СИСТЕМА ОХРАНЫ И НАБЛЮДЕНИЯ
SECURITY AND SURVEILLANCE SYSTEM

Предлагаемая система относится к охранным средствам, в частности к системам охраны, использующим видеосредства, и может быть использована для пресечения несанкционированного доступа на охраняемые (контролируемые) объекты, например жилые квартиры и помещения.
Известны устройства и системы охраны и наблюдения (авт. свид. СССР №№1348881, 1387029, 1690217, 1699013, 1774361; патенты РФ №№2116673, 2117762, 2120139, 2163743, 2167432, 2221260, 2246736, 2255354, 2332721; патент США №5361070; патент Великобритании №2258579; Дикарев В.И., Заренков В.А., Заренков Д.В., Койнаш Б.В. «Защита объектов и информации от несанкционированного доступа», Санкт-Петербург, 2004, ОАО «Издательство Стройиздат СПб», 318 с. и другие).
Из известных устройств и систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система охраны и наблюдения» (патент РФ №2120139, G08В 13/196, 1998), которая и выбрана в качестве прототипа.
Известная система содержит первый и второй модемы, блок обработки информации, блок коммутации, блок датчиков, блок сигнализации, блок видеонаблюдения, блок исполнительных устройств, блок отображения и обеспечивает охрану жилых помещений с возможностью наблюдения непосредственно из таких помещений.
При этом между охраняемыми объектами и пультом управления устанавливается коллективная линия связи, в качестве которой используется телефонная городская АТС.
Однако указанная связь уязвима, не защищена от несанкционированного внешнего воздействия и не обеспечивает высокой надежности охраны и наблюдения жилых помещений и других охраняемых объектов (склады, магазины, гараж и др.).
Технической задачей изобретения является повышение надежности охраны и наблюдения жилых помещений и других охраняемых объектов путем применения радиоканала с использованием сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией.
Поставленная задача решается тем, что система охраны и наблюдения, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, первый и второй модемы, блок коммутации, блок обработки информации и отображения, а также на каждом охраняемом объекте блок датчиков, блок сигнализации, блок видеонаблюдения, блок исполнительных устройств, блок совмещения видеоинформации и блок отображения, предназначенный для записи, анализа, обработки информации, сравнения ее с информацией банка данных и создания базы данных с последующим ее обновлением, при этом блок датчиков соединен с блоком сигнализации, предназначенным для выдачи сигнала тревоги, для регулирования времени срабатывания блока исполнительных устройств и их перехода в режим ожидания при имитации присутствия хозяина в квартире, выход блока сигнализации подключен к блоку исполнительных устройств и к блоку коммутации, соединенному с первым модемом и блоками совмещения видеоинформации, выходы которых соединены с соответствующими блоками отображения, а входы соединены с определенными блоками видеонаблюдения, отличается от ближайшего аналога тем, что первый модем выполнен в виде последовательно подключенных к n выходам блока коммутации n задающих генераторов, первого логического элемента ИЛИ, амплитудного модулятора, второй вход которого через формирователь модулирующей функции соединен с соответствующим выходом блока коммутации, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с соответствующим выходом блока коммутации, усилителя мощности и передающей антенны, второй модем выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, n усилителей высокой частоты, второго логического элемента ИЛИ, амплитудного ограничителя и синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ, а выход подключен к блоку обработки информации и отображения, последовательно подключенных к выходу амплитудного ограничителя первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, n узкополосных фильтров, третьего логического элемента ИЛИ, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, и фильтра нижних частот, выход которого подключен к блоку обработки информации и отображения, причем первый и второй модемы связаны радиоканалом с использованием сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией.
Структурная схема системы охраны и наблюдения представлены на фиг.1. Структурная схема первого модема 5 изображена на фиг.2. Структурная схема второго модема 6 изображена на фиг.3.
Система охраны и наблюдения содержит на каждом охраняемом объекте, например квартире, блок 1 датчиков, блок 2 сигнализации, блок 3 видеонаблюдения, блок 4 исполнительных устройств, а также модемы 5, 6, блок 7 обработки информации и отображения, радиоканал 8, блок 9 коммутации и введенные на каждом охраняемом объекте блок 10 совмещения видеоинформации и блок 11 отображения. В систему также на каждом охраняемом объекте введены блоки передачи 12 и приема 13 звуковых сигналов. Они могут быть установлены отдельно или смонтированы непосредственно на корпусе блока 3.
Первый модем 5 содержит последовательно подключенные к выходу блока 9 коммутации n задающих генераторов 17.i (i=1, 2,…, n), первого логического элемента ИЛИ 18, амплитудного модулятора 20, второй вход которого через формирователь 19 модулирующей функции соединен с соответствующим выходом блока 9 коммутации, фазового манипулятора 22, второй вход которого через формирователь 21 модулирующего кода соединен с соответствующим выходом блока 9 коммутации, усилителя 23 мощности и передающей антенны 24.
Второй модем 6 содержит последовательно включенные приемную антенну 25, n усилителей 26.i (i=1, 2,…, n) высокой частоты, второй логический элемент ИЛИ 27, амплитудный ограничитель 28 и синхронный детектор 29, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ 27, а выход подключен к блоку 7 обработки информации и отображения, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 27 первый перемножитель 31, второй вход которого соединен с выходом фильтра 35 нижних частот, n узкополосных фильтров в 33.i (i=1, 2,…, n), третий логический элемент ИЛИ 34, второй перемножитель 32, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя 28, и фильтр 35 нижних частот, выход которого подключен к блоку 7 обработки информации и отображения.
Рассмотрим пример применения системы в рамках одного подъезда жилого дома.
На входных дверях всех квартир подъезда устанавливаются блоки 3 видеонаблюдения, в качестве блока 3 используются видеоглазок (камера) 14 с преобразователем 15 видеосигнала и усилитель низкой частоты с микрофоном 16.
Аналогичные блоки 3 видеонаблюдения устанавливаются на входной двери подъезда и на уровне третьего этажа с видом во двор (использование в них узлов 16 не является обязательным).
Сигналы от блоков 3 поступают на блоки 10 совмещения видеоинформации, установленные в каждой квартире. Сигналы могут поступать на блоки 10 через коаксиальный кабель коллективной телевизионной антенны. Блок 10 совмещает в одном кадре изображения информацию от различных блоков 3, например от блока 3.1 на входной двери подъезда, от блока 3.2, установленного в подъезде на уровне третьего этажа, от блока 3.3, установленного на входной двери квартиры и от блока 3.4, установленного на лестничной площадке этажа. Блок 10 совмещает сигналы, поступающие от различных источников в групповой сигнал, аналогично тому, как это осуществляет аналогичный блок, описанный в патенте США №5485221, кл. 348/563, опублик. 16.01.1996 г..
Информация от всех блоков 10 поступает на входы блока 9 коммутации, который обеспечивает по сигналу тревоги от блока 2 связь между абонентом, подавшим сигнал тревоги, и пультом наблюдения, на котором установлен блок 7. Блок 9 выполнен с возможностью выбора необходимого задающего генератора 17 л, каждый из которых генерирует гармоническое колебание
1i
i
i
i
i
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤Т,
i
i
i
i
где υ, ω, φ, Т - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность i-го гармонического колебания (i=1, 2,…, n);
n - количество задающих генераторов, которое равно количеству подъездов жилого дома. Каждый подъезд жилого дома имеет свою несущую частоту для передачи сигнала тревоги на пульт наблюдения по радиоканалу.
i
j
Гармоническое колебание U(t) с выхода задающего генератора 17.i через логический элемент ИЛИ 18 поступает на первый вход амплитудного модулятора 20, на второй вход которого подается модулирующая функция m(t) с выхода формирователя 19 модулирующей функции, который управляется блоком 9 коммутации (j=1, 2,…., m, где m - количество квартир в подъезде). На выходе амплитудного модулятора 20 формируется сигнал с амплитудной модуляцией (AM)
2i
i
j
i
i
i
U(t)=υ[1+m(t)]·Cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
j
где m(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции,
j
который поступает на вход фазового манипулятора 22. На второй вход последнего подается модулирующий код M(t) с выхода формирователя 21 модулирующего кода, который управляется блоком 9 коммутации. На выходе фазового манипулятора 22 образуется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн)
3i
i
j
i
k
i
i
U(t)=υ[1+m(t)]·Cos(ωt+φ(t)+φ), 0≤t≤Т,
k
j
k
э
э
э
где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при k·τ<t<(Р+1)·τ и может изменяться скачком при t=k·τ,
т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2,…, N-1);
э
i
i
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(T=N·τ),
который после усиления в усилителе 23 мощности поступает в передающую антенну 24, излучается ею в эфир, принимается приемной антенной 25 пульта наблюдения и через усилитель 26.i высокой частоты и логический элемент ИЛИ 27 поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 29 и на вход амплитудного ограничителя 28. На выходе последнего образуется напряжение
4i
огр
i
k
i
i
U(t)=υ·Cos [ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
огр
где υ - порог ограничения,
которое подается в качестве опорного напряжения на второй (опорный) вход синхронного детектора 29. На выходе синхронного детектора 29 выделяется низкочастотное напряжение
Hi
нi
j
U(t)=υ[1+m(t)],
нi
i
огр
j
где υ=1/2·υ·υ, - пропорциональное модулирующей функции m(t),
которое поступает на вход блока 7 обработки информации и отображения.
Oi
Напряжение U(t), представляющее собой сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн), с выхода амплитудного ограничителя 28 одновременно поступает на первые входы перемножителей 31 и 32. На второй вход второго перемножителя 32 с выхода логического элемента ИЛИ 34 подается опорное напряжение
Oi
o
i
i
i
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0≤t≤Т,
На выходе перемножителя 32 образуется суммарное напряжение
∑i
н2
k
н2
i
k
i
U(t)=υ·Cosφ(t)+υ·Cos[2ωt+φ(t)+2φ],
н2
огр
o
где υ=1/2·υ·υ,
из которого фильтром 35 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
н2
н2
k
U(t)=υ·Cosφ(t),
которое поступает на вход блока 7 обработки информации и отображения. На блоке 7, представляющем собой компьютер, расположенном на пульте 7 наблюдения, производится запись, обработка, анализ, отображение информации и ее сравнение с информацией банка данных, занесение новой в банк данных и выдача сообщения.
H2
Напряжение U(t) с выхода фильтра 35 нижних частот одновременно подается на второй вход первого перемножителя 31, на выходе которого образуется опорное напряжение
Oi
1
i
i
i
i
k
i
i
i
i
1
i
i
i
i
i
0
i
i
U(t)=υ·Cos(ωt+φ)+υ·Cos[ωt+2φ(t)+φ]=υ·Cos(ωt+φ)+υ·Cos(ωt+φ)=2υ·Cos(ωt+φ)=υ·Cos(ωt+φ),
i
огр
н2
где υ=1/2·υ·υ,
0
1
υ=2υ.
Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 33.i и через логический элемент ИЛИ 34 подается на второй вход второго перемножителя 32 (i=1, 2,…, n).
H2
i
Hi
Следовательно, второе низкочастотное напряжение U(t) определяет номер квартиры, в которую предпринимается попытка несанкционированного проникновения с целью кражи, несущая частота ω (i=1, 2,…, n) свидетельствует о подъезде дома, а первое низкочастотное напряжение U(t) определяет содержание тревожного голосового сообщения хозяина квартиры, в которую пытаются проникнуть злоумышленники. Если хозяина нет дома, то по радиоканалу передается только сложный ФМн-сигнал, который информирует о квартирной краже из той или иной квартиры. После этого служба, осуществляющая обслуживание пульта наблюдения, по полученным данным принимает решение о конкретных действиях.
Принцип работы блока 2 сигнализации заключается в следующем.
Если у входной двери квартиры в зоне действия соответствующего датчика 1 появляется объект (человек) и после нажатия звонка задерживается там на определенное (регулируемое) время, датчик 1 срабатывает и блок 2 выдает сигнал тревоги на блок 9, который, срабатывая, устанавливает радиосвязь с блоком 7. Одновременно с этим блок 2 подает сигнал в блок 4 исполнительных устройств, причем в качестве одного из исполнительных устройств используется видеомагнитофон, находящийся в квартире в скрытом месте, на который производится запись информации от соответствующего блока 3 в течение определенного времени, например одной минуты, после чего при отсутствии сигнала с блока 2 видеомагнитофон переходит в режим ожидания. В качестве исполнительных устройств используются также телевизор или иная воспроизводящая аппаратура, например, музыкальный центр, которая включается по сигналу с блока 2 в режим воспроизведения на определенное время, например, на пять минут, с целью имитации присутствия хозяина в квартире во время его отсутствия. Через указанное время при отсутствии сигнала с блока 2 воспроизводящая аппаратура переходит в режим ожидания. Если же хозяин находится в квартире, то блок 2 отключен и сигнализация не срабатывает. При этом, например, после поступления звонка в дверь хозяин может включить телевизор, который используется в качестве блока 11 отображения. При этом один и тот же телевизор, работая в разных режимах, может быть использован и в качестве исполнительного устройства (блок 4) и в качестве блока 11 отображения, который предназначен для записи, анализа, обработки информации, сравнения ее с информацией банка данных и создания базы данных с последующим ее обновлением. Программно-аппаратные средства для выполнения блока отображения 11 раскрыты в GB 2258579A, H04N 7/12, 10.02.1993, в которых для реализации этих функций используют процессор 15 и дисплей 16. На экране телевизора блока отображения 11 отображаются поступающие с блока 10 несколько видеокадров (вид с двери подъезда, вид с третьего этажа во двор, вид с входной двери в квартиру и вид с лестничной площадки этажа). При необходимости в диалоговом режиме хозяин может вести разговор с объектом (человеком), находящимся перед входной дверью в квартиру, связь с которым обеспечивают блоки передачи 12 и приема 13 звуковых сигналов. В случае опасности может быть набран радиотелефон пульта наблюдения, что будет являться сигналом тревоги. Как сигнал тревоги может расцениваться и звонок в дверь с последующей попыткой несанкционированно открыть входную дверь. В этом случае приводится в действие вся система.
Меняя расположение блоков сигнализации и блоков исполнительных устройств, можно обеспечить охрану самых различных объектов,
Использование системы позволяет осуществлять видеонаблюдение большого числа объектов с возможностью записи, анализа, обработки информации и создания базы данных с последующим постоянным ее обновлением, а также позволяет осуществлять наблюдение не только с определенного дистанционно удаленного пульта, но и непосредственно из квартиры (с объекта наблюдения). Это дает возможность использовать систему и в автономном режиме (в качестве «электронного видеосторожа»).
Широкое применение данной системы позволит эффективно бороться с такими явлениями, как квартирные кражи и с кражами на других охраняемых объектах (склады, магазины, гаражи и др.).
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности охраны и наблюдения жилых помещений и других охраняемых объектов (дачи, склады, магазины, гаражи и др.). Это достигается применением радиоканала с использованием сложных сигналов с комбинированной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM - ФМн).
Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных AM-ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный AM-ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных AM-ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных AM-ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.
Предлагаемая система не подвержена внешнему несанкционированному воздействию как физического, так и электронного характера.
Внедрение предлагаемой системы целесообразно осуществлять поэтапно.
На первом этапе - установка на входных дверях квартир и в других местах охраняемых объектов блоков видеонаблюдения в целях обеспечения видеонаблюдения и двусторонней связи в режиме диалогового общения (использование системы в автономном режиме «электронного видеосторожа»).
На втором этапе - после установки достаточного количества абонентов должны быть установлены радиоканал и дополнительные блоки видеонаблюдения с последующим объединением всех абонентов в единую систему с использованием помехоустойчивого и надежного радиоканала и сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM-ФМн).