Изобретение относится к области тревожной сигнализации, а именно к способам и устройствам обнаружения нарушителей на территориях охраняемых объектов с передачей сигнальной информации по беспроводным линиям радиосвязи.
Общеизвестны устройства, получившие наименование "Системы тревожной сигнализации". Обычно такая система представлена группой датчиков обнаружения нарушителей ("средства обнаружения", "извещатели", "детекторы", "сенсоры" и т.п.), устанавливаемых в различных точках охраняемой территории. Множество локальных пространственных зон обнаружения, формируемых отдельными датчиками, образуют в совокупности зону обнаружения системы, иногда называемую "сенсорным полем". "Нарушителями" признаются люди и транспортные средства, не обладающие санкционированным правом доступа на охраняемые территории. В известных мобильных системах тревожные сигналы от каждого датчика преобразуют в сигналы радиосообщений и по отдельному каналу радиосвязи направляют на центральную приемную станцию ("радиопульт управления", "радиомонитор", "система сбора и обработки информации" - ССОИ и т.п.), что позволяет дистанционно обнаруживать и контролировать движение нарушителей на охраняемой территории по времени поступления тревожных сигналов, результатам логического сопоставления их комбинаций с содержанием передаваемых сигналов радиосообщений. Модульные конструктивы автономной датчиковой и радиосвязной аппаратуры в этих системах выполняют с учетом электромагнитной совместимости, компактности, минимизации габаритов, трудоемкости монтажа и временных затрат на доставку аппаратуры на место эксплуатации, на ее "развертывание" и "свертывание" из походного положения в рабочее и обратно.
Сходными признаками настоящего изобретения с общеизвестными мобильными системами обнаружения и передачи сигналов являются: датчики обнаружения на различных физических принципах действия, блоки радиопередающие, блоки радиоприемные и радиопульт управления.
Основной недостаток упомянутых систем обнаружения состоит в односторонней передаче сигналов радиосообщений от периферийных радиопередающих блоков к блоку радиоприемному, размещенному в центральном радиопульте, что исключает возможность управления режимами работы датчиков со стороны центрального радиопульта и ограничивает функциональные возможности системы по обнаружению нарушителей.
Этот недостаток частично устранен в известном, наиболее близком по сущности к настоящему изобретению, устройстве: «Сейсмической системе обнаружения нарушителей», - описанном в патенте США №3984803 и опубликованном 05.10.1976 г. Это устройство обеспечивает двухстороннюю радиосвязь каждого сейсмодетектора с центральным радиопультом управления на основе принципа асинхронного многочастотного кодирования-декодирования сигналов радиосообщений, содержит набор размещаемых в различных точках контролируемой территории периферийных "приемо-передающих блоков обнаружения", каждый из которых связан индивидуальным двусторонним каналом радиосвязи с центральным радиопультом управления. Приемо-передающий блок обнаружения в этом устройстве содержит: сейсмодетектор (датчик обнаружения вибросейсмических сигналов), полосовой фильтр-усилитель и пороговый дискриминатор сейсмосигналов; приемо-передающий блок радиосвязи, в состав которого входят приемо-передающая антенна, антенный коммутатор; блок радиоприемный; блок радиопередающий; декодер (дешифратор) принимаемых команд управления и кодер (шифратор) передаваемых тревожных сигналов радиосообщений. Центральный радиопульт управления содержит аналогичный по составу существенных признаков приемо-передающий блок радиосвязи, к которому дополнительно подключены светозвуковой индикатор сигналов радиосообщений, клавиатура управления режимами работы радиопульта и периферийных приемо-передающих блоков обнаружения, а также блок управления и контроля состояния кнопок клавиатуры и режимов светозвуковой индикации сигналов радиосообщений.
Сходными признаками предлагаемого изобретения и известной системы обнаружения являются: центральная сеть каналов радиосвязи, двухсторонняя передача сигналов радиосообщений по каждому каналу центральной сети из N индивидуальных каналов двухсторонней беспроводной радиосвязи радиопульта управления с каждым приемо-передающим блоком обнаружения, набор внешних датчиков обнаружения (в данном случае сейсмодетекторов); набор периферийных приемо-передающих блоков обнаружения и радиопульт управления, содержащих каждый: антенну, антенный ВЧ коммутатор, блок радиоприемный, блок радиопередающий, кодер и декодер сигналов радиосообщений; упомянутый радиопульт управления, дополнительно содержащий кнопочную клавиатуру управления и светозвуковой индикатор-дисплей сигналов передаваемых и принимаемых радиосообщений, центральный блок управления с функцией контроля состояния кнопок клавиатуры и управления режимами светозвуковой индикации.
Существенным недостатком известного устройства являются его ограниченные функциональные возможности. Это вызвано отсутствием в устройстве существенных признаков, позволяющих создавать в пространстве периферийную сеть локальных каналов неопосредованной (прямой) радиосвязи между приемо-передающими блоками обнаружения и использовать каждый локальный канал и составляющие его элементы в комбинациях по двойному назначению, в том числе: для передачи и приема сигналов радиосообщений, для двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителя, а также в целях повышения помехоустойчивости и надежности обнаружения для комбинированного обнаружения нарушителя одновременно несколькими датчиками, работающими на различных физических принципах действия. Кроме того, использованный в известной системе асинхронный принцип многочастотного кодирования-декодирования сигналов радиосообщений ограничивает возможное число радиопередатчиков, одновременно работающих в одном районе радиосвязи из-за их электромагнитной несовместимости, снижает скорость обработки сигнальной информации и увеличивает время адаптации системы к изменяющимся условиям окружающей среды, воздействующей на состояние радиоканалов.
Другим близким к настоящему изобретению известным устройством по физическому принципу обнаружения нарушителей является «Мобильная радиолучевая система обнаружения» (см. патент RU №2155382, МКИ 7 G08В 13/24 от 15.06.98 г.), которая содержит набор двухпозиционных радиоволновых датчиков обнаружения, набор связных радиопередатчиков для передачи сигналов тревожных сообщений и центральный приемный радиопульт (радиомонитор).
Сходными признаками упомянутого устройства с настоящим изобретением являются: двухпозиционный радиоволновой способ обнаружения нарушителя, приемный радиопульт и радиопередатчики сигналов радиосообщений, а также двухпозиционный радиоволновой датчик обнаружения, содержащий: блок радиопередающий в составе: амплитудно-ключевой ВЧ модулятор передаваемых сигналов, опорный ВЧ генератор и ВЧ усилитель интенсивности (мощности) радиоимпульсов несущей частоты, размещенная в первой точке пространства передающая антенна; блок радиоприемный в составе: размещенная во второй точке пространства приемная антенна, ВЧ смеситель-детектор амплитуды радиоимпульсов, усилитель-фильтр видеоимпульсов, цепь автоматической регулировки усиления (АРУ), полосовой фильтр полезного сигнала, пороговый обнаружитель полезного сигнала, вырабатывающий сигналы тревожных сообщений.
Недостаток известного устройства состоит в его ограниченных функциональных возможностях. Этот недостаток обусловлен недостатками использованного в устройстве принципа односторонней асинхронной радиосвязи и отсутствием существенных признаков, позволяющих реализовать возможности комбинированного обнаружения нарушителя с использованием локальных каналов прямой двухсторонней радиосвязи между приемной и передающей антеннами радиоволнового датчика по двойному назначению: двухсторонняя передача сигналов радиосообщений и двухпозиционное радиоволновое обнаружение нарушителя.
Целью настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков, а именно расширение функциональных возможностей способа обнаружения нарушителя и устройства, этот способ реализующего, с использованием одних и тех же функциональных элементов устройства по двойному назначению: для комбинированного двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителей и для передачи сигналов радиосообщений.
Для достижения указанной цели в изобретении поставлена следующая техническая задача: при передаче радиосообщений применить в устройстве амплитудно-ключевой принцип модуляции сигналов, используемый в двухпозиционных радиоволновых датчиках обнаружения; ввести новые существенные признаки, позволяющие организовать в контролируемом пространстве дополнительную периферийную сеть каналов неопосредованной цифровой радиосвязи между приемо-передающими блоками обнаружения; совместить в каждом периферийном канале функцию передачи сигналов радиосообщения с функцией радиоволнового двухпозиционного обнаружения нарушителя, при этом использовать одни и те же элементы приемо-передающих трактов по двойному функциональному назначению; обеспечить радиосовместимость работы всех элементов устройства центральной и периферийной сетей радиосвязи на одной несущей радиочастоте; обеспечить реализацию функции комбинированного обнаружения нарушителя и передачи сигналов радиосообщений на основе логического сопоставления комбинаций тревожных сигналов, вырабатываемых дополнительными внешними датчиками обнаружения и приемо-передающими блоками обнаружения, а также сигналов тревожных радиосообщений, передаваемых в каналах радиосвязи.
Упомянутые технические задачи в настоящем изобретении решены следующим образом.
Во-первых, тем, что предложен комбинированный способ обнаружения нарушителя и передачи кодированных сигналов радиосообщений, заключающийся в возбуждении радиосигнала в виде модулированного бинарно-цифровым кодом передаваемого радиосообщения высокочастотного электромагнитного поля в первой точке пространства, в приеме этого поля и в преобразовании его в электрический кодированный сигнал радиосообщения во второй точке пространства, в декодировании сигнала радиосообщения и в воспроизведении переданного из первой точки пространства содержания радиосообщения звуковым, световым или иным известным способом во второй точке пространства, в которой дополнительно осуществляют детектирование огибающей амплитуды интенсивности принимаемого поля, отображающей факт присутствия и движения нарушителя в существенной для распространения высокочастотного электромагнитного поля между упомянутыми первой и второй точками радиоволновой зоне пространства; выделяют низкочастотный полезный сигнал, отображающий в аналоговой или дискретной форме представления спектр частот огибающей амплитуды интенсивности принимаемого поля, при этом, разделяют спектры частот сигналов, выбирая спектр частот модулированного бинарно-цифровым кодом сигнала радиосообщения много выше спектра частот полезного сигнала; сравнивают аналоговым или цифровым способом амплитуду полезного сигнала с заданным пороговым уровнем соответственно и формируют сигнал тревоги по фактам превышения заданного порогового уровня амплитудой полезного сигнала; осуществляют логическое сопоставление выделенного сигнала тревоги с содержанием принятого радиосообщения и по результатам сопоставления принимают окончательное решение о факте комбинированного обнаружения нарушителя. Кроме того, по предложенному способу в качестве сигнала радиосообщения используют сигналы тревоги, формируемые дополнительными внешними датчиками обнаружения, при этом, совмещают по пространству зону обнаружения, формируемую дополнительным внешним датчиком обнаружения, и радиоволновую зону, существенную для распространения радиоволн между упомянутыми первой и второй точками пространства. Кроме того, по предложенному способу состояние упомянутой радиоволновой зоны пространства контролируют дважды при поочередном возбуждении и приеме высокочастотного электромагнитного поля в первой точке пространства, приеме и возбуждении электромагнитного поля соответственно во второй точке пространства; логически сопоставляют комбинации сигналов радиосообщений и сигналов тревог, сформированных в первой и второй точке пространства между собой и по результатам сопоставления принимают окончательное решение о факте обнаружения нарушителя. Кроме того, по предложенному способу передаваемое из первой точки пространства радиосообщение представляют сигналом контроля работоспособности радиоволнового канала обнаружения, для чего контрольный сигнал формируют в виде пачки радиоимпульсов бинарно-нулевой амплитуды с длительностью пачки и спектром частот, имитирующими длительность и спектр частот полезного сигнала, во второй точке пространства выделяют имитирующий сигнал, отображающий в аналоговой или дискретной форме спектр частот огибающей амплитуды интенсивности принимаемого электромагнитного поля, и сравнивают аналоговым или цифровым способом амплитуду имитирующего сигнала с заданным пороговым уровнем, по превышению порогового уровня амплитудой имитирующего сигнала вырабатывают сигнал имитационной тревоги, который логически сопоставляют с сигналом контроля, и принимают окончательное решение «радиоволновой канал обнаружения работоспособен», если оба сигнала совпадают по времени.
Во-вторых, тем, что в устройство комбинированного обнаружения нарушителя и передачи сигналов радиосообщений, содержащее: радиопульт управления, набор из N конструктивно автономных приемо-передающих блоков обнаружения и переменный по составу набор дополнительных внешних датчиков обнаружения, размещаемых на рубежах охраны и реализующих функцию формирования центральной сети из N индивидуальных каналов двухсторонней беспроводной радиосвязи радиопульта управления с каждым приемо-передающим блоком обнаружения; упомянутые внешние датчики обнаружения, формирующие на своем выходе сигналы тревог; упомянутые приемо-передающие блоки обнаружения, реализующие функцию порогового обнаружения полезных сигналов и содержащие каждый: антенну, антенный ВЧ коммутатор, блок радиопередающий, блок радиоприемный и периферийный блок управления; упомянутый блок радиопередающий, реализующий функцию преобразования кодированных сигналов радиосообщений в передаваемые радиосигналы и содержащий последовательно подключенные через первые входы и выходы: опорный ВЧ генератор несущей частоты, амплитудно-ключевой ВЧ модулятор, ВЧ усилитель мощности с регулируемым по его второму входу усилением, выход ВЧ усилителя мощности является выходом блока радиопередающего, подключенным через первый вход и вход-выход антенного ВЧ коммутатора к антенне, вторые управляющие входы амплитудно-ключевого ВЧ модулятора и ВЧ усилителя мощности являются первым и вторым цифровыми управляющими входами блока радиопередающего соответственно; упомянутый блок радиоприемный, реализующий функцию амплитудного детектирования принимаемых радиосигналов и преобразования их в электрические кодированные сигналы принимаемых радиосообщений и подключенный своим первым сигнальным ВЧ входом через выход и вход-выход антенного ВЧ коммутатора к упомянутой антенне; упомянутый периферийный блок управления, выполненный в процессорном исполнении с цифровой памятью, содержащий первый порт ввода сигналов радиосообщений и реализующий: функцию адресного кодирования и функцию адресного декодирования передаваемых и принимаемых сигналов радиосообщений, а также функцию управления переключением антенны в режим "передача" или в режим "прием" радиосигналов; упомянутый радиопульт управления, содержащий: антенну, антенный ВЧ коммутатор, блок радиоприемный, блок радиопередающий, кнопочную клавиатуру управления, светозвуковой индикатор-дисплей, и центральный блок управления; упомянутый центральный блок управления, содержащий: первый порт ввода сигналов радиосообщений с выхода внешнего датчика обнаружения, второй порт ввода сигналов радиосообщения от кнопочной клавиатуры управления, третий порт ввода сигналов контроля и управления состояниями светозвукового индикатора-дисплея, и реализующий упомянутые функции периферийного блока управления и дополнительную функцию управлением состояниями кнопочной клавиатуры управления и светозвукового индикатора-дисплея, в котором функции центрального и периферийных блоков управления каждого реализованы на базе мультиплексорной синхронизации алгоритмов цифровой обработки сигналов в последовательном при передаче и параллельно-последовательном при приеме, при кодировании и при декодировании сигналов радиосообщений позиционно-временном коде, обеспечивающем электромагнитную совместимость работы всех каналов радиосвязи на одной фиксированной радиочастоте, при этом, в любой момент времени в режим радиоизлучения включено не более одной антенны из полного набора всех антенн устройства, а в память центрального и периферийных блоков управления каждого введены программируемые цифровые алгоритмы управления, реализующие в упомянутом коде: функцию формирования центральной сети каналов двухсторонней цифровой беспроводной радиосвязи радиопульта управления с каждым из N приемо-передающих блоков обнаружения; функцию формирования дополнительной периферийной сети каналов двухсторонней цифровой беспроводной радиосвязи между соседними парами размещаемых на рубежах охраны приемо-передающих блоков обнаружения; функцию цифрового порогового контроля состояния радиосвязи; функцию цифровой автоматической регулировки усиления (АРУ) сигналов в канале радиосвязи и функцию логического сопоставления комбинаций сформированных в устройстве сигналов тревоги с сигналами тревог от внешних датчиков обнаружения и с содержанием принятых сигналов радиосообщений, кроме того, в память периферийных блоков управления каждого введены алгоритмы реализации функций порогового обнаружения полезных сигналов; центральный и периферийный блоки управления каждый соответственно подключены своим первым и вторым сигнальными входами - к первому выходу полезных сигналов и ко второму выходу сигналов радиосообщений блока радиоприемного соответственно, своим первым управляющим выходом - ко второму управляющему входу антенного ВЧ коммутатора и первому управляющему входу блока радиопередающего, своим вторым управляющим выходом - ко второму управляющему входу блока радиопередающего, своим третьим управляющим выходом - ко второму управляющему входу цифровой АРУ блока радиоприемного, при этом:
- первый сигнальный вход является входом амплитудно-цифрового преобразования и демультиплексирования каналов порогового обнаружения полезных сигналов, каналов порогового контроля устойчивости радиосвязи и каналов порогового управления цифровой АРУ в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- второй сигнальный вход является входом демультиплексирования каналов приема и декодирования принимаемых сигналов радиосообщений в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- первый управляющий выход является выходом амплитудно-временного мультиплексирования каналов передачи сигналов радиосообщений и управления режимами излучения антенны в последовательном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- второй управляющий выход является выходом цифрового управления мощностью излучения радиосигналов;
- третий управляющий выход является выходом мультиплексированного управления цифровой АРУ канала приема сигналов радиособщений в последовательном бинарно-цифровом позиционно-временном коде. Кроме того, блок радиоприемный реализует функцию детектирования огибающей амплитуды интенсивности принимаемых радиосигналов с использованием: дискретного представления огибающей амплитуды в форме временной последовательности амплитуд радиоимпульсов, логарифмического преобразования амплитуд радиоимпульсов в амплитуды видеоимпульсов и последующего разделения временной последовательности видеоимпульсов по каналу выхода полезных сигналов и по каналу выхода сигналов радиосообщений, при этом, блок радиоприемный содержит последовательно включенные через первые выходы и входы: малошумящий усилитель напряжения несущей частоты с регулируемым по его второму управляющему входу коэффициентом усиления, ВЧ смеситель с подключенным к его второму входу ВЧ генератором гетеродинной частоты, усилитель-фильтр радиоимпульсов разностной частоты, логарифмический видеодетектор-преобразователь амплитуды радиоимпульсов в амплитуду видеоимпульсов и однобитовый цифровой демодулятор амплитуды видеоимпульсов; выход логарифмического видеодетектора-преобразователя амплитуды радиоимпульсов в амплитуду видеоимпульсов является первым выходом полезных сигналов блока радиоприемного; выход однобитового цифрового демодулятора амплитуды видеоимпульсов является вторым выходом сигналов радиосообщений блока радиоприемного; второй управляющий коэффициентом усиления вход малошумящего усилителя напряжения несущей частоты является вторым управляющим входом цифровой АРУ блока радиоприемного.
Способ и работа устройства согласно настоящему изобретению поясняются Фиг.1-9.
На Фиг.1 представлена пространственная схема, иллюстрирующая способ совмещения функций передачи кодированных сигналов радиосообщения и двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителя в одном канале радиосвязи, и изображены: кодер - 1 передаваемого сигнала радиосообщения; форма кодированного сигнала - 2; ВЧ генератор - 3; передающая антенна - 4; приемная антенна - 5; форма принимаемого электрического сигнала радиосообщения - 6; ВЧ приемный измерительный преобразователь - 7; траектория движения нарушителя (цели) - 8; зона радиоволнового обнаружения - 9; форма принятого амплитудно демодулированного сигнала радиосообщения - 10; форма огибающей амплитуды полезного сигнала обнаружения - 11; пороговое решающее устройство - 12; заданный пороговый уровень обнаружения - 13; сигнал тревоги - 14; декодер принятого сообщения - 15; обозначения: длительность кодированной посылки (пачки) радиоимпульсов - tn; период повторения посылок - Тn.
На Фиг.2 представлена пространственная схема, поясняющая способ комбинированного обнаружения нарушителя с использованием двухпозиционного и другого (например, сейсмического) физических принципов обнаружения при двухсторонней передаче сигналов радиосообщений между антеннами, и изображены: радиоволновая зона обнаружения - 16; антенны - 17; зоны обнаружения, формируемые дополнительными внешними датчиками обнаружения (например, сейсмическими, расположенными в точках размещения антенн 17) - 18; траектория движения нарушителя (цели) - 19; сигнал тревоги - 20, формируемый дополнительным внешним датчиком обнаружения; форма сигналов тревоги - 21, формируемых радиоволновым способом обнаружения одновременно в первой и второй точках пространства при противоположных направлениях распространения поля между антеннами; сигнал общей тревоги - 22, формируемый комбинацией сигнала - 20 и сигналов - 21 по логической схеме «И»; направления - 23 распространения высокочастотного электромагнитного поля между антеннами - 17 при двухсторонней передаче сигналов радиосообщений.
На Фиг.3 представлена временная диаграмма, поясняющая способ контроля работоспособности радиоволнового канала обнаружения, и изображены: диаграмма сигнала контроля - 24; форма имитирующего сигнала - 25; пороговый уровень - 26; форма сигнала имитационной тревоги - 27.
На Фиг.4 представлен характерный пример многорубежного сигнального блокирования охраняемой территории, где обозначены: рубеж охраны группы - 1 сигнального блокирования дополнительными внешними датчиками обнаружения; рубеж охраны группы - 2 сигнального блокирования двухпозиционным радиоволновым способом; рубеж охраны группы - 3 сигнального блокирования комбинированным способом.
На фиг.5 представлена структурная схема, иллюстрирующая принцип действия и работу устройства по настоящему изобретению, где изображены: набор - 28 конструктивно автономных периферийных приемо-передающих блоков обнаружения с присваиваемым каждому блоку номерным адресным кодом: «1», «2»,... «n-1», «n», «n+1»,... «N»; радиопульт управления - 29; дополнительный набор - 30 и - 30а внешних датчиков обнаружения ВДО (обозначено пунктиром); первый порт ввода - 31 и - 31а сигналов радиоосообщений с ВДО; приемо-передающий блок обнаружения - 32; второй и третий порты ввода сигналов - 33 и - 34; кнопочная клавиатура управления - 35; светозвуковой индикатор-дисплей - 36; блок радиопередающий - 37; блок радиоприемный - 38; центральный блок управления - 39; антенна - 40; антенный ВЧ коммутатор - 41; опорный ВЧ генератор несущей частоты - 42; амплитудно-ключевой ВЧ модулятор - 43; ВЧ усилитель мощности - 44; малошумящий усилитель напряжения - 45 несущей частоты; ВЧ смеситель - 46; ВЧ генератор гетеродинной частоты - 47; усилитель-фильтр радиоимпульсов разностной частоты - 48; логарифмический видеодетектор-преобразователь - 49 амплитуды радиоимпульсов в амплитуду видеоимпульсов; однобитовый цифровой демодулятор - 50 амплитуды видеоимпульсов; амплитудно-цифровой преобразователь полезных сигналов - 51; мультиплексор каналов измерения - 52; мультиплексор каналов приема сигналов радиосообщений - 53; процессор синхронизации и контроля радиосвязи - 54; демультиплексор каналов передачи - 55; демультиплексор каналов цифровой АРУ - 56; процессор кодирования-декодирования и обнаружения - 57; шина контроллеров - 58; каналы центральной сети двухсторонней беспроводной радиосвязи - 59; каналы периферийной сети каналов двухсторонней цифровой беспроводной радиосвязи - 60; автономный источник энергопитания - Еп. При этом, функции входов и выходов центрального и периферийного блоков управления каждого соответственно состоят в следующем:
- первый сигнальный вход является входом амплитудно-цифрового преобразования и демультиплексирования каналов порогового обнаружения полезных сигналов, каналов порогового контроля устойчивости радиосвязи и каналов порогового управления цифровой АРУ в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- второй сигнальный вход является входом демультиплексирования каналов приема и декодирования принимаемых сигналов радиосообщений в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- первый управляющий выход является выходом амплитудно-временного мультиплексирования каналов передачи и кодирования сигналов радиосообщений и управления режимами излучения антенны в последовательном бинарно-цифровом позиционно-временном коде;
- второй управляющий выход является выходом цифрового управления мощностью излучения радиосигналов;
- третий управляющий выход является выходом мультиплексированного управления цифровой АРУ канала приема сигналов радиособщений в последовательном бинарно-цифровом позиционно-временном коде.
На Фиг.6 представлена структура программного ядра управления блоками подпрограмм и алгоритмов.
На Фиг.7 представлены: диаграммы организации передачи и приема сигналов радиопультом управления и периферийными приемо-передающими блоками обнаружения - 61 и 62, соответственно, по центральной сети каналов радиосвязи; диаграмма организации приема и передачи сигналов между периферийными приемо-передающими блоками обнаружения - 63 в периферийных каналах радиосвязи; обозначение: "1",... "n",... "N" - адресные номера приемо-передающих блоков обнаружения, Тцу, Тпрд и Тпрм периоды цикла управления, передачи и приема сигнала, соответственно; tcc, tca и tcy - длительность пакетов слотов передачи "сигнала синхронизации", "сигнала адреса" и "сигнала управления (команды)", соответственно; 1...k...K - порядковые номера пакетов слотов приема сигналов радиопультом управления; Рцс и Рпс - мощность ВЧ излучения блока радиопередающего в режимах центральной и периферийной радиосвязи, tu - длительность радиоимпульса излучения, Тсу - длительность пакета слотов приема сигналов управления периферийными приемо-передающими блоками обнаружения.
На Фиг.8 представлен вариант диаграммы полезных сигналов на первом выходе блоков радиоприемных.
На Фиг.9 представлена характеристика Uвых=F(IgPвх), поясняющая реализацию функции логарифмического преобразования, управления дискретной АРУ и контроля параметров устойчивости радиосвязи, где обозначено: интенсивность принимаемого поля 
, 
- вектор напряженности поля, α=const, Рвх и Uвых - амплитуда мощности входного сигнала и амплитуда напряжения выходного сигналов, соответственно; мгновенное и усредненное значение амплитуды входных Pвх(t), 
и выходных Uвых(t), 
сигналов, соответственно; "-Upc" и "+Upc" - пороговые уровни контроля устойчивости радиосвязи; "-UАРУ" и "+UАРУ" - пороговые уровни дискретной АРУ; М - рабочая точка; A, F, В, С, D, Е - пороговые точки переключения характеристики.
Сущность предлагаемого в настоящем изобретении способа поясняется Фиг.1-3 и определяется комбинацией двух способов. Во-первых, сущностью способа комбинирования процесса передачи радиосообщения с процессом двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителя и использованием одних и тех же элементов устройства по двойному функциональному назначению. Во-вторых, сущностью способа комбинирования самого процесса обнаружения с использованием способа двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителя и способа обнаружения нарушителя на любом другом физическом принципе, например сейсмическом (инфракрасном, электростатическом, емкостном и т.п.).
Способ комбинирования процессов передачи сообщения и двухпозиционного радиоволнового обнаружения с адаптацией к внешним условиям в канале односторонней радиосвязи состоит в следующем (Фиг.1). Передаваемое по радиолинии сообщение с помощью кодера 1 преобразуют в кодированный сигнал сообщения 2, в виде посылок кодированных бинарно-цифровым кодом пачек импульсов постоянной стабилизированной амплитуды длительностью tп с периодом повторения посылок Тп. Сигналами 2 управляют работой ВЧ генератора 3 и через него - излучением передающей антенны 4, размещенной в первой точке (позиции) пространства. Излученное в форме радиоимпульсов антенной 4 высокочастотное электромагнитное поле принимается через приемную антенну 5, размещенную во второй точке (позиции) пространства. Принимаемый ВЧ сигнал 6 с интенсивностью, пропорциональной квадрату модуля вектора напряженности принимаемой антенной 5 поля, преобразуют с помощью ВЧ измерительного преобразователя 7. Сигнал 6 содержит две информационные составляющие: "полезный сигнал" и принятый "кодированный сигнал радиосообщения". Полезный сигнал выражен в форме амплитудной модуляции напряжения, пропорциональной амплитуде интенсивности принимаемого поля. Модуляция есть результат движения нарушителя (цели) 8 в существенном для распространения радиоволн пространстве между приемной и передающей антеннами. Это пространство называют "двухпозиционной радиоволновой зоной обнаружения" 9. Закономерности формирования полезного сигнала в двухпозиционных радиоволновых устройствах обнаружения подробно раскрыты в статье Ю.А.Оленина "Двухпозиционные радиосистемы обнаружения ближнего действия на основе высокочастотного рассеяния поля по направлению "вперед". (Журнал " Зарубежная радиоэлектроника" Успехи современной радиоэлектроники. - 2002. - №6. - с.3-26). Глубина модуляции (амплитуда) полезного сигнала много меньше 100%. Это позволяет: выбрать период повторения Tп и, следовательно, нижнюю частоту спектра посылок кодированного сигнала много выше верхней частоты спектра полезного сигнала согласно теоремы отсчетов В.Н.Котельникова; посредством приемного измерительного преобразователя 7 разделить составляющие спектра принимаемого электрического сигнала радиосообщения 6, при этом, восстановить постоянную стабилизированную амплитудную составляющую кодированного бинарно-цифровым кодом сигнала радиосообщения 10 общеизвестным методом однобитовой цифровой демодуляции, а также восстановить амплитудную форму полезного сигнала обнаружения 11 методом цифровой низкочастотной фильтрации путем отделения постоянной составляющей . Выделенный в форме последовательности отсчетов бинарных численных значений амплитуд полезный сигнал 11 подвергают численному амплитудно-пороговому анализу на основе выбранных пользователем решающих правил и с использованием решающего процессорного устройства 12 путем общеизвестного метода численного сравнения (аналоговым или цифровым способом) амплитуды полезного сигнала 11 с заданным пороговым уровнем обнаружения 13 и последующим формированием сигнала тревоги 14. Выделенные кодированные сигналы радиосообщения 10 декодируют с помощью декодера 15 и воспроизводят передаваемое по радиолинии сообщение.
Способ комбинирования процесса обнаружения состоит в следующем (Фиг.2). Радиоволновую зону обнаружения 16, сформированную антеннами 17, совмещают по пространству с зонами обнаружения дополнительных внешних обнаружений 18, образованными, например, сейсмодатчиками. Траектория движения нарушителя (цели) 19 пространственно пересекает радиоволновую и сейсмическую зоны обнаружения. При движении нарушителя (цели) 19 через зону сейсмического обнаружения 18 сейсмодатчик вырабатывает, например, сигнал тревоги 20. При движении цели через радиоволновую зону обнаружения 16 радиоволновой датчик вырабатывает сигнал тревоги 21. Сигнал общей тревоги 22 формируется, например, по логической схеме "И". Возможны другие известные варианты логических комбинаций, например, по схеме последовательно временного или задержанного "И" и т.п. Аналогичным образом, в комбинациях могут быть использованы другие физические принципы обнаружения. По данному способу сигнал тревоги внешнего датчика обнаружения, например, сейсмического используется в качестве передаваемого по каналам двухсторонней передачи радиосообщений 23 между антеннами 17, а комбинированное обнаружение является результатом логического сопоставления сформированного в радиоволновом канале сигнала тревоги и принятого сообщения. Комбинированное обнаружение цели на различных физических принципах обеспечивает существенное снижение частоты ложных тревог из-за отсутствия корреляции разнородных, например, вибросейсмических и радиоволновых помех в трактах обнаружения.
С использованием вышеописанных способов помехоустойчивость процедур обнаружения нарушителя существенно повышается при использовании радиоканала с двухсторонней радиосвязью, для чего в каждой точке пространства размещают приемо-передающую антенну, одно и то же контролируемое пространство зондируют при двух противоположных направлениях 23 (Фиг.2) распространения электромагнитного поля между позициями антенн 17. При этом, сигналы тревоги вида 21 одновременно формируют и в первой и во второй точках пространства, логически сопоставляют их между собой и принимают окончательное решение о факте обнаружения нарушителя в радиоволновой зоне обнаружения 16. При взаимно некоррелированных шумах аппаратуры и многочисленных переотражениях поля от покрытой растительностью подстилающей поверхности это позволяет снизить частоту ложных тревог. Вышеописанные способы обнаружения позволяют дополнительно повысить надежность обнаружения, позволяя осуществить периодический дистанционный контроль работоспособности канала обнаружения по каналам радиосвязи. Для чего следует использовать специальный тестовый сигнал контроля работоспособности со спектром, лежащим в полосе частот полезного сигнала. При этом сигнал контроля 24 (Фиг.3) формируют на передающей стороне в виде пачки радиоимпульсов бинарно-нулевой амплитуды с многократно увеличенной длительностью пачки, что обеспечивает уменьшение частоты спектра кодированного сигнала и имитирует длительность низкочастотного полезного сигнала 11 (Фиг.1). На приемной стороне выделяют имитирующий сигнал 25 (Фиг.3) в форме огибающей интенсивности принимаемого электромагнитного поля и сравнивают его аналоговым или цифровым способом с заданным пороговым уровнем 26. По превышению порогового уровня вырабатывают сигнал имитационной тревоги 27, который логически сопоставляют с сигналом контроля, и принимают окончательное решение "радиоволновой канал обнаружения работоспособен", если оба сигнала совпадают по времени.
В целом, устройство, реализующее предложенный способ, представляет собой мобильную систему обнаружения нарушителя на неподготовленной, пересеченной и поросшей растительностью местности с передачей сигналов радиосообщений по каналам радиосвязи, пример схем пространственного размещения которого представлен на Фиг.4. Путем сопряжения зон обнаружения по пространству организуются отдельные группы непрерывных рубежей охраны 1, 2, 3 сигнального блокирования, разнесенные по пространству. Сеть центральной радиосвязи образована радиопультом управления и периферийными приемо-передающими блоками обнаружения. В демонстрационном образце получены следующие параметры: протяженность канала сети центральной радиосвязи -0,005...3,0 км (при наземной установке антенн и без учета возможностей ретрансляции сигналов). Протяженность каналов периферийной сети радиосвязи равна протяженности радиоволновых зон обнаружения - 3,0...30,0 м. Выбор способа размещения зон обнаружения по пространству охраняемого объекта обеспечивает возможность реализации комбинированного обнаружения по пространству и времени с получением дополнительной информации о траектории движения нарушителя (цели). Например, о скорости и направлении его движения путем логического сопоставления времен его появления на первом, втором и третьем рубежах, выполняемого либо аппаратными методами в устройстве радиопульта управления, либо непосредственно наблюдателем по показаниям светозвукового индикатора-дисплея тревожных сигналов.
Принцип действия устройства комбинированного обнаружения и передачи сигналов радиосообщения, реализующего предложенный и вышеописанный нами способ обнаружения, поясняется Фиг.5-9.
В устройство входит набор 28 (Фиг.5) конструктивно-автономных периферийных приемо-передающих блоков обнаружения с присвоенным каждому блоку индивидуальным кодо-адресным номером: «1», «2»,... «n-1», «n», «n+1»,... «N» и радиопульт управления 29. В состав системы пользователем может быть введен дополнительный набор 30 и 30а внешних дополнительных датчиков обнаружения на различных физических принципах (обозначено пунктиром), подсоединенных первыми портами ввода сигналов радиосообщений 31 и 31а к периферийным приемо-передающим блокам обнаружения из набора 28 и к радиопульту управления 29 соответственно. Состав дополнительного набора 30 ВДО определяется пользователями устройства, исходя из тактических задач охраны. Радиопульт управления 29 включает в себя центральный приемо-передающий блок обнаружения 32 с подключенными к нему через второй и третий порты ввода 33 и 34 кнопочной клавиатурой управления 35 и светозвуковым индикатором-дисплеем 36 соответственно, принимаемых и передаваемых сигналов радиосообщения. В качестве светоиндикатора-дисплея могут быть использованы светодиоды, жидкокристаллические индикаторы-дисплеи, другие аналогичные устройства, включаемые по общеизвестным схемам управления и отображения информации. Центральный приемо-передающий блок 32 обнаружения содержит блок радиопередающий 37, блок радиоприемный 38, центральный блок управления 39, антенну 40 и антенный ВЧ коммутатор 41, через который антенна 40 подключается либо к ВЧ выходу блока радиопередающего 37, либо к первому сигнальному входу блока радиоприемного 38, в зависимости от управляющего сигнала на втором управляющем входе антенного ВЧ коммутатора 41, формируемого на первом управляющем выходе центрального блока управления 39. В блоке радиопередающем 37 опорный ВЧ генератор несущей частоты 42 вырабатывает стабилизированное напряжение несущей частоты fн, которое поступает на сигнальный вход амплитудно-ключевого ВЧ модулятора 43, и модулируется по амплитуде цифровым кодом сигнала радиосообщения, поступающего на второй управляющий вход амплитудно-ключевого ВЧ модулятора 43 от первого выхода центрального блока управления 39. С выхода амплитудно-ключевого ВЧ модулятора 43 единичные радиоимпульсы, кодированные последовательным бинарно-цифровым позиционно-временным кодом, поступают на вход ВЧ усилителя мощности 44, коэффициент усиления которого регулируется по его второму управляющему входу. Выход ВЧ усилителя мощности 44 является выходом блока радиопередающего 37, который вырабатывает радиоимпульсы несущей частоты fн малой мощности (Рпс≥5...10 мВт) или большой мощности (Рус≥200...500 мВт) в зависимости от кода управляющего сигнала на его втором входе, поступающего со стороны второго выхода центрального блока управления 39. Форма радиосигналов излучения представлена диаграммой 2 (Фиг.1). Принимаемые антенной 40 ВЧ сигналы в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде с выхода антенного ВЧ коммутатора 41 поступают на первый сигнальный вход блока радиоприемного 38, являющийся также первым сигнальным входом малошумящего усилителя напряжения 45 несущей частоты fн с дискретно управляемым по своему второму управляющему входу коэффициентом усиления. Блок радиоприемный 38 выполняет роль ВЧ приемного измерительного преобразователя 7 (Фиг.1). Поступающая на его первый сигнальный вход последовательность принимаемых пачек радиоимпульсов подвергается усилению, логарифмическому преобразованию и амплитудному детектированию огибающей амплитуды интенсивности радиоимпульсов принимаемого поля, отображающей факт присутствия и движения нарушителя (цели) 8 (Фиг.1) в зоне радиоволнового обнаружения 9 (Фиг.1), и преобразуется в последовательность видеоимпульсов формы принимаемого электрического сигнала радиосообщения 6 (Фиг.1) на первом выходе полезных сигналов и в последовательность видеоимпульсов формы принятого кодированного амплитудно демодулированного сигнала радиосообщения 10 (Фиг.1) на втором выходе сигналов радиосообщений блока 38.
Несущая частота fн в демонстрационном образце устройства выбрана в диапазоне 0,4...0,9 ГГц, что обеспечивает возможность формирования объемной двухпозиционной радиоволновой зоны обнаружения формы 16 (Фиг.2) с помощью обычных штыревых антенн 17, обладающих круговой диаграммой направленности. Антенный ВЧ коммутатор 41 может быть выполнен либо по общеизвестным ВЧ ключевым радиоэлектронным схемам, либо на основе общеизвестного в радиолокации антенного циркулятора с управляемой по второму входу циркулятора схемой электронной защиты сигнального входа блока радиоприемного 38 от перегрузки по напряжению в моменты излучения через антенну 40 радиоимпульсов, вырабатываемых блоком радиопередающим 37. В демонстрационном образце устройства коэффициент усиления малошумящего усилителя 45 может принимать два дискретных значения, равные B1≈0 или 20 дБ в зависимости от сигнала дискретной регулировки АРУ, подаваемого с третьего управляющего выхода блока управления 39 на второй управляющий вход усилителя 45 и являющийся также вторым управляющим входом блока радиоприемного 38. С выхода малошумящего усилителя 45 радиоимпульсы поступают на первый вход ВЧ смесителя 46, ко второму входу которого подключен выход ВЧ генератора 47 гетеродинной частоты fг. В демонстрационном образце устройства ВЧ смеситель 46 выполнен по балансной (гильбертовой) схеме преобразования и на своем выходе вырабатывает радиоимпульсы разностной частоты fр=fн-fг. С выхода ВЧ смесителя 46 радиоимпульсы разностной частоты, проходя через узкополосный усилитель-фильтр разностной частоты 48 и логарифмический видеодетектор-преобразователь 49, подвергаются высокочастотному детектированию и нелинейному логарифмическому преобразованию. В демонстрационном образце устройства амплитудный динамический диапазон преобразования составляет величину В2≈50...60 дБ. Это позволяет обеспечить общий амплитудный динамический диапазон блока радиоприемного 38 в пределах B=B1+B2≈70...80 дБ и высокую устойчивость приземной радиосвязи при расстояниях между антеннами от 3...10 м до 2...3 км в пределах прямой видимости при максимальной мощности радиоизлучения не более 0,2...0,5 Вт. С выхода логарифмического видеодетектора-преобразователя 49 последовательность видеоимпульсов поступает на вход однобитного цифрового демодулятора 50 и на первый выход блока радиоприемного 38. Выход однобитного цифрового демодулятора 50, в качестве которого в демонстрационном образце использован однобитовый амплитудно-цифровой преобразователь напряжения (или может быть использован обычный усилитель-ограничитель амплитуды видеоимпульсов), является вторым выходом блока радиоприемного 38. Этот блок в демонстрационном образце устройства выполнен на базе известной платы развития "ASK Single Conversion Receiver TDA 5200", Version 2.7, Specification March 2000 (фирма "Wireless Components"). Набор периферийных и центральный приемо-передающий блоки обнаружения 28 и 32 соответственно (Фиг.5) содержат одинаковые составы обобщенных функциональных элементов, архитектуру блоков подпрограмм и алгоритмов управления. Это позволяет, используя приведенную на Фиг.5 структурную схему радиопульта управления 29, центрального приемо-передающего блока обнаружения 32 и центрального блока управления 39, раскрыть в настоящем описании и принципы работы аналогичных элементов в наборе периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28.
Основное отличие между центральным блоком управления 39 и периферийными приемо-передающими блоками управления 28 заключено в том, что в центральном блоке управления 39 программным методом реализуется широко известная в системах мобильной радиосвязи ранее упомянутая в тексте настоящего описания функция контроля состояния кнопок клавиатуры управления, светозвукового индикатора-дисплея и оперативной памяти кодированных (передаваемых) и декодированных (принимаемых) сигналов радиосообщения. Алгоритмы блока подпрограмм, реализующих упомянутую функцию, широко известны и определяются, как правило, промышленным типом используемых в центральном блоке управления 39 цифровых контроллеров, конструкциями используемой кнопочной клавиатуры 35 и светозвукового индикатора-дисплея 36, соединяемых с центральным блоком управления 39 вторым и третьим портами ввода сигналов 33 и 34 соответственно. При этом, упомянутая функция в демонстрационном образце устройства реализована в центральном блоке управления 39 согласно известным техническим условиям и программному обеспечению, представляемыми фирмами изготовителями в технических руководствах (приложениях) по применению упомянутых устройств. Кроме этого, в центральном блоке управления отсутствует функция цифрового порогового обнаружения полезных сигналов, которая введена в периферийные приемо-передающие блоки. В наборе периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 клавиатура управления 35, светозвуковой индикатор-дисплей 36, второй и третий порты ввода сигналов 33 и 34 отсутствуют, и упомянутая функция в эти блоки не введена.
В демонстрационном образце устройства центральный блок управления 39 выполнен на базе первой платы развития цифрового контроллера типа "ATMEGA 8" производства фирмы "Atmel" (США) и второй платы развития цифрового контроллера типа PIC18F452 фирмы "Microchips" (США), соединенных между собой шиной контролеров 58. На первой плате программно реализованы выделенные нами обобщенные структурные функциональные элементы блока, необходимые для описания его работы, в том числе: амплитудно-цифрового преобразователя видеоимпульсов 51, мультиплексора каналов измерения 52, процессора синхронизации и контроля радиосвязи (измерения) 54, демультиплексора каналов передачи 55 и демультиплексора каналов цифровой АРУ 56. На базе второй платы выделены обобщенные структурные функции мультиплексора каналов приема сигналов радиосообщений 53, а также процессора кодирования-декодирования и обнаружения 57. В периферийном блоке управления вместо контроллера PIC18F452 использована его модификация PIC18LF252 с программным обеспечением PIC18LF252 фирмы "Microchips". При этом, снижение вычислительной мощности процессора этой модификации контролера технически обусловлено исключением алгоритмов и программ реализации ранее упомянутой функции контроля клавиатуры и светозвукового индикатора-дисплея и необходимостью снижения энергопотребления периферийных блоков обнаружения от автономного источника питания Еп. Использованные нами в демонстрационном образце устройства технические типы контроллеров и соответствующие программы обеспечения могут быть заменены другими типами контроллеров, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС-ов) или микроЭВМ, что возможно приведет к изменению операционной конфигурации элементов блоков управления с передачей, но с сохранением выделяемых нами структурных функций от одного контроллера к другому. Другое отличие заключено в следующем. Устройство по настоящему изобретению в целом представляет собой замкнутую двухуровневую информационную систему управления, состоящую из большого множества отдельных локальных информационных подсистем. В центральной сети каналов двухсторонней радиосвязи со стороны радиопульта управления объектом приложения его управления является все множество периферийных приемо-передающих блоков обнаружения, с каждым из которых он организует индивидуальную замкнутую подсистему. С другой стороны, радиопульт управления сам является объектом приложения управления со стороны всего множества периферийных приемо-передающих блоков обнаружения. На уровне периферийной сети каналов двухсторонней радиосвязи каждый периферийный приемо-передающий блок обнаружения является самостоятельным объектом и субъектом управления со стороны радиопульта управления и соседних по пространству периферийных приемо-передающих блоков обнаружения, с которыми он взаимодействует по периферийным каналам двухсторонней радиосвязи. При сходстве алгоритмов реализации функций количество абонентов радиосвязи, обслуживаемое со стороны периферийного приемо-передающего блока обнаружения, много меньше, чем число абонентов, обслуживаемых радиопультом управления. Соответственно, программное обеспечение, введенное в память процессора центрального блока управления, существенно отличается числом используемых подпрограмм и числом отдельных алгоритмов управления от программного обеспечения, введенного в память периферийных блоков управления при том, что приведенная на Фиг.5 структурная схема обобщенных функциональных связей центрального приемо-передающего блока обнаружения 32 и периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 остается неизменной. Радиопульт управления 29 работает в единственном режиме: "активном режиме" центральной радиосвязи (обмен сообщениями с периферийными приемо-передающими блоками обнаружения). Каждый периферийный приемо-передающий блок обнаружения 28 работает в одном из двух основных режимов: либо в "активном режиме" центральной радиосвязи (обмен сообщениями с радиопультом управления 29), либо в "дежурном режиме" (периферийной радиосвязи с соседними периферийными приемо-передающими блоками обнаружения 28 "n-1" и 28 "n+1"). В "дежурном режиме" в устройстве реализуются алгоритмы радиоволнового обнаружения нарушителей. Ввиду большой разницы в протяженности каналов центральной и периферийной сетей радиосвязи (Фиг.4), в целях экономии потребляемой от автономных источников электропитания Еп энергии и повышения устойчивости радиосвязи, в блоки радиопередающие 37 нами введен ВЧ усилитель мощности 44 с дискретно регулируемой мощностью радиоизлучения по второму управляющему входу блоков радиопередающих 37, а в блоки радиоприемные 38 введена дискретная регулировка амплитудного динамического диапазона интенсивности (мощности) принимаемого поля, осуществляемая через цепь цифровой автоматической регулировки усиления (АРУ). Цепь цифровой АРУ представлена последовательно соединенными через выходы и входы: логарифмический видеодетектор-преобразователь 49, амплитудно-цифровой преобразователь 51 видеосигналов, мультиплексор каналов измерения 52, процессор синхронизации и контроля радиосвязи 54, демультиплексор каналов цифровой АРУ 56, второй управляющий вход блока радиоприемного 38. В демонстрационном образце устройства дополнительно реализован ряд других сервисных режимов радиосвязи, в том числе: "режим инициализации" блоков подпрограмм при первоначальной установке и запуске системы в рабочее состояние на месте эксплуатации; "режим дистанционного контроля работоспособности"; "режим контроля уровня центральной радиосвязи", "режим поиска и устранения ошибок радиосвязи", определенных сбоями в процедурах программного обеспечения, и другие, которые к существенным признакам настоящего изобретения не относятся и поэтому в настоящем описании не рассматриваются. Из числа сервисных режимов радиосвязи следует выделить так называемый "спящий режим" работы периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28. В этом режиме по командам-сообщениям от радиопульта управления 29 все или отдельные периферийные приемо-передающие блоки обнаружения из набора 28 на заданный промежуток времени полностью прекращают передачу сигналов радиоизлучения и возобновляют ее лишь по истечении заданного времени, определяемого подпрограммами управления таймерами процессора синхронизации и контроля радиосвязи 54 и задаваемого через процессор кодирования-декодирования и обнаружения 57 сигнала, формируемого нажатием кнопок клавиатуры управления 35.
Алгоритм мультиплексорной синхронизации основан на следующем принципе. Менеджеры 1 (Фиг.6) радиопульта управления 29 и периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 организуют синхронную работу наборов временных таймеров, программно встроенных в оперативную память процессоров синхронизации и контроля радиосвязи 54 в соответствии с периодом повторения специального сигнала синхронизации, вырабатываемого им в радиопульте управления 29. При этом для каждого отдельного импульса, однобитовой единицы кодированного сигнала, демультиплексор каналов передачи 55 на передающей стороне открывает временной слот (щель) передачи, а мультиплексоры каналов измерения и каналов приема сигналов радиосообщений 52 и 53 соответственно открывают одновременно по одному временному слоту приема в канале измерения и канале декодирования на принимающей стороне. Таким образом, в любой момент времени устройство синхронно излучает и принимает единственный радиоимпульс излучения. Это снимает проблему электромагнитной совместимости, обеспечивает возможность работы устройства на одной несущей радиочастоте и возможность представить каждый сигнал радиосообщения в цифровом коде из набора однобитовых единиц информации, равного по длине числу слотов последовательного позиционно-временного кода. Менеджеры 3 формируют коды передаваемых или идентифицируют коды принимаемых сигналов по известным алгоритмам, т.е. путем сопоставления с ключевыми кодами радиосообщений, априорно введенными в оперативную память процессоров кодирования - декодирования и обнаружения 57. Алгоритмы мультиплексорной синхронизации реализованы в устройстве следующим образом. Радиопульт управления 29 формирует цикл управления Тцу (диаграмма 62, Фиг 7), разделенный на период передачи Тпрд и период приема Тпрм (диаграмма 61, Фиг 7). Период Тпрд, в свою очередь, разделен на три пакета слотов передачи длительностью tcc, tca, tcy каждый соответственно. Пакет tcc отведен для передачи кода "сигнала синхронизации", всегда присутствующего в любом цикле управления. К "сигналу синхронизации" в режиме центральной связи процессор кодирования-декодирования и обнаружения 57 (Фиг.5) может добавлять код "сигнала адреса" и код "сигнала управления (команды)", позиционно размещаемые процессором синхронизации и контроля радиосвязи 54 через демультиплексор каналов передачи 55 в пакетах слотов передачи tca и tcy соответственно. "Сигнал адреса" может содержать кодоадресный индивидуальный номер периферийного приемо-передающего блока обнаружения 28, или кодоадресный номер группы упомянутых блоков (Фиг.4), или коллективный код сообщения "всем" упомянутым блокам. Сигнал управления представляет собой сообщение, обязательное для исполнения всеми периферийными приемо-передающими блоками обнаружения 28 (Фиг.5), к которым обращен "сигнал адреса", и содержит код команды управления, например, осуществить: или "контроль параметров радиосвязи", или "регулировку пороговой чувствительности обнаружения", или "контроль работоспособности канала обнаружения", или "поиск ошибок управления" и т.п. Определенный набор команд управления радиопульт управления 29 демонстрационного образца устройства вырабатывает автоматически с некоторым наперед заданным "периодом дистанционного автоматического контроля работоспособности" Тавт всего устройства в целом. Величина Тавт и другие внеочередные виды команд могут быть установлены оператором через кнопочную клавиатуру управления 35 путем нажатия соответствующих кнопок.
Прием сообщений от периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 радиопульт управления 29 осуществляет в последовательно-параллельном бинарно-цифровом позиционно-временном коде. Для этого период Тпрм разделен на К пакетов слотов приема, каждый длительностью tп=tп1=...=tnk=...tпк, где 1...k...K - порядковые номера пакетов (диаграмма 61, Фиг.7). Каждый k-й пакет содержит N слотов приема с порядковыми номерами 1...n...N. Таким образом, в каждом k-м пакете слотов приема в приемном тракте плотно упакованы во времени N однобитовых единиц кодов принимаемых сигналов, каждая из которых принадлежит отдельному каналу центральной сети радиосвязи с кодовыми порядковыми номерами 1...n...N (Фиг.8). Мультиплексор каналов приема сигналов радиосообщений 53 (Фиг.5) преобразует последовательно-параллельный код в последовательный, распределяя номерные кодовые единицы каждого k-го пакета по 1...N отдельным каналам декодирования (обработки) процессора кодирования-декодирования и обнаружения 57. При этом каждый выделенный в "n-м" канале обработки код сигнала радиосообщения (диаграммы 62, Фиг.7) представляется набором из К единиц однобитовой информации. Уплотнение каналов позволяет за один цикл управления Тцу=Тпрд+Тпрм практически одновременно и параллельно со сдвигом во времени не более длительности одного пакета слота tп реализовать полный двухсторонний обмен радиосообщениями между радиопультом управления 29 и набором периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 (Фиг.5), если количество К однобитовых единиц выбрано достаточным для составления кода сообщения. В активном режиме менеджер 1 (Фиг.6) каждого периферийного приемо-передающего блока обнаружения 28 формирует пакет слотов приема длительностью Тсу (диаграммы 63, Фиг.7), синхронизированный позиционно во времени и по длительности с сигналом синхронизации tсс от радиопульта управления 29, и пакет слотов передачи длительностью Тпрм. Этот пакет составлен из 1...k...K слотов передачи (диаграммы 62, Фиг.7), каждый из которых синхронизирован во времени с соответствующим по порядковому номеру 1...n...N канала радиосвязи номерами слотов приема. В этом пакете может быть размещен любой код передаваемого периферийным приемо-передающим блоком обнаружения 28 или принимаемого радиопультом управления 29 сигнала радиосообщения. Например: "тревога", "неустойчивая радиосвязь", "неисправность", "разряд батарей электропитания", "ошибка управления" и т.п. По команде (сообщению) "дежурный режим", полученной от радиопульта управления 29, например, с адресами "n-1", "n" и "n+1", менеджеры 2 периферийных приемо-передающих блоков обнаружения 28 с номерами "n", "n-1" и "n+1" формируют периферийную сеть, например, из трех локальных каналов радиосвязи. При этом, продолжая принимать "сигнал синхронизации", они прекращают обмен информацией с радиопультом управления 29, снижают импульсную мощность радиоизлучения от величины Рцс=0,2...0,5 Вт до величины Рпс=0,005 Вт, дополнительно открывают слоты приема и "измерение состояния канала "n-1" и "измерение состояния канала "n+1", формируют периферийные каналы радиосвязи приемо-передающего блока "n" с блоками "n-1" и "n+1" (диаграмма 63, Фиг.7). В блоке "n" измеряется два состояния радиосвязи в каналах при распространении электромагнитного поля со стороны антенн блоков "n+1" и "n-1", а в блоках "n+1" и "n-1" каждом измеряются параметры одного состояния радиосвязи в канале при распространении электромагнитного поля со стороны антенны блока "n". Таким образом, пространство каждой радиоволновой зоны обнаружения контролируется дважды при противоположных направлениях распространения поля. Поскольку верхняя граница частот спектра полезного сигнала 11 (Фиг.1) при обнаружении человека составляет величину F0≈20...30 Гц, то частота повторения импульсов излучения в каждом канале по теореме отсчетов В.Н.Котельникова должна быть в 3...5 раз выше и количество пакетов слотов tп на временном промежутке Тпрм должно составлять величину не менее К≈(3...5)·F0·Тпрм. При этом в каждом из упомянутых периферийных каналов радиосвязи выполняются необходимые условия для обнаружения нарушителя, вторгающегося в существенное для распространения радиоволн пространство (Фиг.1, Фиг.2). Сигнал контроля работоспособности радиоволнового канала обнаружения (диаграмма 24, Фиг.3) должен быть представлен количеством импульсов излучения нулевой амплитуды не менее 8...10, а бинарные коды сигналов всех других передаваемых радиосообщений должны содержать не более 2...3 следующих друг за другом нулей.
Алгоритм цифровой автоматической регулировки усиления (АРУ) и контроля параметров устойчивости радиосвязи реализуется менеджерами 4 (Фиг.6) и заключен в следующем. Наличие в каналах интерференционных и дифракционных явлений, изменения условий распространения радиоволн в канале радиосвязи, изменения протяженности канала и высоты подъема антенн, при выпадении гидрометеоров и т.п., - средний уровень импульсных амплитуд интенсивности (мощности) 
в месте приема может изменяться более, чем в 103...104 раз. Нарушение радиосвязи имеет место при невыполнении условия: Рвхmin<
<Рвхmax, где Рвхmin - минимальный уровень амплитуды, определяемый уровнем шумов; Рвхmax - максимальный уровень амплитуды, определяемый уровнем насыщения приемного тракта. При квадратичном преобразовании уровня мощности амплитудный динамический диапазон входных сигналов блоков радиоприемных соответствует условию: 
по напряжению. Алгоритм обеспечивает автоматически устойчивость регулировки заданной величины амплитудного динамического диапазона и формирование сигнала тревожного радиосообщения: "неустойчивость радиосвязи", если будет обнаружено нарушение упомянутого условия устойчивости в любом из каналов центральной и периферийной сетей радиосвязи устройства.
Реализация алгоритма осуществлена следующим образом.
Пусть на выходе 1 блока радиоприемного 38 (Фиг.5) присутствует уплотненная во времени совокупность 1...N сигналов, представленных в дискретно-импульсной форме, каждый из которых имеет собственную форму огибающей амплитуд (Фиг.8) вида: "сигнал 1", "сигнал 2",... "сигнал N". Эти формы являются результатом осуществляемого блоком радиоприемным 38 последовательно-параллельном в позиционно-временном коде логарифмического преобразования амплитуд сигналов вида Uвых(t)=q·20lg·Рвх(t), где q - весовой коэффициент преобразования.
Если на второй управляющий вход блока радиоприемного 38 демультиплексором каналов цифровой АРУ 56 подан сигнал, например, нулевой амплитуды, то малошумящий усилитель напряжения 45 имеет максимальное усиление (≈20 дБ) и логарифмическая характеристика преобразования имеет линейную форму, ограниченную точками А и В (Фиг.9). Если демультиплексором каналов цифровой АРУ 56 подан сигнал единичной амплитуды, коэффициент усиления малошумящего усилителя напряжения 45 уменьшается до единицы (0 дБ) и логарифмическая характеристика преобразования смещается параллельно самой себе в точки D и С. При этом, общий амплитудный динамический диапазон приемного тракта расширяется до значения В=В1+В2. С входа 1 блока радиоприемного 38 сигнал в последовательно-параллельном позиционно-временном коде в форме, представленной на Фиг.8, поступает на амплитудно-цифровой преобразователь видеосигналов 51, на выходе которого в бинарном коде формируется численное (цифровое) значение амплитуды каждого поступающего на его вход видеоимпульса. Мультиплексор каналов измерения 52 преобразует последовательно-параллельный позиционно-временной код в последовательный и на каждом из своих 1...N выходов выделяет дискретные последовательности чисел, соответствующих дискретным пиковым значениям огибающих амплитуд видеоимпульсов: "сигнал 1", "сигнал 2",... "сигнал N" (Фиг.8). Таким образом, выход мультиплексора каналов измерения 52 эквивалентен выходам N радиоприемников, подключенных к процессору синхронизации и контроля радиосвязи 54 и каждый из которых имеет собственное значение величины усиления. Процессор 54 по каждому из N радиоприемных каналов: а) осуществляет усреднение амплитуд по известному выражению 
, выполняемому в дискретно-числовой форме, где Тср - период усреднения, соответствующий нижней границе спектра частот полезного сигнала, a Uвых(t) - мгновенная величина амплитуды; б) осуществляет сравнение полученного значения с априорно введенными в оперативную память пороговыми уровнями радиосвязи "-Upc" и "+Upc", соответствующими минимальному и максимальному значению границ амплитудного динамического диапазона (Фиг.9), а также с пороговыми уровнями "-UАРУ" и "+UАРУ", соответствующими минимальному и максимальному уровням порогового переключения сигналов цифровой АРУ. При принижении и превышении величиной пороговых уровней (-Upc≤≤+Upc), процессор 54 вырабатывает тревожный сигнал "нарушение радиосвязи".
При принижении и превышении величиной пороговых уровней АРУ (-UАРУ≤≤+UАРУ), процессор синхронизации и контроля радиосвязи 54 вырабатывает управляющий сигнал АРУ на переключение коэффициента усиления малошумящего усилителя напряжения 45, передаваемый демультиплексором АРУ 56 во временном слоте с номером канала. При этом, логарифмическая характеристика передачи блока радиоприемного 38 получает гистерезисную форму. Например, при монотонном увеличении 
рабочая точка М смещается из точки А в точку В, в которой превышается пороговый уровень "+UАРУ" и дискретно переключается коэффициент усиления малошумящего усилителя 45, после чего рабочая точка М по сигналу демультиплексора АРУ 56 скачком переходит в точку С (Фиг.9). При дальнейшем монотонном увеличении рабочая точка М переходит в точку насыщения D. Амплитудный динамический диапазон усилителя достигает величины В=В1+В2. При монотонном уменьшении рабочая точка проходит по траектории последовательно через точки D, С, Е, F, А. Гистерезисный цикл управления с использованием дискретной АРУ исключает возможность ложных срабатываний устройства при однополярных скачках выходного напряжения. В результате, по каждому из N радиоприемных каналов реализуются индивидуальные контроль состояния радиосвязи и цифровая автоматическая регулировка усиления, в том числе, ширины амплитудного динамического диапазона.
Менеджеры 5 (Фиг.6), введенные в операционную память процессоров кодирования-декодирования и обнаружения 57, управляют блоками подпрограмм, реализующих алгоритмы порогового обнаружения модуляционных сигналов при вторжении нарушителей (целей). Для этого в процессор 57 через шину контроллеров 58 от процессора синхронизации и контроля радиосвязи 54 направляются последовательности дискретно-числовых значений функций и Uвых(t). Процессор 57 по каждому каналу обнаружения осуществляет операции: а) вычисления амплитудных значений полезного модуляционного сигнала 11 в дискретно-числовой форме (Фиг.1) с отделением постоянной составляющей по выражению: 
, где отношение 
- есть математическое описание полезного модуляционного сигнала; б) реализует решающие правила обнаружения полезного сигнала на фоне шумов. В простейшем случае (при неизвестных длительности, амплитуде и фазе полезного сигнала и помех) путем простого порогового сравнения амплитуды полезного сигнала (Us(t)) 11 (Фиг.1) с некоторым наперед заданным пороговым уровнем 13. В других вариантах могут быть использованы программы алгоритмов оптимального приема или адаптивного обнаружения с использованием многопороговых решающих нейросетей с анализом "тонкой" структуры полезного сигнала. Программа обнаружения реализуется для двух противоположных направлений распространения электромагнитного поля в каждом из упомянутых периферийных каналов радиосвязи, сформированных, например, периферийными приемо-передающими блоками обнаружения 28 под номерами "n-1", "n" и "n+1" (Фиг.5, 7). При обнаружении превышений пороговых уровней процессоры кодирования-декодирования и обнаружения 57 в соответствующих периферийных приемо-передающих блоках обнаружения 28 формируют коды сигналов тревоги, передаваемых по каналам центральной радиосвязи на радиопульт управления 29 через процессор синхронизации и контроля радиосвязи 54, демультиплексор каналов цифровой передачи 55, блок радиопередающий 37, антенный ВЧ коммутатор 41 и антенну 40 (Фиг 5). Установка величины пороговых уровней 13 осуществляется по командам (сообщениям) от радиопульта управления и определяется набором кнопок клавиатуры управления 35, нажимаемых оператором для формирования сигнала радиосообщения "регулировка чувствительности по обнаружению", например, в канале "n+1".
Менеджеры 6, введенные в память процессоров кодирования-декодирования и обнаружения 57 центрального и периферийных блоков управления, осуществляют логическое сопоставление тревожных сигналов по схемам "ИЛИ", "И", "задержанное И" и т.п., при этом, менеджер 6 в центральном блоке управления оперирует системой из всего множества сигналов радиосообщений, полученных пультом управления по каналам сети центральной связи. Например, при схеме размещения рубежей сигнального блокирования (Фиг.4) осуществляет системное разделение приходящих сигналов на группы "1", "2", "3", объединяя все приходящие сигналы тревоги от периферийных приемо-передающих блоков обнаружения каждой группы по схеме "ИЛИ" с регистрацией очередности времени их появления и промежутков времени между ними и затем по схемам "задержанного И" формирует дополнительные информационные сообщения: "направления движения от нас (или к нам)", "скорость движения нарушителя XX". При равномерном распределении зон обнаружения по пространству в подпрограмму обнаружения могут быть введены другие программы алгоритмов, например, траекторного анализа характеристик движения нарушителя. Менеджеры 6 периферийных блоков управления оперируют сигналами первичных сообщений, полученных по центральному и периферийному каналам радиосвязи, от внешнего датчика обнаружения и сигналов тревоги, вырабатываемых в собственном блоке управления, логически сопоставляя их по схемам "ИЛИ", "И" и "задержанного И" и т.п., в соответствии с ранее приведенным описанием способа обнаружения, иллюстрированного диаграммами на Фиг.1-3.
Как отмечалось выше, менеджер 7 реализует широко известную в компьютерной технике функцию контроля и управления состояниями клавиатуры управления, светозвукового индикатора-дисплея и оперативной памяти радиосообщений, при этом, блок подпрограмм управления, как правило, определяется рекомендуемыми требованиям в технических условиях фирм-производителей комплектующих для компьютеров. Вместе с тем необходимо указать, что функции менеджеров 6 и 7 могут делегироваться любой системе сбора и обработки информации верхнего уровня или внешнему переносному компьютеру посредством их подключения к центральному приемо-передающему блоку обнаружения 32 (Фиг.5) через второй и третий порты ввода сигналов 33 и 34, при соответствующей доработке программного обеспечения.
Демонстрационный образец устройства, реализующего предложенный способ, был разработан и испытан в метровом диапазоне волн. Получены следующие технические результаты:
- количество периферийных приемо-передающих блоков обнаружения в устройстве - 64 шт.;
- максимальная протяженность каждой локальной радиоволновой зоны обнаружения - 5...30 м;
- дальность передачи радиосообщений между любым периферийным приемо-передающим блоком обнаружения и радиопультом управления - 0,005...3,0 км;
- вероятность радиоволнового обнаружения нарушителя не хуже - 0,98;
- работа устройства в нескольких режимах, в том числе: "активный"; "дежурный"; "спящий";
- потребляемый ток периферийного приемо-передающего блока обнаружения: в "активном" режиме обнаружения - 7 мА; в "дежурном" режиме работы - 1 мА; в "спящем" (отключенном) режиме - 5 мкА.
В сравнении с известными устройствами настоящее изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства, в том числе:
- устройство может быть использовано (Фиг.4) как мобильная система сигнальной радиосвязи для передачи тревожных сигналов от внешних датчиков обнаружения;
- устройство может быть использовано в качестве самостоятельной мобильной радиоволновой сигнализационной системы обнаружения (в отсутствие внешних датчиков);
- устройство может быть использовано в качестве комбинированной системы обнаружения с использованием произвольных комбинаций радиоволнового обнаружения с другими физическими принципами обнаружения при повышенной помехоустойчивости;
- устройство обеспечивает автоматический контроль работоспособности линий радиосвязи между всеми частями системы;
- устройство обеспечивает возможность дистанционного управления режимами работы любого периферийного приемо-передающего блока обнаружения и датчика, например, переводом в "активный", "дежурный" и "спящий" режимы и смену алгоритмов обнаружения. Это позволяет управлять пространственной конфигурацией "сенсорного поля" с адаптацией системы к меняющимся помеховым условиям работы и решаемых тактических задач.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МНОГОЗОНАЛЬНАЯ РАДИОВОЛНОВАЯ СИСТЕМА ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ | 2013 |
|
RU2557481C1 |
| МОБИЛЬНАЯ БЫСТРОРАЗВЕРТЫВАЕМАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ РУБЕЖЕЙ | 2021 |
|
RU2769808C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАДИОВОЛНОВОГО ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ | 1998 |
|
RU2145441C1 |
| РАДИОВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ | 2014 |
|
RU2584496C1 |
| СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2595979C1 |
| МОБИЛЬНЫЙ РАДИОПРИЕМНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ СОТОВЫХ РАДИО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ (ВАРИАНТЫ) | 1996 |
|
RU2148894C1 |
| Интеллектуальная сетевая система мониторинга охраняемой территории нефтегазовой платформы в ледовых условиях | 2019 |
|
RU2715158C1 |
| МАЛОКАДРОВАЯ МОБИЛЬНАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ И ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ | 2019 |
|
RU2725708C1 |
| СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ ЗА ПРЕГРАДОЙ | 2016 |
|
RU2626460C1 |
| Способ дистанционной установки комбинированного средства охранной сигнализации | 2021 |
|
RU2780146C1 |
Изобретение относится к области тревожной сигнализации. Техническим результатом является обеспечение использования одной и той же радиолинии и для передачи радиосообщения и для двухпозиционного радиоволнового обнаружения нарушителя в комбинации с любым другим физическим способом обнаружения, определенным типом дополнительно включенного в систему датчика обнаружения, например, сейсмического, инфракрасного и т.п. Для этого устройство комбинированного обнаружения нарушителя и передачи сигналов радиосообщений содержит радиопульт управления и набор из N конструктивно автономных периферийных приемо-передающих блоков обнаружения. Приемо-передающие блоки и радиопульт управления организуют в пространстве синхронную систему двухсторонних радио адресных обменов сигнальной информацией с возможностью управления работой приемо-передающими блоками со стороны радиопульта и работой радиопульта по сигналам от блоков. Формируемые между блоками пространственные линии радиосвязи являются одновременно и двухпозиционными радиоволновыми зонами обнаружения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
| РАДИОВОЛНОВОЕ СРЕДСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ | 2003 |
|
RU2258258C2 |
| СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЗОНЕ | 1996 |
|
RU2130646C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ | 1996 |
|
RU2124232C1 |
| ПРОВОДНО-ВОЛНОВОЕ СРЕДСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ | 1999 |
|
RU2157563C1 |
| WO 2004109616 A1, 16.12.2004 | |||
| US 3984803 A, 05.10.1976. | |||
