекторами различных типов: оптические инфракрасные датчики (лучевые и пассивные), сейсмические вибрационные датчики, микрофонные кабели, емкостные системы, волоконно-оптические кабели и др. Они будут рассмотрены в следующих номерах журнала.

Предоставлено журналом "Специальная техника"

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

П.В. Полудни
Начальник лаборатории ФГУП "СНПО "Элерон"

Одной из важнейших задач обеспечения безопасности объекта является блокирование периметра - первого рубежа защиты. С этой целью все шире используются радиолучевые 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 периметр, 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 различных 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 пленарными 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 условии, 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 до1125 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 (170x115x50 мм).

Серийное производство РЛСО "Контур-М" начато во III квартале 2008 г.

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.

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 Т лс - время наработки на ложное срабатывание.

Доверительный интервал для оценки средней наработки на ложное срабатывание задается граничными значениями и Т 2 , определяемыми из соотношений:

где Т исп - 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.