Патент на изобретение №2258258

(54) РАДИОВОЛНОВОЕ СРЕДСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области охранной сигнализации. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости устройства. Устройство содержит генератор импульсов, линию передачи, приемник с каналами обнаружения, причем эффективный спектр полосы пропускания приемника разделен на несколько полос каналов обнаружения с помощью высочастотных полосовых фильтров, которые в каждом канале обнаружения имеют свою полосу пропускания, выходы каналов обнаружения подключены ко входам логической схемы “И”, выход которой соединен со входом исполнительной схемы. 4 ил.

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к радиоволновым средствам (извещателям, датчикам, детекторам) обнаружения нарушителей, вторгающихся на территорию охраняемого объекта через его периметр (границу).

Для обнаружения нарушителя (человека) используют средства обнаружения, формирующие вдоль рубежа охраны продольную объемную зону обнаружения и вырабатывающие сигнал тревоги при вторжении нарушителя в эту зону или при пересечении ее нарушителем.

К таким устройствам относятся и радиоволновые средства обнаружения, основанные на использовании направляющих систем в виде распределенных линий передачи для канализации и направления распространения электромагнитного поля вдоль рубежа охраны и фиксирующие изменения электромагнитного поля в линии передачи при появлении нарушителя. При размещении вдоль периметра охраняемого объекта линия передачи и формируемая с ее помощью зона обнаружения легко сопрягаются с рельефом местности и конфигурацией рубежа охраны, а также с периметровыми заграждениями. В качестве линий передачи в последнее время успешно используются проводные линии.

При зондировании линии передачи радиоимпульсным сигналом в линии возникает стоячая волна за счет переотражений от неоднородностей линии (опор крепления, поворотов линии и т.п.). В результате этого интенсивность поля оказывается неравномерной вдоль линии передачи, и зона обнаружения, формируемая устройством, также оказывается неравномерной. Неравномерность зоны обнаружения вдоль рубежа охраны приводит либо к недостаточной чувствительности и пропускам нарушителя на отдельных участках рубежа либо к повышенной чувствительности на других участках и повышению общей вероятности ложных тревог от помех.

Известны “Способ обнаружения движущихся целей и устройство для его осуществления” (см. патент №2109344, Россия, МПК G 08 В 13/24, опубл. 20.04.98 г.), которые устраняют неравномерность зоны обнаружения путем применения в качестве зондирующего сигнала линии передачи короткого видеоимпульса наносекундной длительности. Сформированная им в линии электромагнитная волна имеет протяженность порядка нескольких метров, намного меньшую, чем длина линии передачи. Принцип обнаружения объекта-нарушителя по его рассеянию “вперед”, когда поле рассеяния объекта накладывается на возбуждающий его зондирующий сигнал и распространяется вместе с ним по проводной линии к приемнику (“вперед”), в сочетании с пространственной локализованностью зондирующего сигнала, обеспечивает отсутствие интерференции отраженных волн и равномерность зоны обнаружения.

Устройство, реализующее описанный способ обнаружения нарушителя, содержит генератор импульсного зондирующего сигнала, проводную линию и приемник, конструктивно расположенный на том же конце линии, что и генератор. Зондирующий сигнал от генератора распространяется по линии передачи до ее конца отражается от него и возвращается к приемнику. В приемнике производится обработка изменений амплитуды принятого импульсного сигнала.

Недостатком устройства является двойное ослабление зондирующего сигнала, дважды проходящего линию передачи от генератора до конца линии и обратно к приемнику. Это сокращает допустимую длину проводной линии передачи. Кроме того, устройство имеет несколько пониженную помехоустойчивость к внешним электромагнитным помехам, наводимым на проводную линию передачи, связанную с широкой полосой пропускания входной цепи приемника.

Сходными техническими признаками описанного устройства с признаками заявляемого изобретения являются генератор импульсов, линия передачи, приемник, содержащий амплитудный детектор, полосовой фильтр, пороговую и исполнительную схемы.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является “Устройство для охранной сигнализации” (см. патент №2122238, Россия, МПК G 08 В 13/24, опубл. 20.11.98 г.), содержащее проводную линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, амплитудный детектор, вход которого подключен ко второму концу линии передачи, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, пороговую и исполнительную схемы, вход пороговой схемы подключен к выходу полосового фильтра, а выход – ко входу исполнительной схемы.

Это устройство полностью аналогично предыдущему, за исключением того, что генератор импульсов и приемник расположены на разных концах линии передачи, и зондирующий сигнал однократно проходит линию передачи от выхода генератора до входа амплитудного детектора, поэтому имеет вдвое меньшее затухание, а линия передачи и блокируемый рубеж могут иметь вдвое большую длину.

Однако это устройство сохраняет пониженную помехоустойчивость к электромагнитным помехам из-за достаточно широкой полосы пропускания приемника.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости радиоволнового средства обнаружения к воздействию внешних электромагнитных помех.

Для реализации поставленной цели в изобретении решена следующая техническая задача: полоса пропускания приемника разделена на отдельные полосы, в каждой из которых организован отдельный канал обнаружения, а выходы каналов объединены по схеме “И”.

Эта задача в настоящем изобретении решена следующим образом: в радиоволновое средство обнаружения, содержащее линию передачи в виде проводных элементов, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, первый канал обнаружения в составе амплитудного детектора, низкочастотного полосового фильтра и пороговой схемы, причем выход амплитудного детектора подключен ко входу низкочастотного полосового фильтра, выход которого подключен ко входу пороговой схемы, а выход пороговой схемы является выходом канала обнаружения, и исполнительную схему, дополнительно введены новые технические признаки: дополнительные каналы обнаружения, логическая схема “И”, в каждый канал обнаружения введены высокочастотные полосовые фильтры, выходы которых соединены со входами амплитудных детекторов, а входы являются входами каналов обнаружения и соединены со вторым концом линии передачи, выходы каналов обнаружения подключены ко входам логической схемы “И”, выход которой соединен со входом исполнительной схемы.

На фиг.1 приведена структурно-функциональная схема устройства.

На фиг.2 приведен пример схемы взаимного расположения составных частей устройства, поясняющей принцип обнаружения объекта-нарушителя.

На фиг.3 показан пример разделения полосы пропускания приемника на отдельные полосы.

На фиг.4 показаны примеры выполнения линии передачи.

Устройство содержит следующие составные части и функциональные узлы (см. фиг.1): 1 – линия передачи, 2 – генератор импульсов, 3 – приемник, 4 – канал обнаружения, 5 – высокочастотный полосовой фильтр (ВЧ ПФ), 6 – амплитудный детектор, 7 – низкочастотный полосовой фильтр (НЧ ПФ), выполняющий одновременно функцию усилителя, 8 – пороговая схема, 9 – логическая схема “И”, 10 – исполнительная схема.

Линия передачи 1 размещена вдоль охраняемого участка рубежа и соединяет генератор импульсов 2 и приемник 3, расположенные на противоположных концах участка (см. фиг.2). Приемник 3 (см. фиг.1) содержит N каналов обнаружения 4, входы которых подключены к линии передачи 1, а выходы – ко входам логической схемы “И” 9, выход логической схемы “И” 9 подключен к исполнительному устройству 10. Каждый канал обнаружения 4 содержит покаскадно включенные высокочастотный полосовой фильтр 5, амплитудный детектор 6, низкочастотный полосовой фильтр с усилителем 7 и пороговую схему 8. Вход высокочастотного полосового фильтра 5 является входом канала обнаружения 4, а выход пороговой схемы 8 является выходом канала обнаружения 4.

На схеме (фиг.2), кроме принятых выше, используются следующие обозначения: 11 – диэлектрические опоры крепления линии передачи, 12 – обнаруживаемый объект, стрелкой 13 показано направление распространения зондирующего сигнала в линии передачи, а стрелкой 14 – направление утечки тока зондирующего сигнала при появлении обнаруживаемого объекта 12 вблизи линии передачи.

Фиг.3 поясняет разделение полосы пропускания 15 приемника (см. фиг.3, а) на несколько (в данном случае три) отдельных полос 16, 17, 18 каналов обнаружения (см. фиг.3, б).

На фиг.4 показаны условные поперечные сечения зон обнаружения 19, формируемых устройством с тремя различными видами линии передачи (см. фиг.4, а, б и в), в том числе формируемых в верхней части заграждения, обозначенного цифрой 20 (см. фиг.4, б и в). Остальные обозначения на фиг.4 соответствуют приведенным выше.

Устройство в целом работает следующим образом. Генератор импульсов 2, размещенный на одном конце блокируемого участка, генерирует короткие зондирующие импульсы наносекундной длительности. Эти импульсы формируют в линии передачи 1 импульсное электромагнитное поле, распространяющееся вдоль линии передачи (и вдоль рубежа охраны) в направлении стрелки 13 (см. фиг.2) на другой конец линии, где импульсный сигнал поступает на вход приемника 3. В приемнике эффективный спектр импульсного широкополосного сигнала 15, находящийся в пределах от f_Н до f_В (см. фиг.3, а), разделяется на отдельные полосы с помощью высокочастотных полосовых фильтров 5, которые в каждом канале обнаружения 4 имеют свою полосу пропускания 16, 17 и 18 (см. фиг.3, б). В отсутствие нарушителя 12 амплитуда принимаемых импульсов имеет среднее значение, постоянное или медленно изменяющееся с изменением внешних условий (температуры, влажности, выпадении снега и т.п.). В каждом канале обнаружения на выходах амплитудных детекторов 6 выделяется напряжение, пропорциональное амплитуде принимаемых импульсов. При появлении нарушителя 12 в области распространения электромагнитных волн вблизи линии передачи (см. фиг.2) он вызывает ответвление части тока в линии в направлении стрелки 14 от основного направления 13, уменьшение амплитуды импульсов в линии и соответственно уменьшение напряжения на выходах амплитудных детекторов 6 в каждом канале обнаружения 4 (см. фиг.1). Полоса пропускания низкочастотных полосовых фильтров 7 выбрана так, что они ослабляют медленные изменения напряжений, вызываемые погодными, климатическими и другими изменениями внешних условий, и усиливают сравнительно быстрые изменения напряжений, обусловленные движением нарушителя при заданных значениях максимальной и минимальной скорости движения. На выходах низкочастотных полосовых фильтров 7 каждого канала обнаружения 4 выделяются сигналы, соответствующие приращениям амплитуды импульсов в линии передачи при движении нарушителя через рубеж охраны. Если объект-нарушитель имеет достаточно большую массу, то амплитуда сигналов на выходах низкочастотных полосовых фильтров 7 достаточна для превышения пороговых уровней, задаваемых пороговыми схемами 8 во всех каналах обнаружения 4. В этом случае уровни логической единицы с выходов пороговых схем 8 всех каналов обнаружения совпадают на входах логической схемы “И” 9 и на ее выходе появляется уровень логической единицы, запускающий исполнительную схему 10 устройства.

Одна из особенностей радиоволновых средств обнаружения с линиями передачи состоит в том, что эти линии являются достаточно эффективными приемными антеннами в диапазоне рабочих частот средства обнаружения. Узкополосные помехи от посторонних источников радиоизлучений, особенно мощных местных радиостанций, попадая на вход амплитудного детектора 5, могут вызывать изменения напряжения на его выходе, сравнимые с изменениями, вызываемыми появлением нарушителя. В приведенной на фиг.1 структурной схеме узкополосная помеха вызывает приращение напряжения на выходе амплитудного детектора 6 только в том канале обнаружения 4, в полосу пропускания фильтра 5 которого она попадает. Для срабатывания устройства необходимо одновременное появление уровней логической единицы с выходов всех каналов обнаружения. Вероятность одновременного действия помехи во всех каналах обнаружения очень мала, поэтому вероятность ложного срабатывания устройства при воздействии электромагнитной помехи гораздо ниже в многоканальном устройстве, чем в одноканальном.

Наиболее целесообразным является выполнение устройства с двумя каналами обнаружения (N=2), поскольку в этом случае усложнение устройства окупается повышением помехоустойчивости. Дальнейшее увеличение количества N каналов обнаружения малоэффективно.

Значения граничных частот f_Н1-f_Н3 и f_В1-f_В3 (см. фиг.3, б) полос пропускания 16, 17, 18 высокочастотных полосовых фильтров 5 (см. фиг.1) выбираются с учетом назначения устройства обнаружения и конструкции линии передачи 1. На фиг.4,а показана линия передачи 1 в виде двухпроводной линии, верхний провод которой устанавливается на высоте 1,5-2,0 м от поверхности земли на диэлектрических опорах 11, а нижний провод прокладывается по земле под верхним проводом. Объемная зона обнаружения 19 формируется между верхним проводом и поверхностью земли.

На фиг.4, б показана линия передачи 1 в виде двухпроводной линии, установленной на диэлектрических опорах 11 по верху заграждения 20, для обнаружения нарушителя, преодолевающего заграждение через верх. Объемная зона обнаружения 19 формируется между проводами линии 1.

На фиг.4, б показана линия передачи 1 в виде проводящего полотна, например металлической заградительной сетки или декоративной решетки, расположенных на изоляторах 11 в верхней части заграждения 20. Второй провод линии расположен по верху заграждения 20 или закреплен на изоляторах 11. Устройство с такой линией передачи в зависимости от величины порога срабатывания пороговых схем 8 может обнаруживать касание полотна сетки нарушителем или иметь объемную зону обнаружения и обнаруживать приближение тела нарушителя к полотну сетки.

Возможно выполнение линии передачи в виде нескольких параллельных проводов (многопроводной линии). Расширение функциональных возможностей радиоволнового средства обнаружения путем применения линий передачи различных видов является дополнительным положительным эффектом изобретения, достигаемым за счет повышения помехоустойчивости устройства.

Еще одним дополнительным положительным эффектом изобретения, достигаемым за счет запаса помехоустойчивости, является возможность снижения амплитуды зондирующего сигнала в линии передачи и уровня собственных излучаемых помех. Это позволяет снизить влияние устройства на другие радиосредства и повысить скрытность его работы.

Введенные в известное радиоволновое средство обнаружения дополнительные признаки позволяют получить новые полезные свойства, а именно повысить помехоустойчивость радиоволнового средства обнаружения и за счет этого значительно расширить область его применения.

Формула изобретения

Радиоволновое средство обнаружения нарушителя, содержащее линию передачи в виде проводных элементов, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, в приемнике первый канал обнаружения состоит из амплитудного детектора, низкочастотного полосового фильтра и пороговой схемы, причем выход амплитудного детектора подключен ко входу низкочастотного полосового фильтра, выход которого подключен ко входу пороговой схемы, а выход пороговой схемы является выходом канала обнаружения, и исполнительную схему, отличающееся тем, что эффективный спектр полосы пропускания приемника разделен на несколько полос каналов обнаружения с помощью высокочастотных полосовых фильтров, которые в каждом канале обнаружения имеют свою полосу пропускания, в приемник введены дополнительные каналы обнаружения, логическая схема И, и в каждый канал обнаружения введены высокочастотные полосовые фильтры, выходы которых соединены со входами амплитудных детекторов, а входы являются входами каналов обнаружения и соединены со вторым концом линии передачи, выходы каналов обнаружения подключены ко входам логической схемы И, выход которой соединен со входом исполнительной схемы.

РИСУНКИ