СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в составе сигнализационных систем, предназначенных для оборудования важных государственных объектов и границы РФ.
Известна автоматизированная сетевая система. Патент РФ на ПМ №107634 от 20.08.2011 г.
Система выполнена по модульному принципу по структуре с общей шиной, в которую входят ЭВМ и другие модули, обеспечивающие работу системы, система охраны, обнаруживает присутствия человека и т.д. с помощью различных датчиков.
Недостатками известной системы является ее низкая надежность и живучесть. Система имеет большое количество внешних электронных компонентов. В системе отсутствует защита от переполюсовки. Входные цепи от датчиков не защищены. Большое количество микропереключателей в конфигурации сигнализации. При пропадании внешнего питающего напряжения, работа датчиков прекращается, при этом датчики могут быть в выведены из строя нарушителем.
Целью полезной модели является повышения надежности и живучести системы.
Поставленная цель достигается за счет того, что система, выполненная по модульному принципу по структуре с общей шиной, в которую входят ПЭВМ и другие модули, обеспечивающие ее работу, при этом внешняя шина состоит из приемного кабеля и передающего излучающего кабеля, причем к передающему излучающему кабелю подключен передающий модуль, а к приемному кабелю подключен приемный модуль, при этом передающий модуль состоит из генератора последовательно соединенного с усилителем мощности, полосовым фильтром и с клеммой передающего излучающего кабеля, а приемный модуль состоит из полосового фильтра первым входом соединенного с клеммой приемного кабеля, а выходом соединен последовательно с балансным смесителем, усилителем постоянного тока, аналого-цифровым преобразователем, устройством ввода из блока оцифровки сигнала и далее с ПЭВМ, причем ПВЭМ своим выходом соединена с генератором передающего модуля который в свою очередь своими выходами параллельно соединен с устройством ввода, аналого-цифровым преобразователем и с балансным смесителем.
На фиг.1. приведена структурная схема системы обнаружения объектов.
Она содержит:
I - передающий модуль;
II - приемный модуль;
III - блок оцифровки сигнала.
В передающий модуль I входит:
1 - генератор; 2 - усилитель мощности; 3 - полосовой фильтр.
В приемный модуль II входит:
4 - усилитель постоянного тока; 5 - балластный смеситель; 6 - полосовой фильтр.
В блок оцифровки сигнала III входит:
7 - устройство ввода; 8 - аналого-цифровой преобразователь.
В систему также входит ПВЭМ 9, передающий излучающий кабель 10 и приемный кабель 11.
На фиг.2 представлены временные диаграммы работы передающего модуля I.
На фиг.3 график регистрации полезного сигнала (б) на фоне шума (а).
Система обнаружения объектов состоит из работающих под управлением ПЭВМ 9 приемного блока II, передающего блока I и блока оцифровки сигнала III. В основу передающего блока I выбрана микросхема AD9951, представляющая собой высокопроизводительный и малошумящий генератор 1 улучшенной технологии прямого цифрового синтеза частоты (DDS). В состав синтезатора входит 14-разрядный высокопроизводительный ЦАП и перепрограммируемые схемы управления, позволяющие сгенерировать синусоидальный сигнал требуемой частоты вплоть до 200 МГц. Синтезатор обладает высокой точностью задания частоты и начальной фазы. Кроме того, AD9951 поддерживает режим ЛЧМ-генерации с высокой линейностью модуляционной характеристики.
Усилитель мощности 2 собран на базе сверхвысокочастотного операционного усилителя AD845A с полосой пропускания 1 ГГц и максимальной скоростью нарастания выходного напряжения 1,4 кВ/мкс. Усилитель в типовом включении обеспечивает коэффициент усиления по напряжению до 60 дБ. В состав передающего модуля I также входит полосовой фильтр Бесселя 3 девятого порядка с верхней частотой среза порядка 100 МГц.
Передающий модуль I формирует «ступенчатую» линейную модуляцию частоты зондирующего излучения (фиг.2) количества шагов N, дискреты по времени Δt и частоте Δf задаются оператором с помощью программы. Кроме зондирующего излучения, генератор формирует последовательности синхроимпульсов: 1) τc, п для управления и устройством ввода информации в ПЭВМ 9; 2) τc, ш для синхронизации аналого-цифрового преобразователя.
з
В качестве блока оцифровки сигналов III используется плата ввода/вывода MFB-PCI, имеющая встроенный 12-разрядный АЦП8 и работающая под управлением программы в среде графического программирования. Для обеспечения требуемого быстродействия в устройстве вывода 7 на программном уровне реализован метод стробоскопической записи информации. УВ 7 имеет встроенную память, объем которой достаточен для хранения сигнала связи на одном периоде модуляции зондирующего излучения T за время T устройство ввода 7 передает информацию в ПЭВМ 9, которая записывается в виде отельного файла с автоматически формируемым именем.
Приемное устройство II выполняет функцию гомодинного преобразователя частоты, для его построения выбрана интегральная микросхема AD831, являющаяся типичным представителем современно активного двойного балансного смесителя на биполярных транзисторах. Она имеет широкий динамический диапазон, включает в себя дифференциальный токовый выход, малошумящий выходной усилитель постоянного тока 4 и фильтр третьего порядка. На входе приемного блока II действует сигнал связи, уровень которого достигает нескольких десятков мВ, поэтому введение в его состав входного высокочастотного усилителя не требуется. Входной полосовой фильтр 6 аналогичен фильтру 3 передающего блока I.
Платы приемного II и передающего I блоков размещены в экранированном блоке. На верхнюю панель блока вынесены клавиатура управления режимами работы генератора 1 и ЖК-дисплей, на боковые - разъемы питания, сигналов синхронизации и ВЧ-разъемы для подключения приемного передающих кабелей. Плата ввода/вывода устанавливается в слот материнской платы ПЭВМ.
На опытном образце были приведены экспериментальные испытания работоспособности заявляемой системы. На фиг.3 приведены результаты вычитания из анализируемой реализации «опорного» сигнала, сформированного путем усреднения сигнала связи на десяти интервалах модуляции частоты. На фиг.3а приведен разностный сигнал в отсутствии нарушителя на контролируемом рубеже, на фиг 3б - при его наличии. Из фиг. видно, что размах полезного сигнала при наличии человека на трассе укладки излучающих кабелей более чем на 30 дБ превосходит уровень шумов. Малый уровень шумов напряжения (по сравнению с полезным сигналом), полученный в результате череспериодного вычитания сигнала связи, позволяет говорить о высокой повторяемости модуляционной характеристики генератора ЛЧМ-сигнала и стабильности параметров остальных узлов разработанной системы. Система может быть использована для формирования представительной статистики сигналов связи и полезных сигналов в системе обнаружения на основе линий вытекающей волны (ЛВВ) УКВ-электромагнитного поля частотой 30…100 МГц с частотно-модулированным зондирующим излучением.
Таким образом, предлагаемая система имеет следующие преимущества:
1 - относительная простота схемотехнического построения средства;
2 - допустимый уровень продольной неравномерности чувствительности зоны обнаружения;
3 - заложенная в самом методе обработки приемного сигнала отстройки от медленных уходов параметров узлов аппаратуры и условий распространения ЭМП на контролируемой трассе;
4 - постоянная размерность реализации разностного сигнала (количество отсчетов), что позволяет активно применять для его анализа современные методы цифровой обработки сигналов;
5 - принципиальная возможность построения ЛВВ СО с определением продольной координаты движения нарушителя на рубеже охраны предполагаемой простоте алгоритма работы вычислителя.