СПОСОБ МОНИТОРИНГА ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ И КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
METHOD FOR THE FOREST FIRE MONITORING AND COMPLEX SYSTEM FOR EARLY DETECTION OF FOREST FIRE

Предлагаемый способ и система относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для постоянного наземного мониторинга лесных массивов и населенных пунктов в местах, где развернута система сотовой связи.
Известны способы и системы раннего обнаружения пожаров (патенты РФ №№2.032.229, 2.078.377, 2.110.094, 2.177.179, 2.207.631, 2.210.813, 2.256.228, 2.256.231, 2.340.002, 2.409.865, 2.486.594; патенты США №№5.049.861, 5.079.422, 5.557.260, 5.734.335, 6.400.265; патенты Франции №№2.811.456, 2.893.743; патенты Германии №3.710.265; патенты ЕР №№0.940.679, 1.667.453; патенты WO №0.948.070; Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации. М. Стройиздат, 1985, с. 292-295 и другие).
Из известный способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, построенная на принципе разносенсорного панорамного обзора местности с функцией высокоточного определения очага возгорания» (патенты РФ №2.486.594, G08B 13/194, 2011), которые и выбраны в качестве прототипов.
Известные способ и система обеспечивают расширение функциональных возможностей за счет увеличения ограничений по разрешению видеокамеры и тепловизорного изображения, увеличение угла обзора и объема получаемой информации. Мониторинг местности ведут, по меньшей мере, с двух точек, расположенных на мачтах сотовой связи, посредством тепловизорной камеры и видеокамеры, установленных так, что их оси параллельны и закреплены на сканирующей платформе, размещенной на каждой мачте сотовой связи, при этом передают изображения, полученные в тепловом и видеоканалах, совместно с данными углового и азимутального направления осей камер, на центральный сервер, в котором преобразуют изображения, полученные от тепловизионных и видеокамер, и данных от угломерно-азимутальных измерителей, расположенных на мачтах сотовой связи, в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображение на изображение от тепловизионной камеры и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений на монитор оператора, и/или на запоминающее устройство.
1
2
Технической задачей изобретения является повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информацией между телекоммуникационным модулем и центральным сервером путем использования двух частот ω, ω и сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляций и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн).
с
1
1
г1
пр1
с
г1
1
пр
г2
г2
г1
пр2
1
г1
с
1
г2
пр2
г1
г2
1
с
2
2
г2
пр3
г2
с
2
пр3
г1
г2
пр2
г2
2
2
г2
2
г1
г2
г2
г1
пр2
1
2
2
1
Поставленная задача решается тем, что способ мониторинга лесных пожаров, характеризующийся, в соответствии с ближайшим аналогом, тем, что мониторинг ведут, по меньшей мере, с двух точек, расположенных на мачтах сотовой связи посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, установленных так что их оси параллельны, и закрепленных на сканирующей платформе, размещенной на каждой мачте сотовой связи, при этом передают изображения, полученные в тепловом и видеоканалам, совместно с данными углового и азимутального направления осей камер, полученными с помощью угломерно-азимутального измерителя, на центральный сервер, в котором преобразуют изображения, полученные от тепловизионных и видеокамер, и данные от угломерно-азимутальных измерителей, расположенных на мачтах сотовой связи, в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображение на изображение от тепловизионной камеры и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений - полученного наложением разносенсорного панорамного изображения, тепловизионного изображения и видиоизображения на монитор оператора и/или на запоминающее устройство, отличается от ближайшего аналога тем, что на телекоммуникационном модуле формируют гармоническое колебание на частоте ω, моделируют его по амплитуде аналоговым сообщением м(t), манипулирует по фазе дискретным сообщением M(t), полученый сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω, первого гетеродина, выделяют сигнал первый промежуточной частоты ω=ω+ω, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω=ω=ω, где ω - частота второго гетеродина, принимают и усиливают его по мощности на центральном сервере, преобразуют по частоте с использованием частоты ω второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω=ω+ω=ω, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональной аналоговому сообщению м(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω=ω+ω, синхронно детектируют его с использованием частоты ω второго гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M(t), фиксируют и анализируют его, на центральном сервере формируют также гармоническое колебание на частоте ω, модулируют его по амплитуде аналоговым сообщением м(t), манипулируют по фазе дискретным сообщением M(t), полученный сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω первого гетеродина, выделяют сигнал третьей промежуточной частоты ω=ω-ω, усиливают его по мощности и излучают в эфир на частоте ω=ω=ω, принимают и усиливают по мощности на телекоммуникационном модуле, преобразуют по частоте с использованием частоты ω второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω=ω-ω, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению м(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением первого гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляций на частоте ω второго гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное дискретному сообщению M(t), фиксируют и анализируют его, причем частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω-ω=ω, сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией на телекоммуникационном модуле излучают на частоте ω, а принимают на частоте ω, а на центральном сервере, наоборот, излучают на частоте ω, а принимают на частоте ω.
г1
г2
г2
г1
пр2
1
2
2
1
Поставленная задача решается тем, что комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, по меньшей мере, два тепловизионно-телевизионных модуля кругового сканирования местности, расположенных на мачтах сотовой связи, каждый тепловизионно-телевизионный модуль образован тепловизионной камерой и видеокамерой, установленными так, что их оси параллельны, угломерно-азимутальному измерителю, ось которого параллельна осям тепловизионной камеры и видеокамеры, и контроллером управления, при этом тепловизионная камера, видеокамера и угломерно-азимутальный измеритель закреплены на сканирующей платформе, установленной на мачте сотовой связи и имеют возможность вращения относительно вертикальной оси и поворота относительно горизонтальной оси, причем выходы тепловизионной камеры, видеокамеры и угломерно-азимутного измерителя связаны с первым-третьим входами контроллера управления, вход устройства управления движения сканирующей платформы связан с первым выходом контроллера, четвертым вход контроллера управления связан с блоком глобальной навигационной спутниковой системы, при этом система снабжена телекоммуникационным модулем, осуществляющим беспроводную связь с центральным сервером, причем телекоммуникационный модуль связан входом-выходом соответственно со вторым выходом и пятым входом контроллера управления, шестой вход, которого связан с выходом устройства сбора метеоданных, отличается от ближайшего аналога тем, что телекоммуникационный модуль и центральный сервер выполнены в виде последовательно включенных задающего генератора, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя аналоговых сообщений фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом формирователя дискретных сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, амплитудного ограничителя и синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных к выходу амплитудного ограничителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, причем выходы синхронного детектора и фазового детектора телекоммуникационного модуля подключены к первому и второму входам контроллера управления соответственного, к первому и второму входам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, а выходы синхронного детектора и фазового детектора центрального сервера подключены к первому и второму входом компьютера соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь аналоговых сообщений и формирователь дискретных сообщений соответственно, частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω-ω=ω, сложные сигналы с комбинированный амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией телекоммуникационным модулем излучаются на частоте ω, а принимаются на частоте ω, а центральным сервером, наоборот, излучаются на частоте ω, а принимаются на частоте ω.
Структурная схема комплексной системы раннего обнаружения лесных пожаров представлена на фиг. 1. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг. 2. Структурная схема телекоммуникационного модуля 8 показана на фиг. 3. Структурная схема центрального сервера 10 показана на фиг. 4.
Комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров содержит тепловизионный модуль 1, видеокамеру 2 и угломерно-азимутальный измеритель 6, выходы, которых связаны с первым-третьим входами контроллера 4 управления, вход устройства управления движением сканирующей платформы 3 связан с первым выходом контроллера 4. Четвертый вход контроллера 4 управления связан с блоком 5 глобальной навигационной спутниковой системы. Шестой вход контроллера 4 управления, соединен с выходом устройства 7 сбора метеоданных. Телекоммуникационный модуль 8, осуществляющий беспроводную связь 9 с центральным сервером 10 связан входом-выходом соответственно со вторым выходом и пятым входом контроллера 4 управления.
Телекоммуникационный модуль 8 и центральный сервер 10 содержат последовательно включенные задающий генератор 11.1(11.2), амплитудный модулятор 13.1(13.2), второй вход которого соединен с выходом формирователя 12.1(12.2) аналоговых сообщений, фазовый манипулятор 15.1(15.2), второй вход которого соединен с выходом формирователя 14.1(14.2) дискретных сообщений, первый смеситель 17.1(17.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 16.1(16.2), усилитель первой (третьей) 18.1(18.2) промежуточной частоты, первый усилитель 19.1(19.2) мощности, дуплексер 20.1(20.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 21.1(21.2), второй усилитель 22.1(22.2) мощности, второй смеситель 24.1(24.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 23.1(23.2), усилителя 25.1(25.2) второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 26.1(26.2) и синхронный детектор 27.1(27.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 25.1(25.2) второй промежуточной частоты. К выходу амплитудного ограничителя 26.1(26.2) последовательно подключены перемножитель 28.1(28.2), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16.1(16.2), полосовой фильтр 29.1(29.2) и фазовый детектор 30.1(30.2).
Выходы синхронного детектора 27.1 и фазового детектора 30.1 телекоммуникационного модуля 8 подключены к первому и второму входам контроллера и управления соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь 12.1 аналоговых сообщений и формирователь 14.1 дискретных сообщений соответственно.
Выходы синхронного детектора 27.2 и фазового детектора 30.2 центрального сервера 10, подключены к первому и второму входам компьютера 31 соответственно, к первому и второму выходам которого подключены формирователь 12.2 аналоговых сообщений и формирователь 14.2 дискретных сообщений соответственно.
Способ мониторинга лесных пожаров осуществляют следующим образом.
На двух, трех (или более) мачтах сотовой связи устанавливаются тепловизионно-телевизионный модуль кругового сканирования местности. Каждый тепловизионно-телевизионный модуль содержит тепловизионную камеру 1 и видеокамеру 2, установленные на сканирующей платформе 3 так, что их оптические оси параллельны. В состав тепловизионно-телевизионного модуля входят также контроллер 4 управления и угломерно-азимутальный измеритель 5, определяющий ориентацию сканирующей платформы 3 и, соответственно, расположенные тепловизионный камеры 1 и видеокамеры 2 по азимуту и углу отклонения от горизонтальной плоскости.
Использование в системе как минимум двух, а при необходимости достаточно большого количества разносенсорного (тепло- и видео-) панорамного обзора, монтируемых на мачтах сотовой связи, позволяет повысить достоверность обнаружения очагов возгорания благодаря тому, что источник огня обнаруживают два и более устройства. Одновременно получение сигнала от двух или более тепловизионно-телевизионных модулей кругового сканирования местности обуславливается снижением вероятности ложных обнаружений очагов возгорания и повышение надежности и достоверности получаемой информации вследствие того, что тепловизионные и видеокамеры панорамного обзора установлены на мачтах антенн базовых станций сотовой связи, и наблюдение за каждой точкой территории ведется с нескольких (2-х и более) соседних вышек, т.е. каждая точка контролируемого участка леса (или другого объекта наблюдения) просматривается под разными углами, что снижает вероятность того, что очаг возгорания будет не замечен. Очаг возгорания, закрытый от одной из точек наблюдения рельефом местности или другой помехой, будет виден с другой точки (вышки сотовой связи).
Так как в силу своего целевого назначения мачты антенны базовых станций расположены на господствующих высотах и имеет высоту от 50 до 100 метров, размещенные на них тепловизорные и видео камеры с круговым обзором, позволяет обеспечить обнаружение очагов возгорания на дальности до 18-50 км.
Поскольку координаты базовых станций известны, размещение тепловизорных и видеокамер на высотных сооружениях базовых станций операторов сотовой связи и применение совместный обработки данных от тепловизорных и видеокамер, расположенных на 2-х-3-х соседних мачтах на площадях покрытия сотовой связью, позволяет с использованием метода триангуляции определить место расположения очага возгорания с точностью до 20-50 метров. Очаг возгорания с площадью до 50 кв. метров может быть обнаружен на дальностях до 35 км. Все это позволяет обеспечить быстрое реагирование на пожары и, как следствие, безопасность жителей, мест их проживания, сохранность природных ресурсов.
Техническое решение позволяет осуществлять раннее выявление очагов возгорания, возникающих в лесных массивах на значительном (до 50 км) удалении от населенных пунктов и важных стратегических объектов, что позволяет своевременно принять адекватные противопожарные меры, не допуская последующего приближения огня к местам жизнедеятельности людей.
Режим разносенсорного панорамного обзора заключается в наложении панорамного видеоизображения на изображение от тепловизионной камеры, что позволяет осуществить визуальную привязку очага возгорания к панорамному видеоизображению.
Изображения, полученные в тепло- и видео каналах, совместно с данными углового азимутального направления осей камер, полученными с помощью угломерно-азимутального измерителя, передают на центральный сервер 10 через контроллер 4 управления и телекоммуникационный модуль (модем) 8.
Для этого задающим генератором 11.1 формируется гармоническое колебание
c1
c1
c
с1
с1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ), 0≤t≤Т,
c1
с
с1
c1
где V, ω, ϕ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания;
1
которое поступает на первый вход амплитудного модулятора 13.1, на второй вход которого подается аналоговое сообщение м(t) с выхода формирователя 12.1 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 13.1 образуется сигнал с амплитудной модуляцией (AM).
1
c1
1
c
c1
c1
U(t)=V[1+м(t)]*cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
1
где м(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции, отображающая структуру аналоговых сообщений;
1
который поступает на первый вход фазового манипулятора 15.1. На второй вход последнего подается дискретное сообщение M(t) с выхода формирователя 14.1 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 15.1 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн)
2
c1
1
c
k1
c1
c1
U(t)=V[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
k1
1
где ϕ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом M(t).
Формирователи 12.1 и 14.1 аналоговых и дискретных сообщений связаны с первым и вторым выходами контроллера 4 управления и содержат информацию, полученную от угломерно-азимутального измерителя и тепло- и видеоканалов.
2
Сформированный АМ-ФМн сигнал U(t) с выхода фазового манипулятора 15.1 поступает на первый вход первого смесителя 17.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 16.1.
г1
г1
г1
г1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ).
На выходе смесителя 17.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты.
пр1
пр1
1
пр1
k1
пр1
c1
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
пр1
c1
г1
где V=1/2V*V
пр1
c
г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр1
с1
г1
ϕ=ϕ+ϕ.
пр1
1
пр1
г2
Это напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн) на первой промежуточной частоте ω и после усиления по мощности в усилители 19.1 мощности через дуплексер 20.1 поступает в приемопередающую антенну 21.1, излучается ею в эфир на частоте ω=ω=ω, улавливается приемопередающий антенной 21.2 центрального сервера 10 и через дуплексер 20.2 и усилитель 22. 2 мощности поступает на первый вход смесителя 24.2, на второй вход которого продается напряжение второго гетеродина 23.2
г1
г1
г1
г1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ).
На выходе смесителя 24.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты.
пр2
пр2
1
пр2
k1
пр2
c1
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
пр2
пр1
г1
где V=1/2V*V;
пр2
пр1
г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр2
пр1
г1
ϕ=ϕ+ϕ.
Это напряжение поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 27. 2 и на вход амплитудного ограничителя 26. 2, на выходе которого образуется напряжение
3
o
пр2
k1
пр2
с1
U(t)=V*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
o
где V - порог ограничения.
пр2
Это напряжение представляет собой ФМн сигнал на второй промежуточной частоте ω, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 27.2. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение
H1
H1
1
U(t)=V*[1+м(t)],
H1
пр2
o
где V=1/2V*V,
1
пропорциональное моделирующей функции м(t).
3
Одновременно ФМн сигнал U(t) с выхода амплитудного ограничителя 26.2 поступает на первый вход перемножителя 28.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16.2.
г2
г2
г2
г2
U(t)=V*cos(ωt+ϕ).
На выходе перемножителя 28.2 образуется напряжение
4
4
г1
k1
г1
с1
U(t)=V*cos[ω+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
4
o
г2
где V=1/2V*V;
которое выделяется полосовым фильтром 29.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 30.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 23.2
г1
г1
г1
г1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ)
На выходе фазового детектора 30.2 образуется низкочастотное напряжение
H2
H2
k1
U(t)=V*cosϕ(t),
H2
4
г1
где V=1/2V*V;
1
пропорциональное моделирующему коду M(t).
H1
H2
Низкочастотные напряжения U(t) и U(t) поступают в компьютер 31, где данные, полученные от тепловизионных камер 1, видеокамер 2 и угломерно-азимутальных измерителей 5, расположенных на соседних мачтах сотовой связи, преобразуют в систему географических координат, осуществляют привязку очагов возгорания к географическим координатам, с отображением на электронной карте местности, накладывают видеоизображения на тепловизионное изображение и выводят полученные изображения в виде трех отдельных изображений:
- полученного наложением, разносенсорного панорамного изображения;
- тепловизионного изображения;
- видеоизображения,
на монитор оператора и/или на запоминающее устройство, причем фазовую синхронизацию сигнала для передачи информации на центральный сервер 10 и дополнительную привязку к географическим координатам осуществляется по спутниковым сигналам точного времени посредством глобальной навигационной спутниковой системы, преимущественно, ГЛОНАСС.
Результаты в дальнейшем могут быть переданы службам реагирования МЧС России и Рослесхоза с целью своевременного принятия решений. Возможна также передача информации с указанием координат очагов пожаров на авиационные средства охраны лесов и пожаротушения.
Движением сканирующей платформы 3 управляет устройство управления сканирующей платформы 3, получающие команды и информацию от центрального сервера 10 через контроллер 4 управления.
Для этого на центральном сервере 10 задающим генератором 11.2 формируется гармоническое колебание
c2
c2
c
г2
с1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ), 0≤t≤Т,
2
которая поступает на первый вход амплитудного модулятора 13.2, на второй вход которого подается аналоговое сообщение м(t) с выхода формирователя 12.2 аналоговых сообщений.
На выходе амплитудного модулятора 13.2 образуется сигнал с амплитудной модуляцией (AM)
5
c2
2
c
с2
c2
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ], 0≤t≤T,
2
где м(t) - моделирующая функция амплитудной модуляции, отображающая структуру аналоговых сообщений,
2
который поступает на первый вход фазового манипулятора 15.2. На второй вход последнего подается дискретное сообщение M(t) с выхода формирователя 14.2 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 15.2 формируется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн)
6
c2
2
c
k2
с2
с2
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
k2
2
где ϕ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом M(t).
Формирователи 12.2 и 14.2 аналоговых и дискретных сообщений связаны с первым и вторым выходами компьютера 31 и содержат информацию и команды управление сканирующей платформой 3.
6
Сформированный АМ-ФМн сигнал U(t) с выхода фазового манипулятора 15.2 поступает на первый вход первого смесителя 17.2, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 16.2.
г2
г2
г2
г2
U(t)=V*cos(ωt+ϕ),
На выходе смесителя 17.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18.2 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
пр4
2
пр3
k2
пр3
с2
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
пр3
c2
г2
где V=1/2V*V;
пр3
г2
c
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
г2
с2
ϕ=ϕ+ϕ.
пр3
2
пр3
г1
Это напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией) АМ-ФМн) на третьей промежуточной частоте ω и после усиления по мощности в усилителе 19.2 мощности через дуплексер 20.2 поступает в приемопередающую антенну 21.2, излучается ею в эфир на частоте ϕ=ϕ=ϕ, улавливается приемопередающий антенной 21.1 телекоммуникационного модуля 8 и через дуплексер 20.1 и усилитель в 22.1 мощности поступает на первый вход смесителя 24.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 23.1
г2
г2
г2
г2
U(t)=V*cos(ωt+ϕ)
На выходе смесителя 24.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25.1 выделяется напряжение второй промежуточный (разностной) частоты
пр4
пр4
2
пр2
k2
пр4
c2
U(t)=V*[1+м(t)]*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
пр4
пр3
г2
где V=1/2V*V;
пр2
г2
пр3
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота.
пр4
г2
пр3
ϕ=ϕ+ϕ.
Это напряжение поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 27.1 и на вход амплитудного ограничителя 26.1, на выходе которого образуется напряжение
7
o
пр2
k2
пр4
U(t)=V*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ],
o
где V - порог ограничения.
пр2
Это напряжением предоставляет собой ФМн сигнал на второй промежуточной частоте ω, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 27.1. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение
H3
H3
2
U(t)=V*[1+м(t)],
H3
пр4
o
где V=1/2V*V,
2
пропорциональное модулирующей функции м(t).
7
Одновременно ФМн сигнал U(t) с выхода амплитудного ограничителя 26.1 поступает на первый вход перемножителя 28.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16.1
г1
г1
г1
г1
U(t)=V*cos(ωt+ϕ),
На выходе перемножителя 28.1 образуется напряжение
8
8
г2
k2
г2
с2
U(t)=V*cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Т,
8
o
г1
где V=1/2V*V,
г2
пр2
г1
ω=ω+ω;
которое выделяется полосовым фильтром 29.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 30.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 23.1.
г2
г2
г2
г2
U(t)=V*cos(ωt+ϕ).
На выходе фазового детектора 30.1 образуется низкочастотное напряжение
H4
H4
k2
c2
U(t)=V*cosϕ, 0≤t≤T,
H4
8
г2
где - V=1/2V*V,
2
пропорциональное моделирующему коду M(t).
H3
H4
Сканирующая платформа 3, на которой установлены тепловизионная камера 1, видеокамера 2 и угломерно-азимутальный измеритель 6, представляет собой самостоятельное устройство, позволяющее осуществлять движение в горизонтальной плоскости от 0 до 360 градусов и по углу места в 45 градусов. Движением сканирующий платформы 3 управляет устройство управления сканирующей платформой, связанное через контроллер 4 с центральным сервером 10. Указанная связь проявляется через низкочастотные напряжения U(t) и U(t).
На мачте сотовой связи также установлено устройство 7 сбора метеоданных, которое предназначено для получения данных о текущей температуре, температуре точки росы, количество выпавших осадков, направлении и скорости ветра. Эти данные также передаются на контроллер 4 управление. На основании этих данных в дальнейшем прогнозируется пожароопасность (возможность распространения огня, скорость распространения и направление).
Сигнал с блока 5 глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС, поступающий на четвертый вход контроллера 4, позволяет осуществлять привязку работы системы раннего обнаружения пожаров к географическим координатам, а также служит для синхронизации каждого устройства в единой системе по спутниковым сигналам точного времени и фазовой синхронизации сигнала для передачи информации на центральный сервер 10.
Тепловизионная камера 1 и видеокамера 2 предназначен для работы в температурном режиме от -40°С до +50°С, что позволяет использовать их непрерывно в течение года.
За счет того, что базовым сигналом для обнаружения очага возгорания является сигнал с тепловизионной камеры 1, на результаты работы и чувствительность подсистемы выявления очагов возгорания не влияет время суток и года, наличие облачности, тумана и других помех визуальной видимости.
Азимутальная плоскость разбивается на несколько секторов исходя из особенностей и рельефа местности. Горизонтальная плоскость разбита на сектора таким образом, чтобы при перемещении камеры от точки к точке получалась единая панорамная картина. После прохождения одного азимутального сектора камеры 1 и 2 переходит на следующий, сканирующий таким образом выделенную территорию.
При обнаружении в автоматизированном режиме очага возгорания система останавливает автоматическое сканирование, определяет координаты источника возгорания и пересылает видео- и тепловизионное изображение в реальном масштабе времени, а также координаты очага возгорания оператору.
Оператор для правильного принятия решения может в ручном режиме зуммировать изображение от видеокамеры и посмотреть отдельно тепловизионную картинку. Все эти данные необходимы для принятия решения оператора о дальнейшем реагировании на очаг возгорания. Применение автоматизации данного процесса позволяет сократить число операторов и повысить вероятность обнаружения.
г1
г2
Таким образом, предлагаемый способ и система по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение достоверности обмена аналоговой и дискретной информацией между телекоммуникационным модулем и центральным сервером. Это достигается путем использования двух частот ω, ω и сложных сигналов комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМн).
Сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией обладают энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный АМ-ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного АМ-ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньшей мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных АМ-ФМн сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных АМ-ФМн сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.
Сложные АМ-ФМн сигналы позволяют применять современный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.