Патент на изобретение №2311686

Попарная корреляционная обработка сигналов пространственно разнесенных приемников и использование в качестве параметра обнаружения уровня взаимной корреляции сигналов сейсмических приемников обеспечивает возможность увеличения дальности обнаружения нарушителя по сравнению с пороговым энергетическим обнаружением на одиночном приемнике.

Максимальная корреляция сигналов будет практически всегда наблюдаться на приемниках, прилегающих к ближайшим по отношению к текущему местоположению нарушителя приемниках, что обеспечивает практически равномерную и максимальную ширину зоны обнаружения.

Использование взаимно корреляционных функций для оценок относительных задержек сигналов обеспечивает существенно более высокую точность этих оценок по сравнению с вычислением задержек по оценкам времен прихода сигналов на отдельные приемники.

Получение относительных задержки сигналов на четырех приемниках и дальнейшее решение указанной системы уравнений обеспечивают возможность оценки текущих координат нарушителя даже без знания скорости распространения сейсмического сигнала, что принципиально невозможно сделать при использовании способа прототипа.

Оценка текущих координат источника сигнала обеспечивает возможность построения трассы перемещения нарушителя, что существенно облегчает задачу службы охраны по его нейтрализации.

Совокупность признаков предлагаемого технического решения, а именно использование уровня взаимной корреляции сигналов на нескольких приемниках в качестве параметра обнаружения с одновременной оценкой относительных задержек сигналов по положению максимумов взаимно корреляционных функций и решение систем уравнений указанного вида для оценки текущих координат нарушителя обладает новизной и является существенной, поскольку, с одной стороны, ни в одном техническом решении из обнаруженных аналогов она не присутствует, а с другой стороны, обеспечивает возможность достижения положительного эффекта.

Осуществление изобретения.

Техническая реализация.

Вариант устройства с аналоговой системой передачи информации, реализующего предлагаемый способ обнаружения и определения текущего местоположения нарушителя охраняемой зоны представлено на фиг.1.

Устройство состоит из:

– приемников сейсмических сигналов – 1;

– многожильной кабельной линии связи – 2;

– блока фильтрации – 3;

– блока цифровой обработки – 8,

состоящего из:

– многоканального АЦП – 4;

– блока оценки корреляционных функций – 5;

– вычислительного блока – 6;

– устройства отображения информации – 7;

– блока питания – 9;

– поста наблюдения – 10.

Устройство работает следующим образом. Сигналы с приемников сейсмических сигналов 1 по отдельным жилам кабельной линии связи 2 поступают на вход блока усиления и фильтрации 3 аппаратуры поста наблюдения 10. После усиления и низкочастотной фильтрации сигналы каждого приемника сейсмических сигналов поступают на соответствующий вход блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4, где осуществляется аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой дискретизации, превышающей, по крайней мере, удвоенную частоту среза фильтров нижних частот, использующихся в блоке усиления и фильтрации 3. Далее оцифрованные сигналы поступают в цифровой блок оценки корреляционных функций 5, где осуществляется их дополнительная фильтрация и взаимно корреляционная обработка, производится процедура обнаружения нарушителя путем оценки уровня взаимной корреляции сигналов приемников и оцениваются относительные задержки. Оценки относительных задержек сигналов поступают в блок вычислительный 6, где решается система уравнений и определяются координаты точки излучения, которые далее поступают на устройство отображения 7.

Экспериментальная проверка.

Экспериментальная проверка способа обнаружения и позиционирования применительно к рубежному сейсмическому средству охраны проводилась с использованием 16-ти элементной сейсмической косы с аналоговой системой передачи сигналов от каждого сейсмоприемника до устройства обработки информации. В качестве источников сейсмической информации использовались геофоны GS-20DX Уфимского производства. Информация от каждого датчика в соответствии с фиг.1 по витой паре передавалась через блок усиления и фильтрации на АЦП и далее вводилась в компьютер. На фиг.2 представлена конфигурация расположения сейсмоприемников в косе.

Приемники были выложены в две линии по восемь приемников в линии. Расстояние между приемниками в линии 8 метров.

На фиг.3 представлен фрагмент многоканальной реализации в процессе прохождения импровизированного рубежа «нарушителем», который начал свое движение снизу по направлению к линии приемников метров с 50-ти от нее, пересекал ее и удалялся на расстояние 50-ти метров в другую сторону.

На фиг.4 представлены результаты расчета взаимно корреляционных функций сигналов приемных элементов относительно 11-го приемного элемента, полученные в результате обработки текущей выборки длительностью Т=0.5 с.

Цифрами на фиг.4 отмечены уровни корреляции сигналов приемников с сигналами 11-го приемника. Видно, что уровни корреляции сигналов составляют величины 0.8-0.9 и даже более.

В максимумах корреляционных функций, уровни которых превышали заданный порог (0.8), производилась оценка относительных задержек сигналов и далее путем решения системы уравнений оценивались координаты источника излучения, которые отображались на экране монитора.

В результате на экране монитора в процессе последовательного отображения текущих координат цели автоматически строилась трасса цели, представленная на фиг.5.

Из представленных результатов видно уверенное обнаружение «нарушителя» и его сопровождение. В данном эксперименте координаты нарушителя уверенно определялись на всей 100-метровой ширине заданной зоны охраны в любом месте нахождения в ней нарушителя и строилась трасса его перемещения. Дальность обнаружения и сопровождения цели в других экспериментах достигала 100-150 метров.

Формула изобретения

Способ обнаружения и определения текущего местоположения нарушителя границ охраняемой зоны, заключающийся в приеме, фильтрации и оценке относительных задержек сигналов приемников сейсмических сигналов, расположенных по контуру охраняемой зоны, отличающийся тем, что осуществляют попарную корреляционную обработку упомянутых сигналов и решение об обнаружении нарушителя принимают при превышении установленного порога уровнем взаимной корреляции сигнала одного приемника с сигналами, по крайней мере, трех других приемников, оценивают относительные задержки сигналов, по крайней мере, на этих четырех приемниках по положению максимумов взаимно-корреляционных функций и по известным координатам этих приемников и полученным оценкам относительных задержек сигналов вычисляют текущее местоположение нарушителя.

РИСУНКИ