УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
SECURITY ALARM DEVICE

Изобретение относится к устройствам тревожной сигнализации, сигнализирующим о факте вторжения нарушителя на территорию охраняемого объекта по факту создаваемых нарушителем механических колебаний в элементах конструкций физических заграждений, устанавливаемых на возможных путях вторжения нарушителя на охраняемый объект, а также формирования тревожного сообщения о локальной деформации заграждения и закрепленного на нем чувствительного элемента при несанкционированном проникновении методом перелаза через заграждение без применения технических средств.
Техническим результатом является повышение функциональной надежности обнаружения факта преодоления нарушителем физического заграждения как путем перелаза, так и путем разрушения заграждения механическим инструментом за счет повышения помехоустойчивости к воздействиям природных факторов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве при анализе полезного и помехового (вызванного воздействием ветра на заграждение) сигналов формируют «плавающий» (адаптивный) пороговый уровень, динамика изменения которого больше динамики изменения уровней помеховых сигналов, но меньше динамики изменения уровней полезных сигналов, вызванных воздействием нарушителя на заграждение.
В результате «плавающий» пороговый сигнал полностью отслеживает помеховый сигнал, но не «успевает» за изменениями полезного сигнала, что вызывает факт срабатывания при попытке преодоления заграждения.
Известно устройство охранной сигнализации (патент US №4090180, НКИ 340/261, МКИ G08B 13/22, опубл. в 1978 г.), в котором преобразование механических колебаний почвы осуществляется с помощью чувствительных элементов (геофонов) в электрический сигнал, далее происходит усиление и фильтрация сигнала, выделение огибающей, формирование адаптивного порога с постоянной и переменной составляющими.
Недостатками данного устройства являются недостаточная функциональная надежность, низкая обнаружительная способность при заданной вероятности ложных срабатываний.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является устройство охранной сигнализации (патент US №4742338, НКИ 340/566, МКИ G08B 13/00, опубл. в 1988 г. - прототип), содержащее сигнализационное заграждение с закрепленным на нем чувствительным элементом, измерительный усилитель, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, полосовой фильтр, детектор огибающей, буфер, схему формирования опорного сигнала, резистивный делитель, компаратор, таймер, схему «2И-НЕ», компаратор, схему «2И-НЕ», счетчик, генератор тактовой частоты, индикатор срабатывания. В данном устройстве преобразование механических колебаний сигнализационного заграждения осуществляется с помощью чувствительного элемента, закрепленного на сигнализационном заграждении, в электрический сигнал, далее происходит усиление, фильтрация, детектирование огибающей, формирование «плавающего» порогового уровня, сравнение выпрямленного сигнала с порогом.
К недостаткам данного устройства относится то, что схема формирования «плавающего» порогового уровня (динамического опорного сигнала) имеет постоянные параметры, определенные на основе опыта работы устройств на данных конкретных сигнализационных заграждениях и при данных условиях окружающей среды. Как убедительно показано в диссертационной работе Иванова В.Э. «Системы виброметрического обнаружения нарушителей в комплексах охранной сигнализации», Пенза, 2005 г., параметры сигналов, генерируемых чувствительным элементом, закрепленным на сигнализационном заграждении, в значительной степени определяются физико-механическими свойствами заграждения (в частности, степенью жесткости) и варьируются не только в зависимости от типа заграждения (кирпичного, деревянного, металлического, проволочного и т.д.), но и от его конкретного исполнения (например, степени натяжения сетки в проволочном заграждении). Без адаптации параметров сигнализационного устройства к параметрам конкретного сигнализационного заграждения невозможно получение высокой обнаружительной способности при заданной вероятности ложных срабатываний.
Указанный недостаток в заявляемом устройстве устраняется тем, что вводится режим адаптации параметров устройства к параметрам сигнализационного заграждения с закрепленным на нем чувствительным элементом. Причем данный режим состоит из двух частей. В первой части сигнализационное заграждение должно находиться только под воздействием природных факторов: ветра, дождя, снега и т.д. Во второй части пользователю предлагается совершить пробное преодоление сигнализационного заграждения. Сигналы, генерируемые чувствительным элементом в первой и второй частях, запоминаются в памяти. На основе анализа запомненных сигналов формируется передаточная функция звена, генерирующего динамический опорный сигнал. Формирование передаточной функции основано на том факте, что воздействие порывов ветра на сигнализационное заграждение, как правило, более «мягкое», чем воздействие нарушителя при его преодолении. Таким образом, огибающая сигналов, вызванных воздействием нарушителя, лежит в более высокочастотной области, чем огибающая сигналов, вызванных воздействием ветра. Звено, генерирующее динамический опорный сигнал, представляет собой низкочастотный фильтр, частота среза и количество полюсов которого подбираются таким образом, чтобы спектр огибающей сигналов, вызванных воздействием природных факторов на сигнализационное заграждение, лежал в полосе пропускания, а спектр сигналов, вызванных воздействием нарушителя, - в полосе подавления. Динамический опорный сигнал, сформированный звеном с такой передаточной функцией, будет полностью повторять огибающую сигналов, вызванных воздействием природных факторов, и отличаться от огибающей сигналов, вызванных воздействием нарушителя.
Целью данного изобретения является повышение функциональной надежности устройства за счет использования адаптивной настройки блока обработки сигналов и повышение обнаружительной способности устройства при заданной вероятности ложных срабатываний.
Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют повысить функциональную надежность и обнаружительную способность устройства.
Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее сигнализационное заграждение с закрепленный на нем чувствительным элементом, соединенным через измерительный усилитель, с усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, и индикатор срабатывания, введены цифровой сигнальный процессор, первый выход которого соединен с индикатором срабатывания, второй выход - с индикатором режима, третий выход - со входов перепрограммируемого запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом цифрового сигнального процессора, второй вход которого соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается новым конструктивным выполнением элементов, их расположением в схеме, в предлагаемом устройстве вводится режим адаптации параметров устройства к параметрам сигнализационного заграждения с закрепленным на нем чувствительным элементом.
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, что дает возможность сделать вывод о соответствии критериям изобретения: «новизна», «существенные отличия» и «положительный эффект».
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства охранной сигнализации, содержащее сигнализационное заграждение с закрепленным на нем чувствительным элементом (ЧЭ) 1, соединенным через измерительный усилитель 2, с усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 3 и индикатор срабатывания 4, цифровой сигнальный процессор (ЦСП) 5, первый выход которого соединен с индикатором срабатывания 4, второй выход - с индикатором режима 6, третий выход - со входом перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) 7, выход которого соединен с первым входом цифрового сигнального процессора 5, второй вход которого соединен с выходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 3;
на фиг.2 - последовательность операций, выполняемых ЦСП, где:
8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
9 - режекторный фильтр;
10 - детектор огибающей;
11 - фильтр низких частот (ФНЧ);
12 - сумматор;
13 - компаратор;
на фиг.3 - графики, поясняющие работу устройства:
а - помеховый сигнал;
б - динамический опорный сигнал;
в - полезный сигнал.
Предлагаемое устройство охранной сигнализации работает следующим образом.
В качестве чувствительного элемента, закрепленного на сигнализационном заграждении 1, используется телефонный кабель ТППэп 10×2×05 (ГОСТ Р 51311-99), две жилы которого подаются на прямой и инверсный входы измерительного усилителя 2. Сигнал с выхода измерительного усилителя 2 подается на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 3, устанавливаемым на конкретном сигнализационном заграждении 1 таким образом, чтобы динамический диапазон сигналов с выхода данного усилителя не превышал динамического диапазона АЦП 8, встроенного в ЦСП 5. Последовательность операций, выполняемых ЦСП 5, приведена на фиг.2. Оцифрованный АЦП 8 сигнал поступает на режекторный фильтр 9, «вырезающий» промышленную частоту 50 Гц, далее на детектор огибающей 10. Выпрямленный сигнал поступает на вход «-» компаратора 13. На вход «+» компаратора 13 поступает динамический опорный сигнал, полученный из выпрямленного сигнала путем фильтрации в ФНЧ 11 с регулируемой частотой среза и суммирования с постоянной составляющей в сумматоре 12. Частота среза ФНЧ 11 подбирается таким образом, чтобы спектр выпрямленного сигнала, вызванного воздействием на заграждение природных факторов (в частности, порывов ветра) находился в полосе пропускания фильтра, а спектр выпрямленного сигнала, вызванного воздействием на заграждение нарушителя, находился в полосе подавления. На фиг.3 показаны формы сигналов: а - помеховый сигнал, вызванный воздействием ветра; б - динамический опорный сигнал; в - полезный сигнал, вызванный воздействием нарушителя. Заштрихованная область - это область превышения сигналом порога и соответственно срабатывания устройства, что отображается на состоянии индикатора срабатывания 4 (фиг.1). Процедура подбора частоты среза ФНЧ 11 выполняется следующим образом. После включения устройство входит в режим настройки параметров. Причем каждому текущему режиму, в котором в данный момент находится устройство, соответствует определенное состояние индикатора режима 6 (фиг.1). Режим настройки параметров состоит из двух частей. В первой части сигнализационное заграждение с закрепленным на нем чувствительным элементом должно находиться только под воздействием природных факторов: ветра, дождя, снега и т.д. Во второй части пользователю предлагается совершить пробное преодоление сигнализационного заграждения. При этом сигналы с выхода детектора огибающей 10 (фиг.2) запоминаются в ППЗУ 7. На основе анализа запомненных сигналов формируется передаточная функция звена, генерирующего динамический опорный сигнал. Формирование передаточной функции основано на том факте, что воздействие порывов ветра на сигнализационное заграждение, как правило, более «мягкое», чем воздействие нарушителя при его преодолении. Таким образом, огибающая сигналов, вызванных воздействием нарушителя, лежит в более высокочастотной области, чем огибающая сигналов, вызванных воздействием ветра. Звено, генерирующее динамический опорный сигнал, представляет собой низкочастотный фильтр ФНЧ 11, частота среза и количество полюсов которого подбираются таким образом, чтобы спектр огибающей сигналов, вызванных воздействием природных факторов на сигнализационное заграждение 1, лежал в полосе пропускания, а спектр сигналов, вызванных воздействием нарушителя, - в полосе подавления. Динамический опорный сигнал, сформированный звеном с такой передаточной функцией, будет полностью повторять огибающую сигналов, вызванных воздействием природных факторов, и отличаться от огибающей сигналов, вызванных воздействием нарушителя, что показано на фиг.3. Сигнал, запомненный в течение первой части режима настройки, объявляется как помеховый. Сигнал, запомненный во второй части - как полезный. Процедура подбора частоты среза ФНЧ 11 начинается с максимальной и является итеративной. В каждой итерации запомненный полезный сигнал «прогоняется» через алгоритм, приведенный на фиг.2 (за исключением блоков 8, 9, 10) и анализируется результат. Постоянная составляющая, поступающая на второй вход сумматора 12 (фиг.2), выбирается исходя из максимальной величины изменения полезного сигнала за один такт работы алгоритма. Если срабатывание устройства не произошло, частота среза ФНЧ 11 уменьшается на одну дискрету и выполняется следующая итерация. Так до тех пор, пока не произойдет срабатывание. Далее через алгоритм с найденной таким образом частотой среза «прогоняется» запомненный помеховый сигнал и анализируется результат. Если срабатывание устройства не произошло, процедура настройки параметров завершается и устройство переходит в рабочий режим. Если срабатывание произошло, устройство объявляет сигнализационное заграждение 1 неисправным (например, недостаточная степень натяжения сетки проволочного заграждения) и переходит в режим «Неисправность».
Действующие макеты устройства охранной сигнализации испытывались в течение трех лет на объектах охраны в различных климатических зонах Российской Федерации. В каждом случае была подтверждена устойчивая работоспособность лабораторных макетов по обнаружению нарушителей, в том числе в условиях воздействия ветра, ливневых и грозовых дождей.