Сейсмическое средство обнаружения с возможностью пеленгации наземных объектов
SEISMIC DETECTION NETWORK WITH POSSIBILITY OF DIRECTION-FINDING OF GROUND OBJECTS

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к сейсмическим средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения наземного объекта, проникающего через зону обнаружения рубежа охраны, с возможностью определения азимута на обнаруженный объект по сейсмическим сигналам.
Общеизвестны способы и сейсмические устройства обнаружения и пеленгации объектов при охране протяженных участков местности, территорий и подступов к охраняемым объектам. На протяженных рубежах охраны в качестве чувствительного элемента используют сейсмолинии или сейсмические косы, в состав которых входит группа установленных в грунт вдоль рубежа охраны приемников сейсмических сигналов, каждый из которых соединен отдельной проводной линией связи, а все линии связи объединены в общий многожильный кабель. К подобным устройствам можно отнести, например, известное устройство, описанное в «Способе обнаружения и определения текущего местоположения нарушителя охраняемой зоны» по патенту RU №2311686, МПК G08B 13/00, опубликованному в 2007 г. Данное устройство содержит пост наблюдения и группу приемников сейсмических сигналов, соединенных общей многожильной кабельной линией связи. Пост наблюдения состоит из блока фильтрации и блока цифровой обработки информации, который содержит многоканальный АЦП, блок оценки корреляционных функций, вычислительный блок и устройство отображения информации. В соответствии с указанным способом в устройстве осуществляется попарная корреляционная обработка сейсмических сигналов и принимается решение об обнаружении нарушителя при превышении установленного порога уровнем взаимной корреляции сигнала одного приемника с сигналами, по крайней мере, трех других приемников и оценивают относительные задержки сигналов, по крайней мере, на четырех приемниках по положению максимумов взаимно-корреляционных функций и вычисляют текущее положение нарушителя.
Сходными существенными признаками заявленного и вышеупомянутого устройства являются: приемники сейсмических сигналов, вычислительный блок и устройство отображения информации.
Недостатком данного устройства является громоздкость сейсмической косы из-за использования многожильной кабельной линии связи и низкая его ремонтопригодность (и, как следствие, высокая стоимость проведения ремонта, связанная с необходимостью демонтажа из грунта полного комплекта изделия), а также низкая точность определения азимута обнаруженного объекта.
Другой способ обнаружения и сейсмической пеленгации описан в известном «Способе распознавания сейсмического события и сейсмическом детекторе для его осуществления» по патенту RU №2475779, МПК G01V 1/16, G08B 21/10, опубликованному в 2013 г. Устройство, реализующее данный способ, содержит несколько пар сейсмических сенсоров, соответствующее количество блоков обработки пары сигналов, логический блок, многоканальный интегратор и блок вычисления угла на источник сейсмического события. Каждый блок обработки пары сигналов, в свою очередь, содержит два канала последовательно соединенных аналого-цифровых преобразователей и полосовых фильтров, вычислитель взаимно-корреляционной функции и два интегрирующих фильтра.
Сходными существенными признаками заявленного и вышеупомянутого устройства являются: сейсмические сенсоры и блок вычисления угла на источник сейсмического события.
Недостатками устройства являются недостаточная точность определения азимута обнаруженного объекта и избыточное количество в устройстве требуемых элементов для решения задачи.
Все упомянутые недостатки частично устраняются в другом, наиболее близком по технической сущности к заявленному изобретению, известном «Сейсмическом локаторе наземных объектов», описанным в патенте RU №2536087, МПК G01V 1/16, G08S 15/88, опубликованном в 2014 г.
Устройство содержит три сейсмических приемника, три линии задержек, две из которых имеют по n выходов, 2n корреляторов, два решающих устройства, вычислитель азимута, вычислитель скорости сейсмической волны и вычислитель расстояния.
Основным информационным признаком для определения направления на объект является функция взаимной корреляции сигналов в двух каналах обработки сигналов. По величинам задержек сигнала принимается решение о величине азимута на объект. Данное устройство обеспечивает измерение азимута обнаруженного объекта с помощью вычислителя азимута, который рассчитывает значение угла по определенной формуле.
Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: три сейсмических приемника, три линии задержек, решающие устройства и вычислитель азимута.
Недостатком устройства является недостаточная точность определения азимута обнаруженного объекта.
Целью настоящего изобретения является повышение точности определения азимута обнаруженного объекта.
Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют повысить точность определения азимута обнаруженного объекта.
Повышение точности определения азимута обнаруженного объекта достигнуто в предлагаемом сейсмическом средстве обнаружения с возможностью пеленгации наземных объектов, которое содержит первый, второй и третий сейсмические приемники, подключенные соответственно к входам первой, второй и третьей линиям задержек, первое и второе решающие устройства и вычислитель азимута, входы которого соединены с выходами первого и второго решающего устройства, а выход является указателем азимутов на движущийся объект, первый, второй и третий сейсмические приемники размещены в пространстве под углом 120° в вершинах равностороннего треугольника, в устройство дополнительно введены первая группа с числом n и вторая группа с числом m селекторов минимальной разности сигналов, а также вычислительный блок, причем выход первой линии задержки подключен к первым входам первой группы (n) и первым входам второй группы (m) селекторов минимальной разности сигналов, n выходов второй линии задержки подключены ко вторым входам первой группы (n) селекторов минимальной разности сигналов, выходы которых подключены к соответствующим n входам первого решающего устройства, m выходов третьей линии задержки подключены ко вторым входам второй группы (m) селекторов минимальной разности сигналов, выходы которых подключены к соответствующим m входам второго решающего устройства, выходы первого, второго и третьего сейсмического приемника подключены соответственно к первому, второму и третьему входам вычислительного блока, выход которого является указателем сигнала тревоги. Каждый из селекторов минимальной разности сигналов первой (n) и второй (m) группы содержит последовательно соединенные вычитатель и интегратор.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 приведена структурная схема сейсмического пеленгатора наземных объектов, где введены обозначения: первый сейсмический приемник - 1, второй сейсмический приемник - 2, третий сейсмический приемник - 3, первая линия задержки - 4, вторая линия задержки - 5, третья линия задержки - 6, селекторы минимальной разности сигналов - 7, первое решающее устройство - 8, второе решающее устройство - 9, вычислитель азимута - 10, вычислительный блок -11.
На фиг. 2 приведена функциональная схема селектора минимальной разности сигналов 7, где введены обозначения: вычитатель - 12 и интегратор - 13.
На фиг. 3 приведен пример графика изменения функции разности сигналов с фиксацией минимального значения во временном интервале и соответствующей ему временной задержке.
На фиг. 4 приведена схема размещения сейсмических приемников на местности.
Известно, что повышение точности определения азимута обнаруженного объекта можно осуществить путем увеличения числа n выходов линий задержек и n корреляторов в канале обработки информации. Однако это увеличение может быть ограничено сложностью вычислительного процесса, что соответствует увеличению времени вычисления и увеличению энергопотребления устройства.
С целью упрощения вычислительного процесса работа предлагаемого устройства основана на использовании вместо корреляторов, реализующих функцию умножения, селекторов минимальной разности сигналов с функцией вычитания. Предлагаемая замена позволяет при заданном времени вычисления и определенном энергопотреблении устройства увеличить число выходов линий задержек и селекторов минимальной разности сигналов n и m в первой и во второй группах, что обеспечивает повышение точности определения азимута обнаруженного объекта.
Устройство работает следующим образом.
Первый 1, второй 2 и третий 3 сейсмоприемники на местности располагаются в вершинах равностороннего треугольника (углы 120°) на расстоянии d друг от друга (см. фиг. 4). Для расчета азимута до цели (см. фиг. 1, 4) вычисляются две временные задержки прихода сейсмической волны на две пары сейсмических приемников: пара сейсмических приемников с номерами 1, 2 и пара сейсмических приемников с номерами 1, 3. На фиг. 1 эти сейсмические приемники обозначены соответствующими цифрами. Сейсмические сигналы с выходов сейсмических приемников 1, 2 поступают на вход первого измерителя разности временных запаздываний, состоящего из первой линии задержки 4, второй линии задержки 5, n селекторов минимальной разности сигналов 7 и первого решающего устройства 8. Сейсмические сигналы с выходов сейсмических приемников 1, 3 поступают на вход второго измерителя разности временных запаздываний, состоящего из первой линии задержки 4, третьей линии задержки 6, m селекторов минимальной разности сигналов 7 и второго решающего устройства 9. С выходов первого 8 и второго 9 решающих устройств информация о временных запаздываниях поступает на входы вычислителя азимута 10. По рассчитанным временным задержкам вычислителем азимута 10 определяется азимут на цель в соответствии с формулой:
,
12
13
где Δτ и Δτ - задержки между сигналами с разных приемников.
i
j
вс
вс
В состав каждого селектора минимальной разности сигналов 7 (см. фиг. 2) входят последовательно соединенные вычитатель 12 и интегратор 13. Вычитатель 12 определяет разность двух сигналов y(t) и y(t+τ) на временном интервале t, где t - период обновления времени селекции.
min
вс
Работа вычитателя 12 проиллюстрирована на фиг. 3. Селектор минимальной разности сигналов 7 определяет минимальное значение функции разности сигналов f на временном интервале t и фиксирует соответствующее ему значение временной задержки Δτ.
С выходов первого 1, второго 2 и третьего 3 сейсмических приемников сигналы одновременно поступают на входы вычислительного блока 11, в котором происходит их фильтрация и пороговая обработка. Вычислительный блок 11 вычисляет мощности сейсмических сигналов в каждом из трех каналов и, если значения мощностей превышают заданный порог, распознает сейсмическое событие как тревожное с формированием на выходе сигнала «Тревога».
Изменение азимута ϕ во времени означает перемещение цели, что позволяет отслеживать траекторию движения нарушителя. Наличие двух выходных сигналов устройства (сигнала «Тревога» и азимута на объект ϕ) позволяет повысить также и помехоустойчивость устройства, например, в лесистой местности, где присутствует естественный шумовой фактор (например, от раскачивания крон деревьев и их корневых систем при порывах ветра).
Действующий лабораторный макет предлагаемого устройства подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета по обнаружению объекта и определению азимута на обнаруженный объект.