СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETECTING INTRUDER AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области охранной сигнализации и может быть использовано в средствах охранной сигнализации для охраны периметров, имеющих сложную конфигурацию как оборудованных заграждениями различных типов, так и без использования заграждений.
Техническим результатом предложения является повышение надежности обнаружения и расширение области применения путем создания (формирования) между проводами многопроводной линии передачи, размещенной вдоль охраняемого рубежа, дополнительных зон чувствительности. Способ обнаружения нарушителя, пересекающего охраняемый рубеж (в положении «в рост», «согнувшись», «перекатом» или «ползком»), основан на формировании нескольких зон чувствительности между проводами многопроводной линии передачи. Данный способ позволяет получить малые погонные потери электромагнитной энергии за счет пространственной симметрии «сигнальных» и «земляных» проводов, что позволяет увеличить длину линии передачи. Устройство для осуществления способа содержит передатчик, многопроводную линию передачи (чувствительный элемент), приемник. С одной стороны многопроводной линии передачи расположен (подключен) передатчик, с другой - приемник. В состав передатчика входят детектор импульсов синхронизации, формирователь последовательности импульсов и генератор импульсов. В состав приемника входят полосовой фильтр высоких частот, формирователь импульсов синхронизации, устройство выборки и хранения, анализатор скорости нарастания сигнала, пороговое устройство, анализатор длительности превышения порога и исполнительное устройство.
Известно устройство для охранной сигнализации, описанное в авторском свидетельстве SU, №1834552, МПК G08В 13/24, 1996 г. «Устройство для охранной сигнализации» и предназначенное для регистрации пересечения рубежа. Данное устройство содержит приемный и передающий излучающие кабели, расположенные параллельно друг другу вдоль охраняемого рубежа, передатчик, подключенный к одному концу передающего излучающего кабеля задатчика синхроимпульсов, приемник, пороговый элемент, выход которого подключен к входу блока тревоги, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены три развязывающих фильтра, два триггера, коммутируемая нагрузка, два блока селекции, два блока обработки сигналов, элемент ИЛИ, первый выход задатчика синхроимпульсов через первый развязывающий фильтр подключен к другому концу передающего излучающего кабеля, один конец приемного кабеля подключен к входам второго развязывающего фильтра и коммутируемой нагрузки, второй вход которой подключен к выходу первого триггера, вход которого подключен к выходу второго развязывающего фильтра, другой конец приемного кабеля подключен к первому входу третьего развязывающего фильтра, выход которого через приемник подключен к первым входам первого и второго блоков селекции, вторые входы которых подключены к выходам второго триггера, второй выход задатчика синхроимпульсов подключен к входу второго триггера и ко второму входу третьего развязывающего фильтра, выходы первого и второго блоков селекции подключены соответственно к входам первого и второго блоков обработки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу порогового элемента.
Передатчик устройства генерирует радиоимпульсы, которые распространяются по передающему кабелю и излучаются в блокируемое пространство.
Часть энергии радиоимпульсов, излученных в блокируемое пространство, улавливается приемным излучаемым кабелем и подается на вход приемника устройства.
В устройстве анализируются изменения амплитуды принятых зондирующих радиоимпульсов, вызванные пересечением нарушителем охраняемого рубежа. Эти изменения воспринимаются устройством как полезный сигнал, на основе которого формируется сигнал срабатывания.
Недостатком данного устройства является большая неравномерность чувствительности по длине рубежа охраны, т.е. наличие участков с высокой и низкой чувствительностью. Это приводит к существенному ограничению области применения устройства из-за низкой надежности обнаружения повышенной вероятности ложных срабатываний.
Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения, описанный в патенте №2109344, Россия, МПК G08В 31/24, 1998 г. «Способ обнаружения движущихся целей и устройство для его осуществления». Этот способ основан на формировании вдоль охраняемого рубежа зоны распространения зондирующего электромагнитного сигнала путем размещения вдоль рубежа линии передачи зондирующего электромагнитного сигнала и формировании зондирующего электромагнитного сигнала на первом конце линии передачи, отличающийся тем, что второй конец линии передачи выполняют несогласованным с волновым сопротивлением линии передачи, выделяют на первом конце линии передачи сигнал, отраженный от второго конца линии передачи, и фиксируют изменения сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, при появлении движущейся цели в зоне распространения зондирующего электромагнитного сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство обнаружения, описанное в патенте №2122238, Россия, МПК G08В 31/24, 1998 г. «Устройство для охранной сигнализации». Данное устройство содержит проводную линию передачи, размещаемую вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу проводной линии передачи, пиковый детектор, вход которого подключен к другому концу проводной линии передачи, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу пикового детектора, и пороговую исполнительную схему, вход которой подключен к выходу полосового фильтра.
В указанном устройстве признаком вторжения нарушителя в охраняемую зону является изменение амплитуды сигнала на входе приемника, возникающее при появлении объекта в зоне обнаружения (в области распространения электромагнитной волны). Огибающая принятых зондирующих импульсов выделяется с помощью пикового детектора и подается через полосовой фильтр на вход пороговой исполнительной схемы, которая формирует сигнал срабатывания.
В зависимости от типа используемой линии передачи данное устройство может иметь несколько вариантов применения и решаемых задач охраны:
1) устройство с двухпроводной линией передачи используется преимущественно для защиты верхней части заграждений от перелаза через заграждение;
2) устройство с излучающей кабельной линией передачи в отличие от варианта 1 имеет зону обнаружения, внешнюю по отношению к самой линии передачи. Поэтому его преимущественное применение - это скрытая установка линии передачи, например, на небольшой глубине в земле. При этом зона обнаружения располагается до небольшой (0,5-0,7 м) высоты над поверхностью земли, что позволяет обнаруживать нарушителя, передвигающегося ползком. Если при этом есть необходимость увеличить высоту зоны обнаружения, то параллельно устанавливают на высоте около 2 м однопроводную линию передачи дополнительного устройства.
Недостатком описанного способа является формирование одной зоны распространения электромагнитного сигнала вдоль охраняемого рубежа, что является ограничивающим фактором для обнаружения нарушителя передвигающегося «перекатом» или «ползком», т.к. при этом необходимо более низкое расположение сигнального провода для приближения зоны обнаружения к поверхности земли или применение излучающей кабельной линии.
Низкое расположение сигнального провода приводит к неравномерности чувствительности по ее длине и к резкому увеличению погонных потерь в линии передачи, появляется возможность преодоления средства охраны над сигнальным проводом, а также уменьшается надежность обнаружения и максимальная протяженность охраняемой зоны.
Применение излучающей кабельной линии приводит к увеличению стоимости устройства. В случае необходимости увеличения зоны обнаружения необходимо применять дополнительное устройство, устанавливаемое параллельно, что также приводит к увеличению стоимости погонного метра охраны рубежа. Установка излучающей кабельной линии в землю приводит к снижению помехоустойчивости за счет влияния влажности и смещений почвы. Также установка излучающей кабельной линии в землю приводит к увеличению погонных потерь, что уменьшает длину зоны обнаружения устройства.
Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость за счет воздействия широкополосной помехи на проводную линию.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности обнаружения нарушителя, пересекающего охраняемый рубеж в положении «в рост», «согнувшись», «перекатом» или «ползком», что обеспечивается созданием нескольких дополнительных (объемных) зон чувствительности (зон обнаружения) требуемой конфигурации как вблизи заграждений, так и без использования заграждений. Повышение помехоустойчивости и снижение потребляемой мощности устройства обеспечивается использованием синхронизированной генерации последовательности («пачек») наносекундных импульсов, передачей наносекундных импульсов по нескольким сигнальным проводам многопроводной линии передачи, увеличением максимальной длины линии передачи за счет уменьшения потерь в многопроводной линии.
Указанный технический результат в настоящем изобретении достигается способом создания (формирования) между проводами многопроводной линии передачи, размещенной вдоль охраняемого рубежа, дополнительных (объемных) зон чувствительности (зон обнаружения), которые обеспечивают надежное обнаружение нарушителя, пересекающего охраняемый рубеж в положении «в рост», «согнувшись», «перекатом» или «ползком».
На фиг.1 показана схема формирования зон обнаружения при многопроводной линии передачи, содержащей четыре зоны чувствительности (зоны обнаружения), три из которых, в соответствии с настоящим изобретением, являются дополнительными зонами чувствительности (зонами обнаружения). Новизной способа является введение многопроводной линии передачи, размещенной вдоль охраняемого рубежа, обусловливающей создание нескольких (дополнительных) зон чувствительности, вместо одной зоны чувствительности, образованной двумя проводами, как в известных способах и устройствах.
Таким образом, дополнительные зоны чувствительности образованы введением многопроводной линией передачи, размещенной вдоль охраняемого рубежа, как это показано на фиг.1 (пятипроводная линия передачи - четыре чувствительных зоны обнаружения), 2 (трехпроводная линия передачи - две зоны чувствительности).
Наиболее оптимальный вариант достигается использованием трехпроводной линии передачи, которая формирует две зоны обнаружения. На фиг. 2 показана схема формирования зон обнаружения при трехпроводной линии передачи. Верхняя зона обнаружения обеспечивает обнаружение нарушителя, пересекающего охраняемый рубеж в положении «в рост» или «согнувшись», а нижняя зона, формируемая непосредственно над поверхностью земли - «перекатом» или «ползком».
Отличительными признаками предлагаемого устройства осуществляющего способ обнаружения нарушителя являются: наличие использования синхронизированной генерации последовательности («пачек») наносекундных импульсов для повышения помехоустойчивости и снижения потребляемой мощности устройства, передача наносекундных импульсов по нескольким сигнальным проводам многопроводной линии передачи, создание нескольких дополнительных зон чувствительности требуемой конфигурации как вблизи заграждений, так и без использования заграждений, увеличение максимальной длины линии передачи за счет уменьшения потерь в многопроводной линии.
Устройство для осуществления способа обнаружения нарушителя состоит из следующих составных частей (фиг.3): 1 - передатчик; 2 - многопроводная линия передачи; 3 - приемник; 4 - формирователь последовательности импульсов; 5 - генератор импульсов; 6 - детектор импульсов синхронизации; 7 - полосовой фильтр высоких частот; 8 - формирователь импульсов синхронизации; 9 - устройство выборки и хранения; 10 - анализатор скорости нарастания сигнала; 11 - пороговое устройство; 12 - анализатор длительности превышения порога; 13 - исполнительное устройство.
Устройство работает следующим образом.
Передатчик 1 и приемник 3 располагаются на противоположных концах многопроводной линии передачи 2 (чувствительного элемента) (фиг.3).
Формирователь импульсов синхронизации 8 формирует синхронизирующие импульсы 14 (фиг.4), а также разрешает работу устройства выборки и хранения 9 в течение времени t1 (17, фиг.4). Синхронизирующие импульсы 14 (фиг.4) могут иметь как положительную, так и отрицательную полярность, а также могут быть в виде несущей частоты. Для передачи синхронизирующих импульсов 14 (фиг.4) может использоваться как многопроводная линия передачи 2, так и отдельная линия связи между передатчиком 1 и приемником (фиг.3). Детектор импульсов синхронизации 6 определяет наличие синхронизирующего импульса и разрешает работу формирователя последовательности импульсов 4 в течение времени t1 (15, фиг.4). Формирователь последовательности импульсов 4 разрешает работу генератора импульсов 5, который формирует короткие широкополосные зондирующие импульсы 16 (фиг.4), которые создают в многопроводной линии передачи 2 электромагнитное поле, распространяющееся в направлении приемника 3 (фиг.3). За счет того, что работа генератора импульсов 5 разрешается на время t1, которое значительно меньше периода Т работы генератора импульсов 5, достигается снижение потребления устройством в целом. Формирование последовательности («пачек») наносекундных импульсов необходимо для гарантированного восстановления огибающей сигнала на устройстве выборки и хранения 9 (фиг.3), т.к. при его отключении происходит уменьшение сигнала на устройстве выборки и хранения 9.
Импульсный сигнал, ослабленный за счет погонного затухания многопроводной линии передачи 2 и возможных переотражений от неоднородностей многопроводной линии передачи 2 (опор и металлических предметов, расположенных в непосредственной близости от многопроводной линии передачи), поступает на вход полосового фильтра высоких частот 7. Полосовой фильтр высоких частот 7 имеет полосу пропускания частот, на которую нарушитель оказывает наиболее эффективное воздействие при движении в зоне обнаружения. За счет того, что работа устройства выборки и хранения 9 разрешается на время формирования широкополосных зондирующих импульсов 16 (фиг.4), возникновение импульсных или широкополосных помех (грозовые разряды, промышленные помехи), возникающих между моментами формирования широкополосных зондирующих импульсов 16 (фиг.4, показано пунктиром), не влияет на его работу.
При отсутствии нарушителя устройство выборки и хранения 9 выделяет огибающую принимаемых импульсов 18 (фиг.4) - среднее напряжение, которое медленно изменяется в зависимости от воздействия погодных факторов (дождь, снег, туман).
Возникновение широкополосной помехи (грозовой разряд, момент начала работы мощной радиостанции), проходящей через полосовой фильтр высоких частот 7, которая попадает во время разрешения работы устройства выборки и хранения 9, вызывает резкое увеличение (уменьшение) напряжения на устройстве выборки и хранения 9. Скорость изменения данного напряжения контролируется анализатором скорости нарастания фронта 10 и в случае, если значение скорости изменения напряжения (значение скорости нарастания фронта) превышает установленное значение, то на исполнительное устройство 13 сигнал не выдается и приемник 3 игнорирует данную импульсную помеху.
В случае преодоления зоны обнаружения нарушителем, возникает затухание электромагнитного поля в линии передачи 2. В связи с чем происходит изменение напряжения на устройстве выборки и хранения 9. При этом скорость изменения напряжения на устройстве выборки и хранения 9 значительно ниже, чем при возникновении широкополосной помехи. В этом случае при превышении напряжения порогового значения, на выходе порогового устройства 11 установится логическая единица. Длительность формирования логической единицы с порогового устройства 11 контролируется анализатором длительности 12 и при достижении заданного значения подается сигнал с анализатора длительности 12 на исполнительное устройство 13. Значение длительности, контролируемое анализатором длительности 12, регулируется в зависимости от возможной скорости преодоления нарушителя зоны обнаружения. При установке устройства (многопроводной линии передачи) вдоль заграждений, а также в виде козырька на заграждении, когда нарушитель не может передвигаться с большой скоростью, значение длительности, контролируемое анализатором длительности 12, устанавливают больше, чем при установке на открытой местности, что позволяет значительно увеличить помехозащищенность устройства в целом.
Для того чтобы исключить маскирование преодоление, нарушителем зоны обнаружения мощной широкополосной помехой, введен контроль длительности воздействия данной помехи с помощью анализатора длительности 12. При превышении контрольного времени воздействия мощной широкополосной помехи подается сигнал с анализатора длительности 12 на исполнительное устройство 13.