СПОСОБ ОХРАННОГО МОНИТОРИНГА ДВУХ ЛЕЖАЩИХ РЯДОМ ДОРОГ
METHOD OF SECURITY MONITORING OF TWO ADJACENT ROADS

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения однопозиционного радиоволнового средства обнаружения (СО) для сигнализационного прикрытия двух лежащих рядом дорог.
Как правило, маршрут своего движения нарушитель строит с учетом существующей на местности сети дорог. Во многом успех задержания нарушителя зависит от знания силами реагирования направления его движения, поэтому сигнализационному прикрытию дорог уделяется значительное внимание [1, 2]. На местности часто встречается такой элемент дорожной сети, как участок с двумя лежащими рядом дорогами [3]. Движение нарушителя на этом элементе дорожной сети возможно в четырех направлениях: АС, СА, BD, DB (фиг. 1). Для охранного мониторинга дорог могут применяться однопозиционные радиоволновые средства обнаружения (СО). Как правило, такие СО имеют зону обнаружения (ЗО) протяженностью до 80 метров. [4]
Известен способ охранного мониторинга двух лежащих рядом дорог, заключающийся в развертывании одного СО на участке местности, где расстояние между дорогами не превышает 80% от максимальной длины ЗО СО, таким образом, чтобы его ЗО пересекала обе дороги; выдачи сигнала тревоги СО в случае пересечения нарушителем его ЗО; анализе знака доплеровской добавки частоты отраженного сигнала на выходе схемы обработки сигналов СО в течение всего времени нахождения нарушителя в его ЗО; последующем применении алгоритма определения направления движения нарушителя по наличию положительной или отрицательной доплеровской добавки частоты отраженного от нарушителя сигнала с учетом схемы развертывания СО.
Так, если нарушитель движется в направлении СА или DB, доплеровская добавка частоты отраженного от нарушителя сигнала будет положительная, если в направлении СА или BD - доплеровская добавка частоты будет отрицательная (фиг. 1).
Известен другой способ охранного мониторинга двух лежащих рядом дорог, заключающийся в развертывании двух СО таким образом, чтобы каждое СО своей ЗО пересекало только одну дорогу; выдаче сигнала тревоги одним из СО в случае пересечения нарушителем его ЗО; анализе знака доплеровской добавки частоты отраженного сигнала на выходе схемы обработки сигналов СО в течение всего времени нахождения нарушителя в его ЗО; последующем применении алгоритма определения направления движения нарушителя по наличию положительной или отрицательной доплеровской добавки частоты отраженного от нарушителя сигнала с учетом схемы развертывания СО и номера СО, выдавшего сигнал тревоги (фиг. 2).
Недостатком первого указанного способа является низкая точность, он определяет только сторону, в которую движется нарушитель, без указания дороги (четыре возможных направления движения нарушителя определяются попарно).
Второй указанный способ имеет высокую точность указания направления движения обнаруженного нарушителя, он позволяет определить раздельно все четыре возможных направления движения нарушителя, однако для его реализации требуется два СО.
Целью изобретения является повышение точности указания направления движения обнаруженного нарушителя (из четырех возможных направлений движения два определяются раздельно, два - попарно) и получение высокой достоверности результата с применением только одного однопозиционного радиоволнового средства обнаружения.
Для достижения поставленной цели разработан способ охранного мониторинга двух лежащих рядом дорог, заключающийся в развертывании СО на участке дорог, где они лежат к друг другу на расстоянии, не превышающем 80% от максимально возможной длины зоны обнаружения (ЗО) СО, так, чтобы СО находилось с внешней стороны угла изгиба дороги, за дорогой с прямым участком; ось ЗО совпадала с биссектрисой угла изгиба дороги; выдаче сигнала тревоги СО в случае пересечения нарушителем его ЗО; анализе доплеровской добавки частоты отраженного сигнала на выходе схемы обработки сигналов СО в течение всего времени нахождения нарушителя в его ЗО; последующем применении алгоритма определения направления движения нарушителя по дороге с прямым участком по наличию положительной или отрицательной доплеровской добавки частоты отраженного сигнала и определения движения по дороге с изгибом по наличию знакопеременной доплеровской добавки частоты отраженного сигнала (фиг. 3).
Известно, что частота отраженного сигнала от движущейся цели (нарушителя) отличается от частоты зондирующего сигнала и зависит от значения и направления радиальной скорости нарушителя относительно СО [5]. В рассмотренных способах при развертывании СО его ориентируют к дороге таким образом, чтобы ось его ЗО пересекалась с дорогой под углом, отличным от прямого, так как это условие обеспечивает выделение СО радиальной скорости нарушителя, а следовательно, повышает вероятность его обнаружения (фиг. 1, 2). Современные СО позволяют обнаруживать нарушителей, двигающихся с незначительной радиальной скоростью (фиг. 4). [4]
Радиальная скорость нарушителя зависит от его фактической скорости движения по дороге и от угла пересечения оси ЗО СО с дорогой (фиг. 5):
где Vr - радиальная скорость нарушителя, м/с;
Vн - фактическая скорость нарушителя, м/с;
α - угол пересечения оси ЗО СО с дорогой, град.
При приближении нарушителя к СО вектор радиальной скорости нарушителя направлен к СО, и поэтому доплеровская добавка частоты в отраженном сигнале положительна:
где ƒc - частота отраженного сигнала от цели, Гц;
ƒo - частота зондирующего сигнала, Гц;
Fd - доплеровская добавка частоты, Гц.
Этому случаю соответствует движение нарушителя в направлении СА (фиг. 3).
При удалении нарушителя от СО вектор радиальной скорости нарушителя направлен от СО, и поэтому доплеровская добавка частоты в отраженном сигнале отрицательная:
Этому случаю соответствует движение нарушителя в направлении АС (фиг. 3).
Очевидно, что имея такой набор признаков (положительная и отрицательная доплеровская добавки частоты отраженного сигнала), можно раздельно определить только два направления движения нарушителя (в рассмотренном случае АС и СА).
В то же время, если СО развернуть с внешней стороны угла изгиба дороги, за дорогой с прямым участком, так чтобы ось ЗО совпала с биссектрисой угла изгиба дороги, то при движении нарушителя через ЗО доплеровская добавка частоты отраженного сигнала будет знакопеременной. Сначала она будет положительной, так как вектор радиальной скорости нарушителя направлен к СО, затем, после пересечения им оси ЗО, доплеровская добавка частоты отраженного сигнала будет отрицательной, так как вектор радиальной скорости нарушителя направлен от СО (фиг. 6, 7).
Цель в предлагаемом способе достигается за счет выделения и анализа расширенного признакового пространства, указывающего на направление движения нарушителя. Признаковое пространство включает в себя помимо ранее используемых (в известных способах определения направления движения нарушителя) положительной и отрицательной доплеровской добавки частоты отраженного от нарушителя сигнала еще и знакопеременную. Так, в предлагаемом способе движение нарушителя в направлении BD и DB определяется попарно по наличию знакопеременной доплеровской добавки частоты (фиг. 8):
1
где t - время с момента входа нарушителя в ЗО до пересечения оси, с;
2
t - время с момента пересечения нарушителем оси ЗО до его выхода из ЗО, с.
Предлагаемая схема ориентирования оси ЗО СО через дорогу с изгибом гарантирует получение знакопеременной доплеровской добавки частоты. Угол пересечения оси ЗО СО с дорогой (а) равен половине угла изгиба этой дороги (фиг. 3). Чем больше изгиб дороги, тем выше достоверность вывода о движении нарушителя в направлении BD или DB, так как увеличивается регистрируемое СО значение доплеровской добавки частоты, а следовательно, растет соотношение сигнал/шум [5]:
Как в известном способе с применением одного СО, в предлагаемом способе выбирается участок местности, на котором расстояние между дорогами не превышает 80% от максимально возможной длины ЗО СО.
Это делается по двум причинам: СО развертывается на некотором удалении от дороги в целях соблюдения маскировки; вторую дорогу ЗО СО должна пересекать с некоторым запасом по длине, так как границы ЗО могут быть определены не точно (фиг. 3):
где L' - расстояние по оси ЗО СО между дорогами, м;
L - длина зоны обнаружения СО, м.
С учетом фактической длины ЗО современных СО расстояние между дорогами при применении способа не должно превышает 60 метров (фиг. 4).
Принятие решения о направлении движения нарушителя автоматизировано: в СО анализируется знак доплеровской добавки частоты, принимается решение о движении нарушителя относительно самого средства, эта информация передает на систему сбора и обработки информации (ССОИ). В ССОИ полученная информация анализируется в контексте известной схемы развертывания СО на местности, на основе чего принимается окончательное решение о направлении движения обнаруженного нарушителя (фиг. 7).
В условиях рассматриваемой территориальной конкретики (две дороги) трех признаков не достаточно, чтобы раздельно определить все четыре возможных направления движения нарушителя.
Два из них могут быть определены раздельно по наличию положительной или отрицательной доплеровской добавки частоты отраженного сигнала (АС и СА), два могут быть определены парно по знакопеременной доплеровской добавке частоты отраженного сигнала (BD и DB). В то же время, в сравнении с известным способом, в котором также применяется только одно СО, точность определения направления движения нарушителя в предлагаемом способе выше, так как в известном способе определяется только сторона, в которую движется нарушитель (фиг. 7).
Способ включает два этапа: подготовительный и основной.
Подготовительный этап включает:
1. Выбор участка местности, на котором располагаются дороги на расстоянии (L'), не превышающем 80% от максимально возможной длины ЗО СО, и одна из дорог имеет изгиб (фиг. 3).
2. Развертывание СО с антенным устройством 1, передатчиком 2, приемником 3, схемой 4 обработки сигналов, анализирующим устройством 6 и выходным интерфейсом 8 по разработанной схеме (фиг. 3).
3. Развертывание на местности системы сбора и обработки информации (ССОИ), включающей в себя приемопередатчик сигналов 6, решающее устройство 7 и монитор 9 (фиг. 8).
4. Запись алгоритма определения направления движения нарушителя в решающее устройство 7 ССОИ (фиг. 7).
5. Начало работы СО и ССОИ.
Основной этап начинается попаданием нарушителя в зону обнаружения СО, он включает:
1. Излучение зондирующего сигнала передатчиком 2 через антенное устройство 1 и прием отраженного от нарушителя сигнала приемником 3 (фиг. 8).
2. Регистрацию СО факта начала появления нарушителя в его зоне обнаружения схемой 4 обработки сигналов (фиг. 8).
3. Начало анализа знака доплеровской добавки частоты отраженного от нарушителя сигнала анализирующим устройством 6 (фиг. 8).
4. Регистрацию СО факта выхода нарушителя из ЗО схемой 4 обработки сигналов, окончание анализа анализирующим устройством 6 (фиг. 7).
5. Принятие решения анализирующем устройством 6 о наличии положительной, отрицательной или знакопеременной доплеровской добавки частоты отраженного от нарушителя сигнала (фиг. 7).
6. Передача через выходной интерфейс 8 данных об отраженном сигнале (наличии и знаке доплеровской добавки частоты) на приемопередатчик 5 ССОИ (фиг. 8).
7. Получение сигнала от СО приемопередатчиком 5 (фиг. 8).
8. Анализ решающим устройством 7 данных об отраженном сигнале и формирование решения о направлении движения нарушителя с учетом известного ориентирования СО относительно дорог (фиг. 7).
9. Выведение результата на монитор 9 (фиг. 8).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлены:
фиг. 1 - схема развертывания одного средства обнаружения в известном способе;
фиг. 2 - схема развертывания двух средств обнаружений в известном способе;
фиг. 3 - схема развертывания однопозиционного радиоволнового средства обнаружения в предлагаемом способе;
фиг. 4 - таблица основных характеристик современных однопозиционных радиоволновых средств обнаружений, выпускаемых российской промышленностью;
фиг. 5 - таблица соответствия радиальной скорости нарушителя (Vr) в зависимости от фактической скорости нарушителя (Vн) и угла пересечения оси ЗО СО с дорогой (α);
фиг. 6 - схема, показывающая изменения знака доплеровской добавки частоты отраженного сигнала, при движении нарушителя по участку дороги с изгибом;
фиг. 7 - алгоритм (таблица) определения направления движения нарушителя;
фиг. 8 - структурная схема взаимосвязи применяемых устройств при реализации способа.
Технический результат состоит в повышении точности указания направления движения обнаруженного нарушителя (из четырех возможных направлений движения два определяются раздельно, два - попарно) и получении высокой достоверности результата с применением только одного однопозиционного радиоволнового средства обнаружения (фиг. 7).
Источники информации
1. Шумов В.В. Применение математических методов и моделей для обоснования решений на охрану государственной границы: Научно-практическое пособие. - Часть 2. - М.: Просвещение, 1996. - 196 с.
2. Маршалов Т.А. Технические средства охраны границы: учебник/ Т.А. Маршалов, А.В. Густов, И.М. Потапов. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2009. - 568 с.
3. Псарев А.А. Военная топография: Учебник. - М.: Воениздат, 1986. - 384 с.
4. Р78.36.026-2012 Рекомендации по использованию технических средств обнаружения, основанных на различных физических принципах, для охраны огражденных территорий и открытых площадок (код: К.5.И.02.2012, шифр: «Территория»), 2012. - 358 с.
5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник. - М.: Советское радио, 1973. - 495 с.