Радиолучевое устройство для контроля протяженных рубежей охраны

Предлагаемое радиолучевое устройство относится к радиолокации и может использоваться в области охранной сигнализации, в частности для обнаружения нарушителя по факту преодоления им протяженной зоны обнаружения, создаваемой с помощью данного устройства.
Общеизвестны радиолучевые датчики, устройства и системы для тревожной сигнализации, которые могут быть использованы для контроля рубежей охраны на открытой местности (патенты RU №№2079889, 2103743, 2109343, 2155382, 2292600, 2306612, 2406154 и другие).
К недостатку этих датчиков, устройств и систем следует отнести отсутствие возможности формирования протяженных рубежей охраны на открытой местности. Охрана протяженных рубежей возможна лишь с применением множества однотипных устройств, объединенных групповыми концентраторами и проводными линиями связи, что существенно удорожает систему.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является «Радиолучевое устройство для охраны периметра», описанное в патенте на полезную модель RU №38412, МПК G08B 13/24, опубл. в 2004 г., которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит разнесенные в пространстве передатчики и приемники, причем передатчики и приемники соседних пар соединены межблочными кабелями, а в одной из пар вместо приемника расположен блок согласования, выход которого соединен со входом пульта управления (системы сбора и обработки информации). Передатчики и приемники соседних пар расположены на местности в отдельных корпусах (стойках). Передатчики и приемники предназначены для передачи и приема кодированных импульсных последовательностей (сигналов), причем передача сигналов на каждом из участков происходит в одном направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки). На каждом из участков решающие устройства, входящие в состав передатчиков, проводят обработку поступивших с приемников предшествующих участков сигналов и вырабатывают решения о состоянии этих участков (наличие или отсутствие тревоги). При наличии тревоги на одном из участков блок согласования (блок электронный) передает сигнал тревоги в пульт управления, который вырабатывает звуковую и символьную индикацию тревожного состояния.
Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: разнесенные в пространстве передатчики и приемники, блок электронный, пульт управления (система сбора и отображения информации), передача и прием кодированных импульсных последовательностей (сигналов).
Недостатком устройства является возможность «засветки» передатчиками одного участка приемников другого, соседнего с ним, участка при расположении участков на местности по прямой линии. В этом случае за счет интерференции сигналов от передатчиков разных участков информация о нарушителе будет искажаться, что приведет к «пропускам» нарушителей.
Другим недостатком устройства является отсутствие защиты корпусов (стоек) и блоков электронных от возможных подходов к ним нарушителей при попытках преодоления рубежа охраны в этих местах. Известно, что передатчики и приемники вблизи антенн имеют «мертвые зоны» и способны пропускать, например, ползущего нарушителя. Возможно также преодоление корпусов (стоек) и блоков электронных через верх путем перепрыгивания или с помощью использования подручных средств (лестниц - стремянок, шестов).
Технической проблемой, решаемой созданием заявленной полезной модели, является отсутствие возможности обеспечения контроля протяженных рубежей охраны любой конфигурации и отсутствие защиты «мертвых зон» по обнаружению вблизи антенн.
Целью настоящей полезной модели является обеспечение контроля протяженных рубежей охраны любой конфигурации с возможностью защиты «мертвых зон» по обнаружению вблизи антенн.
Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют получить новый технический результат.
Техническим результатом предложенного устройства является обеспечение возможности передачи радиоизлучения для обнаружения нарушителей при формировании протяженных рубежей охраны любой конфигурации и исключения «пропусков» нарушителей при «засветках» передатчиками одного участка приемников другого, а также устранение «мертвых зон» вблизи антенн.
Технический результат достигнут в предложенном радиолучевом устройстве для контроля протяженных рубежей охраны, содержащим стойку с блоком электронным для передачи направленного радиоизлучения в виде зондирующих импульсов электромагнитного поля с кодированной импульсной последовательностью, блок электронный дополнительно содержит доплеровский датчик охраны стойки с возможностью формирования вокруг стойки сферической зоны обнаружения и регистрации наличия доплеровской составляющей в спектре отраженного сигнала, возникающей при движении нарушителя в этой зоне обнаружения, а устройство выполнено с возможностью формирования с помощью него протяженного рубежа охраны любой конфигурации. Устройство выполнено с возможностью подключения к линии интерфейса для связи с системой сбора и отображения информации. Блок электронный выполнен в шарообразном корпусе, обеспечивающем юстировку устройства по азимуту и по углу места.
Устранение возможных «засветок» достигается использованием двунаправленного радиоизлучения устройствами и приема радиоизлучений с разных направлений с чередованием расположения на местности передатчиков и приемников, что существенно уменьшает вероятность ложных «засветок». Защита корпусов (стоек) и блоков электронных от подхода к ним нарушителей осуществляется использованием специальных доплеровских датчиков охраны стоек, формирующих вокруг стоек и блоков электронных дополнительные сферические зоны обнаружения.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-11, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 приведена укрупненная схема предложенного радиолучевого устройства, где введены обозначения: стойка - 1, блок электронный - 2.
На фиг. 2 приведена схема организации протяженного рубежа охраны с помощью предложенного устройства, где введены обозначения: зона обнаружения участка охраны - 3, сферическая зона обнаружения - 4, линия интерфейса - 5. Стрелками, выполненными сплошными линиями в зонах обнаружения участков охраны, показаны направления излучения зондирующих импульсов вдоль рубежа охраны.
На фиг. 3 приведена структурная схема блока электронного 2, где введены обозначения: передатчики - 6, доплеровский датчик охраны стойки - 8.
На фиг. 4 приведена структурная схема блока электронного 2, где введено обозначение: приемники - 7.
На фиг. 5 приведена структурная схема передатчика 6.
На фиг. 6 приведена структурная схема приемника 7.
На фиг. 7 приведена структурная схема доплеровского датчика охраны стойки 8.
На фиг. 8 приведен пример конструкции шарообразного корпуса блока электронного, в котором размещаются доплеровский датчик охраны стойки 8, а также два передатчика 6 или два приемника 7. На фиг. 8 введено обозначение: нижняя полусфера шарообразного корпуса - 9 (верхняя полусфера не показана).
На фиг. 9 изображен пример расположения на местности вдоль заграждения радиолучевых устройств, замаскированных под парковые фонари освещения.
На фиг. 10 приведен пример расположения на местности радиолучевых устройств для контроля протяженного извилистого рубежа охраны (например, вблизи оврага). Стрелками показаны направления излучения зондирующих импульсов вдоль рубежа охраны.
На фиг. 11 приведен пример расположения на местности радиолучевых устройств для контроля замкнутого периметра охраняемого объекта. Стрелками показаны направления излучения зондирующих импульсов вдоль рубежа охраны.
Заявляемое устройство в соответствии с ГОСТ 2.701-2008 является устройством, состоящим из совокупности элементов, представляющих единую конструкцию, и состоит из стойки 1 и блока электронного 2 (см. фиг. 1). Указанные элементы соединяются в соответствии с ГОСТ 21.101-68 сборочными операциями: сочленением и свинчиванием.
Предложенное радиолучевое устройство для контроля протяженных рубежей охраны работает следующим образом.
При охране протяженных рубежей, весь рубеж с помощью радиолучевых устройств разделяется на множество участков охраны (фиг. 2). Радиолучевые устройства располагаются на местности путем чередования между собой и содержат передатчики и приемники направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа охраны протяженную зону обнаружения, как изображено на фиг. 2. На каждом участке охраны формируется соответствующая зона обнаружения 3 и каждому участку охраны присваивается адресный признак. Блок электронный 2 содержит (фиг. 3) либо два передатчика 6 и датчик охраны стойки 8, которые подключены к линии интерфейса 5, либо содержит (фиг. 4) два приемника 7 и датчик охраны стойки 8, которые подключены к линии интерфейса 5.
Каждый передатчик (фиг. 5) состоит из антенны, генератора СВЧ, модулятора, микроконтроллера и интерфейсного блока (RS-485), подключенного к линии интерфейса 5. Передатчик 6 формирует с помощью микроконтроллера, модулятора и генератора СВЧ зондирующие импульсы электромагнитного поля в виде импульсов СВЧ энергии, которые излучаются антенной передатчика. Адресный признак каждого из участков охраны определяется кодированной импульсной последовательностью.
Каждый приемник (фиг. 6) состоит из антенны, детектора СВЧ, усилителя сигнала, микроконтроллера и интерфейсного блока (RS-485), подключенного к линии интерфейса 5. Зондирующие импульсы, излучаемые передатчиком 6, принимаются антенной приемника 7, а затем детектируется детектором СВЧ. Сигнал с детектора поступает на управляемый усилитель сигнала, имеющий малый уровень собственных шумов, где сигнал усиливается, обрабатывается и поступает на микроконтроллер.
Каждый доплеровский датчик охраны стойки 8 (фиг. 7) состоит из антенны, модуля СВЧ, усилителя сигнала, микроконтроллера и интерфейсного блока (RS-485), подключенного к линии интерфейса 5. Принцип действия доплеровского датчика охраны стойки 8 основан на формировании вокруг радиолучевых устройств сферических зон обнаружения, например, радиусом 1,0…2,0 м и регистрации наличия доплеровской составляющей в спектре отраженного СВЧ сигнала, возникающей при движении нарушителя в этой зоне обнаружения. При подходе нарушителя к любому из радиолучевых устройств, доплеровский датчик охраны стойки формирует сигнал «Тревога», который посредством линии интерфейса 5 передается в ССОИ. Наличие доплеровского датчика охраны стойки 8 в составе каждого радиолучевого устройства позволяет отказаться от использования дополнительных внешних датчиков, не входящих в единую конструкцию радиолучевого устройства, для предотвращения подхода нарушителей к радиолучевому устройству с целью проведения диверсии или с целью преодоления рубежа охраны в месте установки устройства.
Принцип действия радиолучевого устройства основан на формировании в пространстве между направленными друг к другу антеннами передатчиков и приемников электромагнитного поля, образующего продольно-объемную зону обнаружения, и измерении в приемниках параметров модуляции этого поля, вызванной движением нарушителя через контролируемый рубеж.
При преодолении нарушителем протяженного рубежа на любом из участков, в радиолучевых устройствах будут сформированы электрические сигналы, которые обрабатываются в приемнике 7 соответствующего участка охраны. В микроконтроллере каждого приемника 7 производится анализ параметров последовательности временных интервалов амплитудных и фазовых изменений сигналов, возникающих при пересечении нарушителем охраняемого рубежа. В случае совпадения параметров принятого сигнала с хранящимися в памяти параметрами ожидаемого сигнала, микроконтроллер формирует сигнал «Тревога». В радиолучевом устройстве применен помехоустойчивый алгоритм обработки полезных сигналов с последовательным анализом, учитывающим амплитудные, временные и фазовые изменения огибающей сигналов, возникающих при пересечении нарушителем охраняемого рубежа. Микроконтроллер приемника 7 также обеспечивает последующую обработку сигналов, принятие решения о выдаче сигнала «Тревога» и обеспечивает связь с ССОИ по линии интерфейса 5 (RS-485) для передачи сигнала «Тревога» с адресным признаком участка охраны. Таким образом, ССОИ зафиксирует факт преодоления протяженного рубежа охраны нарушителем на определенном участке. Линия интерфейса 5, к которой подключены передатчики, приемники и доплеровские датчики охраны стоек, предназначена для двустороннего обмена информацией между радиолучевыми устройствами и ССОИ. От радиолучевых устройств в ССОИ передаются сигналы «Тревога» с адресными признаками участков охраны. От ССОИ в радиолучевые устройства передаются сигналы дистанционного контроля и начальные установки.
В качестве примера реализации микроконтроллеров передатчиков, приемников и доплеровских датчиков охраны стоек могут быть использованы микропроцессоры A Txmega 256A3 фирмы «Atmel».
Радиолучевые устройства могут быть выполнены с возможностью размещения доплеровских датчиков охраны стоек, а также передатчиков и приемников радиоизлучений в шарообразных корпусах блоков электронных, обеспечивающих юстировку радиолучевых устройств по азимуту и по углу места в широких пределах. Такие радиолучевые устройства состоят из шарообразного корпуса блока электронного и вертикальной стойки, выполненной, например, в виде трубы. На фиг. 8 приведен пример конструкции шарообразного корпуса блока электронного, в котором размещаются доплеровский датчик охраны стойки 8, а также два передатчика 6 или два приемника 7. Шарообразный корпус выполнен из радиопрозрачного для СВЧ-излучения материала. На фиг. 8 изображена нижняя полусфера шарообразного корпуса 9 (верхняя полусфера не показана). Использование шарообразных корпусов позволяет также скрыть от потенциального нарушителя направления радиоизлучений радиолучевых устройств.
Радиолучевые устройства могут быть выполнены также с возможностью маскировки на местности под обычные объекты ландшафта (парковые фонари, столбы ограждения). На фиг. 9 изображен пример расположения на местности вдоль заграждения радиолучевых устройств, замаскированных под парковые фонари освещения.
Предложенное радиолучевое устройство может иметь разные области применения. Наличие возможности регулирования направлений излучения и приема зондирующих импульсов позволяет использовать радиолучевое устройство для контроля извилистых рубежей охраны с перепадами высот.
На фиг. 10 приведен пример расположения на местности радиолучевых устройств для контроля протяженного извилистого рубежа охраны (например, вблизи оврага). Стрелками показаны направления излучения зондирующих импульсов вдоль рубежа охраны.
Предложенное радиолучевое устройство пригодно также для контроля замкнутых рубежей охраны. На фиг. 11 приведен пример расположения на местности радиолучевых устройств для контроля замкнутого периметра охраняемого объекта. Стрелками показаны направления излучения зондирующих импульсов вдоль рубежа охраны.
Введенные в известное устройство дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать предложенному устройству новые существенные свойства и расширить область его применения. Предложенное радиолучевое устройство может быть использовано как для охраны локальных участков, ограниченных зон контроля, так и для протяженных рубежей охраны, таких как периметры особо важных объектов, Государственная граница РФ, магистральные трубопроводы, железные дороги.