УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ ПО СЕЙСМИЧЕСКОМУ СИГНАЛУ С НОРМИРУЕМОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ ЛОЖНЫХ СРАБАТЫВАНИЙ Российский патент 2015 года по МПК G01V1/16 G08B13/16 

Устройство предназначено для обнаружения и распознавания движущихся наземных объектов по создаваемым ими сейсмическим колебаниям и может быть использовано для охраны и обороны, в сопряжении со средствами поражения, периметров объектов и подступов к объектам.

Известно устройство для обнаружения пересечения границы охраняемой зоны по анализу известного частотного спектра сейсмических сигналов, формируемых объектом-нарушителем [1]. Известен способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу [2], который включает регистрацию сейсмического сигнала объекта, формирование средневзвешенной частоты спектра в низкочастотной полосе пропускания и высокочастотной составляющей сигнала и принятие решения по анализу отношения средневзвешенной частоты спектра в эффективной полосе пропускания к высокочастотной составляющей сигнала. Недостатком этих алгоритмов обработки сигнала является чрезмерно высокая для датчиков цели вероятность ложных срабатываний устройств.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является сейсмическое устройство обнаружения объектов [3], в котором после преобразования сейсмических колебаний в электрический сигнал в сейсмическом приемнике, сигнал обрабатывается в двух трактах (фиг. 1, а). Первый тракт обработки сигнала включает схему автоматического регулирования усиления, блок выделения и обработки импульсных сигналов, каналы выделения частотных признаков, группу компараторов, второй тракт (фиг. 1, б) - полосовой фильтр, ограничитель, частотный детектор и фильтр нижних частот. Решение об обнаружении объекта принимается при одновременном наличии сигнала на выходе схемы обработки сигнала и его отсутствии в канале частотного детектирования.

Наиболее существенным недостатком данного устройства является недостаточно низкая вероятность ложных срабатываний для его применения в качестве датчика цели, определяющего срабатывание средств поражения.

В предлагаемом устройстве обеспечивается требуемая вероятность ложных срабатываний для использования сейсмического средства обнаружения объекта-нарушителя в качестве датчика цели, определяющего срабатывание средств поражения.

Данный результат достигается тем, что изменяется второй тракт обработки сигнала. Во второй тракт вводятся блок снижения уровня помех, содержащий широкополосный фильтр-ограничитель - узкополосный фильтр (ФОФ), пороговое устройство и конъюнктор.

На фиг. 2 представлена схема устройства обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу с нормируемой вероятностью ложных срабатываний, содержащая сейсмический приемник 1, аналого-цифровой преобразователь 2, схему обработки сейсмосигнала 3, схему принятия решения первого тракта 4, сумматор 5, генератор шума 6, широкополосный фильтр 7, ограничитель 8, узкополосный фильтр 9, детектор огибающей 10, интегратор 11, пороговое устройство 12 и конъюнктор 13.

Устройство обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу с нормируемой вероятностью ложных срабатываний работает следующим образом. Сейсмические колебания улавливаются сейсмическим приемником 1 и преобразуются в цифровой вид в аналого-цифровом преобразователе 2, с выхода которого сигнал подается на последовательно соединенные схему обработки сейсмосигнала 3, где в семи однотипных каналах выделяются частотные признаки, по результатам анализа которых формируется последовательность логических сигналов (нули и единицы), схему принятия решения первого тракта 4, где по поступающим на вход логическим сигналам принимается решение об обнаружении объекта в первом тракте обработки сигнала, и первый вход конъюнктора 13, сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 поступает также на первый вход сумматора 5, на второй вход которого подается широкополосный шум с равномерным спектром с генератора шума 6, с выхода сумматора 5 сигнал поступает на вход широкополосного фильтра 7 и далее на последовательно соединенные ограничитель 8, где происходит усиление и ограничение сигнала на заданном уровне, узкополосный фильтр 9, детектор огибающей 10, интегратор 11, обеспечивающий сглаживание сигнала, пороговое устройство 12 и второй вход конъюнктора 13. Так как спектр сигнала сейсмического фона или других помех не является «белым», то в сумматоре 5 происходит «подмешивание» гауссовского шума (соизмеримого с уровнем сейсмического сигнала) и на вход широкополосного фильтра 7 поступает процесс с учетом «отбеливания», что повышает эффективность снижения уровня помех по входу порогового устройства 12. Опорное напряжение порогового устройства 12 устанавливается из условия обеспечения заданной вероятности ложного срабатывания устройства. Так как мощность шумов на выходе ФОФ определяется отношением эффективных полос узкополосного 9 и широкополосного 7 фильтров, то изменяя это отношение, можно реализовать требуемое значение вероятности ложных срабатываний. Исследования показали, что при полосе пропускания широкополосного фильтра Δf=250 Гц и узкополосном фильтре, согласованном с сигналом шагов человека, при уровнях ограничения ±1 В вероятность ложных срабатываний Р_л=10^-6 за 10 суток работы устройства обеспечивается при уровне порога V_o=0,33 В.

Принцип работы предлагаемого устройства обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу с нормируемой вероятностью ложных срабатываний иллюстрируется чертежами.

На фиг. 3 показаны формы сигнала шагов идущего человека на выходах блоков обработки сигнала: на фиг. 3, а - сигнал на выходе широкополосного фильтра, на фиг. 3, б - сигнал на выходе ограничителя, на фиг. 3, в - сигнал на выходе узкополосного фильтра, а фиг. 3, г - сигнал на выходе интегратора.

На фиг. 4 показаны аналогичные графики для сейсмического сигнала сейсмического фона.

Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить требуемую вероятность ложных срабатываний для использования сейсмического средства обнаружения объекта-нарушителя в качестве датчика цели, определяющего срабатывание средств поражения.

Источники информации

1. ПС - 75С. Прибор сигнализационный сейсмический. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1а1.111.006 ТО.

2. Патент RU 2365945 РФ, G01V 1/00. Дудкин В.Α., Мясникова Н.В., Митрохин М.А. и др. Способ обнаружения перемещающихся объектов по сейсмическому сигналу.

3. Патент RU 2175772 РФ G01V 1/16. Крюков И.Н., Иванов В.А. Сейсмическое устройство обнаружения объектов.

Изобретение относится к области охранных систем и может быть использовано для обнаружения и распознания движущихся наземных объектов по создаваемым ими сейсмическим колебаниям. Устройство обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу с нормируемой вероятностью ложных срабатываний содержит сейсмический приемник, аналого-цифровой преобразователь, схему обработки сейсмосигнала, схему принятия решения первого тракта, сумматор, генератор шума, широкополосный фильтр, ограничитель, узкополосный фильтр, детектор огибающей, интегратор, пороговое устройство, конъюнктор. Технический результат - повышение точности обнаружения объекта-нарушителя. 11 ил.

Устройство обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу с нормируемой вероятностью ложных срабатываний, содержащее последовательно соединенные сейсмический приемник, аналого-цифровой преобразователь и два тракта обработки сигнала, причем первый тракт содержит последовательно соединенные схему обработки сейсмосигнала и схему принятия решения первого тракта, отличающееся тем, что второй тракт содержит сумматор, первый вход которого подключается к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход к выходу генератора шума, и последовательно соединенные с выходом сумматора широкополосный фильтр, ограничитель, узкополосный фильтр, детектор огибающей, интегратор, пороговое устройство, выходы схемы принятия решения первого тракта и порогового устройства второго тракта соединены с входами конъюнктора, на выходе которого формируется решение об обнаружении объекта.