УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК G08B13/24 

Изобретение относится к области охранной сигнализации и может применяться для охраны периметров сложной конфигурации как оборудованных заграждениями различного типа, так и без заграждений. Кроме того, изобретение может использоваться при создании быстроразвертываемых средств обнаружения для блокирования временных и локальных рубежей охраны.

Известно устройство для охранной сигнализации, описанное, например, в патенте США N4366473, НКИ 340/562, 1982 г. "Емкостная электромагнитная система охранной сигнализации". Это устройство содержит продувную линию - антенну, изолированную от земли, генератор высокочастотного сигнала, подключенный к антенне через согласующий импеданс, и блок обработки, содержащий усилитель, детектор, полосовой фильтр и пороговую схему. Блок обработки подключен к антенне и вырабатывает сигнал тревоги при изменении входного напряжения, связанном с изменением емкости антенны при приближении нарушителя.

Недостатками емкостного устройства для охранной сигнализации являются низкая помехоустойчивость при раскачивании проводной линии под действием ветра, налипании на нее мокрого снега, намокании и появлении утечек и в связи с этим высокие требования к конструкциям антенны, натяжению провода, изоляции его от земли. Эти недостатки ограничивают область применения устройств охранной сигнализации емкостного типа.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в патенте США N4458240, НКИ 340/552, 1984 г. "Устройство для обнаружения движущихся целей". Это устройство содержит линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, приемопередающую схему и множество каналов обработки, каждый из которых содержит схему выборки и хранения, схему задержки, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему. Выход генератора импульсов подключен к передающему входу приемопередающей схемы, линейный выход приемопередающей схемы подключен к линии передачи, приемный выход приемопередающей схемы подключен к входам схем выборки и хранения каналов обработки, управляющие входы схем выборки и хранения через соответствующие схемы задержки подключены к выходу генератора импульсов, выходы схем выборки и хранения подключены к входам полосовых фильтров, а выходы полосовых фильтров подключены к пороговой исполнительной схеме.

В указанном устройстве обнаруживается сигнал, отраженный от нарушителя, появляющегося вблизи линии передачи, в ответ на зондирующий импульсный сигнал, распространяющийся в линии передачи. Временная задержка отраженного сигнала относительно зондирующего соответствует дальности до отражающего объекта от начала линии по ее длине.

Недостатком этого устройства является большая неравномерность чувствительности по длине линии передачи в случае, когда используется "недоформируемая" линия передачи с объемной зоной обнаружения. Эта неравномерность обусловлена в основном двумя факторами : погонным затуханием сигнала в линии передачи на единицу длины и затуханием сигнала на дискретных неоднородностях линии передачи - опорах, поворотах линии, изменениях физических свойств земли вдоль линии. Влияние первого фактора - погонного затухания, проявляется в монотонном снижении уровня отраженного сигнала по длине линии.

Оно может частично скомпенсироваться с помощью "временной автоматической регулировки уровня (ВАРУ)", как описано в патенте, увеличивающей уровень сигнала, пришедшего с дальнего конца линии передачи по сравнению с ближним, и имеющего большую временную задержку. Однако величина погонного затухания также нестабильна и изменяется в больших пределах при изменении свойств земли, поэтому требуется дополнительная ручная подстройка уровня. Второй фактор - наличие в линии дискретных неоднородностей - вызывает многократные переотражения как первичного зондирующего сигнала, так вторичного переотраженного целью сигнала. Это приводит к значительной неравномерности уровня полезного отраженного сигнала, проявляющейся в виде местных "резонансных" изменений как усиления, так и ослабления этого уровня. Практически отношение максимального уровня сигнала к минимальному составляет несколько раз и более.

В подобных устройствах, использующих в качестве линии передачи кабель вытекающей волны и в качестве зондирующего сигнала радиоимпульсы, а не видеоимпульсы, предусмотрен периодический контроль изменения уровня сигнала вдоль линии путем регулярных проходов сотрудника вдоль линии рубежа, запоминания уровней сигнала и их учет при обработке.

В описанном устройстве также может быть осуществлен подобный контроль изменений уровня сигнала. Однако это приводит к существенному ограничению области применения устройства. При отсутствии такого периодического контроля уровня сигнала значительно уменьшается надежность обнаружения нарушителя или увеличивается количество ложных срабатываний.

Поэтому описанное устройство может практически использоваться только с "деформируемой" линией передачи, без объемной зоны обнаружения, в которой, как описано в патенте, отраженный сигнал возникает за счет замыкания или деформации размеров линии передачи при механическом воздействии на нее нарушителя.

Указанное обстоятельство также ограничивает область применения устройства - прототипа.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности обнаружения и расширение области применения устройства для охранной сигнализации.

Для этого в устройство охранной сигнализации, содержащее линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, вход которой подключен к выходу полосового фильтра, введен пиковый детектор, вход которого подключен к другому концу линии передачи, а выход пикового детектора подключен к входу полосового фильтра.

Существенными отличительными признаками предлагаемого устройства являются : во-первых, введение пикового детектора, во-вторых, подключение канала обработки сигнала к противоположному концу линии передачи по отношению к генератору импульсов. При таком включении устройство становится не однопозиционным, как прототип, а двухпозиционным, когда зондирующий сигнал подается на один конец линии, а обрабатываемый сигнал выделяется на другом конце линии.

Двухпозиционные устройства для охранной сигнализации, в том числе и с линией передачи, также известны, но они имеют меньшее количество сходных признаков с предлагаемым устройством, чем выбранный прототип. В частности, в них отсутствует один из самых существенных признаков - генератор импульсов, который обеспечивает главные достоинства видеоимпульсных устройств - простоту, надежность и отсутствие эффектов стоячей волны в линии передачи - неравномерности зоны обнаружения из-за чередования максимумов и минимумов чувствительности вдоль линии передачи, возникающих при использовании генератора синусоидальных зондирующих сигналов.

Введенные в устройство признаки существенным образом изменяют физический процесс обнаружения нарушителя в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом и обеспечивают достижение новых положительных свойств, как будет ясно из подробного описания сути изобретения.

Изобретение поясняется рисунками.

На фиг.1 приведена структурно-функциональная схема устройства, одновременно поясняющая физико-электромагнитные процессы, происходящие в линии передачи.

На фиг.2 приведены временные диаграммы сигналов, дополнительно поясняющие эти процессы.

Устройство (см. фиг.1) содержит линию передачи 1-1', выполненную, например, в виде двухпроводной линии - двух проводов 1 и 1', расположенных на некотором расстоянии один от другого и протянутых в верхней части заграждения. Нижний провод показан пунктирной линией, поскольку в качестве линии передачи может использоваться однопроводная линия, подвешенная над поверхностью земли вдоль охраняемого рубежа. Устройство при этом должно заземляться с обеих сторон линии передачи, как показано на фиг.1, земля выполняет в этом случае роль второго проводника линии. В устройстве могут использоваться и другие типы линии передачи.

Пунктирными вертикальными линиями 2 условно показаны неоднородности линии передачи, например опоры крепления проводов. Цифрой 3 обозначена обнаруживаемая цель, кратковременно появляющаяся в области между проводами двухпроводной линии передачи или между проводом и поверхностью земли в случае применения однопроводной линии. Эта область пространства является зоной обнаружения.

К первому (левому по схеме, фиг.1) концу линии передачи 1-1' подключен генератор 4 импульсов. К второму (правому) концу линии передачи 1-1' подключен вход пикового детектора 5, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 6. Выход полосового фильтра 6 подключен к входу пороговой исполнительной схемы 7.

Устройство работает следующим образом. Генератор 4 импульсов формирует на своем выходе импульсы 8 (см. фиг.2) наносекундной длительности. В линии передачи 1-1', подключенной к выходу генератора 4 импульсов, формируется электромагнитная волна, которая распространяется вдоль линии в направлении длинной верхней стрелки (см. фиг.1) слева направо. По мере распространения волна встречает на своем пути неоднородности 2, от которых частично отражается, как показано на фиг.1, короткими стрелками, ответвляющимися от основной стрелки. При этом прямая электромагнитная волна теряет часть энергии. Кроме того, потери энергии электромагнитной волны обусловлены погонным затуханием в линии. Большому затуханию подвергаются главным образом высокочастотные составляющие спектра импульсного сигнала. Поэтому на второй конец линии передачи к входу пикового детектора 5 приходит импульсный сигнал 9, имеющий меньшую амплитуду и более растянутый во времени, чем зондирующий сигнал 8. Кроме того, этот импульсный сигнал 9 задержан относительно зондирующего сигнала 8 на время t_з, равное времени распространения его в линии передачи.

Если вход пикового детектора 5 не согласован с волновым сопротивлением линии, то часть энергии прямой электромагнитной волны отражается от него и, распространяясь в обратном направлении, переотражается затем снова неоднородностями линии, а также выходным сопротивлением генератора импульсов 4, если оно также не согласовано с волновым сопротивлением линии, и повторно достигает входа пикового детектора. В этом случае на вход пикового детектора после времени t_з могут прийти дополнительные, переотраженные импульсы (на фиг.2 не показаны). Но они имеют гораздо меньшую амплитуду, чем прямой импульс 9, и не выделяются пиковым детектором 5. Генератор 4 импульсов формирует последовательность зондирующих импульсов 8 на первом конце линии передачи 1-1', и пиковый детектор 5 выделяет огибающую последовательности импульсов 9 на втором конце линии передачи 1-1'. Огибающая импульсов 9 показана на фиг.2 горизонтальной пунктирной линией 10. При постоянных параметрах зондирующих импульсов 8 на первом конце линии передачи амплитуда импульсов 9 на втором конце линии передачи зависит от степени затухания электромагнитной волны в линии передачи (от типа линии, ее длины, количества и характера неоднородностей), но для конкретной линии она постоянна и может изменяться лишь очень медленно с изменением характеристик линии (суточные или сезонные изменения). Нижняя граничная частота полосового фильтра 6 выбрана так, чтобы эти медленные изменения огибающей линии 10 импульсного сигнала 9 не проходили на выход полосового фильтра.

При появлении в зоне обнаружения (в области распространения электромагнитной волны в линии передачи 1-1') обнаруживаемой цели 3 часть энергии распространяющейся электромагнитной волны отражается от этой цели, как показано ответвляющейся пунктирной стрелкой на фиг.1. Появление цели 3 эквивалентно появлению дополнительной неоднородности линии и приводит к уменьшению амплитуды импульсного сигнала 9 на входе пикового детектора 5, как показано на фиг. 2 пунктиром. Это приводит к уменьшению на время появления цели 3 сгибающей 10 на выходе пикового детектора 5. Полоса пропускания полосового фильтра 6 выбрана согласованной со скоростью изменения огибающей 10 в пределах скоростей перемещения реальных обнаруживаемых целей. Поэтому изменения огибающей 10, вызванные появлением цели 3, проходят на выход полосового фильтра 6 и вызывают срабатывание пороговой исполнительной схемы 7, оповещающей о появлении нарушителя.

Спектр зондирующего сигнала 8 лежит в области метрового диапазона длин волн. В этой области электромагнитной волны определяется объемом или массой рассеивающего объекта. Поэтому порог срабатывания пороговой исполнительной схемы 7 может быть выбран таким, чтобы устройство срабатывало только в случае, если обнаруживаемая цель имеет габариты и массу более заданной. Это позволяет избежать срабатываний от мелких целей (птиц, мелких животных).

Появление цели 3 в любом месте вдоль линии передачи 1-1' приводит к одинаковому процентному перераспределению прямой электромагнитной волны, распространяющемуся в линии - прямая волна, проходящая в прямом направлении от генератора 4 импульсов к пиковому детектору 5, уменьшается на одну и ту же величину в процентном отношении, независимо от места расположения цели. Поэтому чувствительность устройства равномерна вдоль линии.

Вариант устройства имеет систему автоматической регулировки уровня (АРУ), содержащую аттенюатор на входе пикового детектора и управляющую схему, которая с помощью аттенюатора поддерживает на входе пикового детектора 8 постоянную амплитуду импульсов 9. Элементы системы АРУ не включены в формулу изобретения и не приведены на рисунке, поскольку они не являются существенными признаками и могут отсутствовать в реальном устройстве.

Как уже указывалось, в качестве линии передачи могут использоваться и другие линии, например кабельная линия. В этой линии в процессе распространения часть энергии зондирующего импульса проникает во внешнее пространство, окружающее кабель. Появление цели вблизи расположения кабеля приводит к переотражению этой энергии обратно в кабель, к изменению амплитуды проходящего по нему импульсного сигнала и соответственно к изменению огибающей этого сигнала и срабатыванию устройства.

В зависимости от типа используемой линии передачи предлагаемое устройство может иметь несколько вариантов применения и решаемых задач охраны.

Устройство с двухпроводной линией передачи используется преимущественно для защиты верхней части заграждений от перелаза через заграждение. Двухпроводная линия при этом располагается в верхней части заграждения. Для этой же цели может использоваться устройство с однопроводной линией и заземленными передающей и приемной частями устройства. Провод линии передачи в этом случае также располагается над верхом заграждения.

Кроме того, устройство с однопроводной линией передачи может использоваться для охраны временных и локальных рубежей, транспортных средств, временных складов, поскольку позволяет оперативно развернуть проводную линию, закрепив ее на местных предметах - столбах, стволах деревьев или специальных стойках.

Устройство с излучающей кабельной линией передачи в отличие от предыдущих устройств имеет зону обнаружения, внешнюю по отношению к самой линии передачи. Поэтому его преимущественное применение - это скрытая установка линии передачи, например, на небольшой глубине в земле. При этом зона обнаружения располагается до небольшой (0,5 - 0,7 м) высоты над поверхностью земли, что позволяет обнаруживать нарушителя, передвигающегося ползком. Если при этом есть необходимость увеличить высоту зоны обнаружения, то параллельно устанавливают на высоте около 2 м однопроводную линию передачи дополнительного устройства.

Таким образом, введение в устройство новых признаков позволяет значительно расширить область его применения.

Кроме того, введение новых признаков преобразует видеоимпульсное устройство-прототип таким образом, что в нем на приемной стороне выделяется единственный импульсный сигнал, прошедший всю длину линии передачи, не подверженный повторным переотражениям, а следовательно, не подверженный явлениям "резонансного" усиления или ослабления влияний неоднородностей линии, свойственным устройству-прототипу. Поэтому в новом устройстве влияние каждой неоднородности на амплитуду проходящего через нее импульсного сигнала проявляется однократно и независимо от местонахождения этой неоднородности в линии. Этот факт определяет независимость величины изменения амплитуды импульсного сигнала от места пересечения зоны обнаружения нарушителем, а следовательно, высокую равномерность чувствительности устройства по длине линии передачи. Это позволяет увеличить вероятность обнаружения нарушителя и уменьшить количество ложных срабатываний предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области охранной сигнализации. Техническим результатом изобретения является повышение надежности обнаружения и расширение области применения устройства. Технический результат достигается тем, что устройство содержит проводную линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу проводной линии передачи, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, вход которой подключен к выходу полосового фильтра, в устройство введен пиковый детектор, вход которого подключен к второму концу проводной линии передачи, а выход пикового детектора подключен к входу полосового фильтра. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для охранной сигнализации, содержащее проводную линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, вход которой подключен к выходу полосового фильтра, отличающееся тем, что в него введен пиковый детектор, вход которого подключен к другому концу проводной линии передачи, выход пикового детектора подключен к входу полосового фильтра. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводная линия передачи выполнена в виде однопроводной линии передачи. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводная линия передачи выполнена двухпроводной. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводная линия передачи выполнена в виде кабельной излучающей линии передачи.