К указанному классу систем относятся устройства, использующие не только зависимости доплеровской частоты от скорости перемещения объектов, но и изменения структуры полей в области обзора. Принцип работы их основан на методах ближней радиолокации с использованием автодинных и гетеродинных режимов работы задающих генераторов. В этих устройствах формируется стационарное поле в заданном пространстве и его изменения, вместе с фиксацией появления доплеровского (низкочастотной составляющей отраженного сигнала) сдвига по частоте, вызывает изменение уровня отраженного сигнала. Изменение структуры поля вызывается перемещением любого объекта в поле обзора, что приводит к перераспределению принимаемого сигнала. Подобные устройства оказываются более чувствительными, малогабаритными и универсальными по обнаружению объектов различной природы. Недостатком их можно считать ограниченный диапазон объемов и периметров охраняемых территорий, что может быть частично скомпенсировано использованием нескольких излучающих устройств. Реализация такой системы будет рассмотрена на примере работы охранной системы для объемов типа “Конус - 3М”. К классу комбинированных систем относят и системы в которых объединены радиоволновые и оптические (например, типа “Сокол”, “Питон”) либо акустические подсистемы (например, типа “Питон”). Преимуществом здесь является устранение ложных срабатываний, т.к. системы требуют одновременого срабатывания двух и более каналов.
Устройства и элементы формирования контуров обзора
Элементы формирования контуров обзора и принципы
Их работы
В простейших системах обзора, использующих натянутые провода, наборы сеточных полотен и др. элементами контуров являются, соответственно, отдельные участки связанных проводов, обычно изолированных от земли либо полотна сеток, каждое из которых имеет свой исполнительный орган, фиксирующий изменения параметра контрольного участка. Количество измерительных элементов может быть уменьшено путем увеличения протяженности контрольного участка. Задачей измерительного элемента является непрерывное измерение величины емкости участка, либо сопротивления, которые будут изменяться при приближении либо воздействии на контурный провод нарушителя. Режим работы может быть импульсный (импульсы постоянного напряжения) и радиоволновый (последний используется для повышения чувствительности и дальности действия). В последнем случае необходим блок памяти предыдущего измерения, которое используется для сравнения с последующим измерением для определения направления ухода измеряемого параметра, и позволяет компенсировать уходы параметров, обусловленные температурными и другими естественными, плавно изменяющимися условиями (туман, осадки в виде дождя и снега, град и др.). Получаемая с контрольных блоков информация передается на общий пульт, либо приводит в действие сигнал местной тревоги (звуковой, световой и т.д.). Канал передачи информации может быть как проводной, так и радиоволновый, в последнем случае возможности системы оказываются значительно шире (появляется возможность обратной связи, посылки сигналов повторного измерения, определения отдельных параметров нарушения).
В ультразвуковых системах охраны (“Эхо”, “ДУЗ-4М-1” и др.) контура ограничиваются замкнутыми объемами помещений, “озвучиваемых” требуемым количеством источников. Размеры охраняемых помещений ограничиваются чувствительностью аппаратуры и уровнем естественных и производственных помех.
Элементами формирования контуров являются комплекты преобразователей электрических колебаний в акустические с набором приемных модулей. Последние могут объединяться с передающими излучающими преобразователями (как это сделано в системе “Эхо”).
В радиоволновых системах контура обзора формируются диаграммой направленности, а основные параметры измеряемого периметра могут быть переменными во времени. Основные характеристики антенных систем, методы их формирования и управления рассматриваются в учебниках по антеннам. Здесь оговорим только отдельные вопросы, касающиеся различных методов формирования полезного сигнала.
Системы охраны могут быть отнесены к числу известных радиолокационных устройств, но специфика решаемых ими задач приводит к достаточно характерным особенностям. Отличия здесь проявляются во многих отношениях, охватывающих как схемотехнические, так и тактико-технические характеристики систем. Различия касаются энергетики отраженного сигнала как в отношении мощности, так и его длительности; характера выходных команд; пространственно-временного характера показателей эффективности и т.д.
В обычных условиях “дальней” радиолокации отражающий объект может рассматриваться как отражающая точка; изменения интенсивности отраженного сигнала, возникающей вследствие изменения ракурса объекта, рассматриваются как флуктуации сигнала точечного отражателя. В условиях ближней радиолокации, когда расстояния между объектами соизмеримы с их геометрическими размерами, отражение приобретает существенно множественный характер. Это значительно усложняет структуру отраженного сигнала, в образовании которого решающее значение имеют не только амплитудные, но и фазовые соотношения между отраженными сигналами от различных элементов объекта.
Из известной формулы радиолокации
(Рt и Pr - мощность излучения и мощность на входе приемника соответственно; Dt и Dr - коэффициенты направленного действия передающей и приемной антенн; - длина волны; - эффективная отражающая поверхность; r - расстояние между объектами), непосредственно видно, что энергетический потенциал
где Рn - номинальная чувствительность приемника по мощности, с уменьшением предельной дальности r0 уменьшается. Это уменьшение происходит не столь резко, как это следует непосредственно из последней формулы, так как в силу различных причин для систем охранной сигнализации характерны меньшие значения коэффициента направленного действия, чем для антенн систем дальней радиолокации. Тем не менее, разница в потенциалах, достигая нескольких порядков, остается весьма значительной. То же можно сказать и в отношении абсолютной величины мощности сигнала на входе приемника системы охраны; она возрастает, хотя ее увеличение, следуемое из приведенной выше формулы, сдерживается уменьшением мощности передатчика, обусловленной требованиями мобильности и ограничениями на энергопотреблениие, габариты и вес.
Уменьшение расстояния, на котором происходит взаимодействие объектов, существенным образом меняет временные характеристики схем. Расстояния в несколько метров могут приодолеваться подвижным объектом в доли секунды. Этими интервалами времени ограничивается возможное время обработки сигнала. В результате, энергия сигнала, обрабатываемая в системе охраны, несмотря на увеличение мощности отраженного сигнала, оказывается того же порядка, что и в системах дальней радиолокации. Это перераспределение мощности и времени, а также улучшение отношения мощностей сигнала к шуму и уменьшение времени обработки, в принципе, несильно сказываясь на потенциальных оценках систем, но приводит к различию практических реализаций технических устройств.
Последнее обстоятельство становится особенно ощутимым в связи со специфическим характером выходных команд систем охраны. По мере уменьшения интервалов времени работы системы, возрастают требования к ее быстродействию.
В ряде случаев, в связи с применением систем временной и пространственной селекции, большую остроту на малых расстояниях приобретает проблема “мертвой зоны”. Эта проблема также специфична для систем охраны и вносит свои особенности, характерные для некоторых принципов их работы.
Для формирования замкнутых контуров обзора, создания контрольных сигналов (для измерения изменений пространственных характеристик среды) и установки промежуточных контрольных пунктов могут использоваться различные зеркала и отражатели (в форме простейших дипольных антенн, металлических листов, специальных уголковых отражателей).
При использовании оптических систем охраны (“Фотон”, “Квант”, “Вектор” и др.) контура обзора формируются путем создания на определенном участке периметра конвертообразных ячеек с завершенной системой передачи и приема, причем такие участки могут быть связаны друг с другом либо непосредственно (нарушение одного участка вызывает отключение всех остальных и выработку сигнала тревоги, см.рис. 16), либо объединяться линией управления и контроля, фиксирующей кроме факта нарушения периметра еще и место несанкционированного вторжения. В системах типа “Фотон” излучатель и фотоприемник совмещены, а отражатель (либо отражатели), формируют требуемый периметр. В системах типа “Вектор” передатчик и приемник разделены. “Квант” - работает в пассивном режиме и воспринимает инфракрасное излучение человека (теплолокация).
Устройствами формирования контуров здесь являются: элементы несущих конструкций и отражатели; источники излучения (см. раздел 3), приемники (см. раздел 4); и устройства обработки сигнала либо выработки сигналов тревоги.
Элементы несущих конструкций это любые вертикальные (либо горизонтальные) поверхности, неподвижные относительно охраняемого периметра и способные переотражать падающие на него лучи (небольшие зеркала, либо металлические, например, алюминиевые площадки). Кроме отражателей в состав устройств формирования периметра могут входить различные элементы фокусировки лучей на входные датчики приемных блоков. Фокусировка в оптическом диапазоне может осуществляться обычными стеклянными линзами с требуемым фокусным расстоянием. Для инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов линзы могут иметь и необычный вид (например, сферы из германия или другого полупроводникового материала). Последний из вариантов систем находят применения для охраны помещений от несанкционированного вторжения типа банков, офисов, складов и др., где они выполняют функции защиты первого уровня. Пересекая невидимыми лучами поверхность параллельную полу в различных направлениях (чаще всего в виде конверта), формируется пространство, по которому любое перемещение объекта (даже прозрачного) вызывает срабатывание сигнала тревоги.
