КОМПЛЕКС ОХРАНЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 2016 года по МПК G08B25/10 

Изобретение относится к системам охраны и предназначено для централизованной охраны действующих базовых станций сотовой связи. Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение тактико-технических характеристик - увеличение пространственных показателей и всепогодности формирования зоны мониторинга вокруг базовых станций сотовой связи. Базовые станции мобильной связи несут на себе большое количество оборудования, как правило, располагаются вдали от населенных мест, не обеспечиваются физической охраной. Поэтому они часто становятся легкой добычей вандалов и охотников за цветными металлами. Для охраны базовых станций необходимо использовать средства мониторинга, обеспечивающие высокую достоверность принятия решения о наличии угрозы, не зависящую от состояния окружающей среды (оптической прозрачности атмосферы и ветрового воздействия на окружающие предметы), и создающие широкое поле мониторинга.

Известна система охраны и видеонаблюдения (патент РФ №2120139), содержащая модемы, блок обработки информации и блок коммутации, причем первый модем соединен через коллективную линию связи и второй модем с блоком обработки информации и отображения, на каждом охраняемом объекте содержится блок датчиков, блок сигнализации, блок видеонаблюдения, блок исполнительных устройств, блок совмещения видеоинформации и блок отображения, при этом блок датчиков соединен с блоком сигнализации, выход которого подключен к блоку исполнительных устройств и к блоку коммутации, соединенному с первым модемом и с блоками совмещения видеоинформации, выходы которых соединены с соответствующими блоками отображения, а входы соединены с определенными блоками видеонаблюдения. Недостатком системы является зависимость дальности действия блока видеонаблюдения от климатических условий и времени суток, что неприемлемо для организации охраны базовой станции сотовой связи.

Известна система охраны и наблюдения (патент РФ №2399956), содержащая пульт видеонаблюдения с контроллером мультисервисной IP сети, мультисервисная IP сеть. Работа обеспечивается через различные каналы, выполненные в виде проводной, волоконно-оптической, спутниковой сотовой или радиорелейной связи. В системе имеются аналоговые и IP видеокамеры. Система содержит группу мобильных пультов, группы пультов наблюдения и видеонаблюдения, соединенных между собой соответствующим образом. Недостатком системы является зависимость дальности действия аналоговых и IP видеокамер от климатических условий и времени суток, что неприемлемо для организации охраны базовой станции сотовой связи

Известна система SerVision, предназначенная для удаленной охраны объектов (http://ivosystems.ru/technology). По рекомендации специалистов Siemens вышки сотовой связи были оснащены оборудованием SerVision: четырехканальными видеорегистраторами, позволяющими передавать видео высокого качества по сетям 3G и GPRS. При этом была реализована и система оповещения: встроенные видеодетекторы движения в режиме реального времени передают в диспетчерский центр сигнал о несанкционированном проникновении на территорию вышки. Передача потокового видео, а также создание системы оповещений и сигналов тревоги, по которым осуществлялся бы выезд ремонтных бригад, осуществляется в режиме реального времени по сетям мобильной связи. Сообщение и видеозапись поступают к диспетчеру - после их анализа он может оперативно принять решение, нужно ли направлять на данный объект оперативную бригаду. Важным преимуществом оборудования SerVision стала возможность автономной работы в случае, если отключается основное электроснабжение (из-за аварии или попытки хищения оборудования). Видеорегистратор и видеокамеры снабжены автономными аккумуляторами, поэтому видеонаблюдение продолжается, и вся информация передается на диспетчерский пункт. У оборудования SerVision низкое энергопотребление, поэтому видеорегистраторы и видеокамеры могут работать в автономном режиме достаточно долго. Недостатком системы является зависимость дальности действия видеодетекторов от климатических условий и времени суток, что ограничивает возможности надежной охраны базой станции.

Известна GSM видеокамера (http://www.videorus.ru), содержащая видеокамеру, GSM модуль, цифровой датчик движения и функцию записи на жесткий диск DVR. Устройство в режиме охраны отслеживает движение в области действия датчика и при появлении движущегося объекта делает фотоснимки и отправляет файлы на запрограммированный телефонный номер (до 4-х телефонных номеров) в виде MMS сообщений и на адрес электронной почты E-mail (до 4-х адресов электронной почты E-mail). При активации режима тревоги, MMS камера не только отправляет фотографии на номер владельца, но и делает резервный фотоснимок и видеозапись, которые сохраняются на съемной карте памяти SD емкостью 32 Гб (в комплект не входит). Недостатком системы является зависимость дальности действия видеодетекторов от климатических условий и времени суток, что ограничивает возможности надежной охраны базовой станции.

Известны радиоволновые объемные и периметральные извещатели (http://www.umirs-m.ru/), предназначенные для охраны имущества, размещенного на открытых площадках или вдоль ограждений, например: извещатели серии «Фон-3» (ЗАО «Аргус-спектр»), «Радар» (ЗАО «Старт-7»), «TREZOR-M01» «ЗАО «Восток - специальные системы». Во всех извещателях реализуется функция селекции по скорости (частоте Доплера) и обеспечивается высокая устойчивость к воздействию окружающей среды (дождь, снег, солнечная радиация, ветровые нагрузки), широкое поле покрытия до 50×50 м. Недостатки радиоволновых извещателей заключаются в необходимости визуального отождествления результатов обнаружения, поскольку радиоволновые извещатели не позволяют идентифицировать объект обнаружения, что может привести к ложному срабатыванию системы охраны.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится комплекс мониторинговых и охранных устройств (патент РФ №78742), содержащий оконечные устройства, устройства обработки информации, устройства хранения информации, алгоритмы принятия решения, а также объектовый контроллер, при этом все устройства объединены в три основных взаимосвязанных модуля: модуль оконечных устройств, модуль системы хранения и обработки информации, модуль системы алгоритма принятия решения.

Недостатком комплекса является зависимость дальности действия и достоверности получаемой информации модулем оконечных устройств в зависимости от климатических условий, что ограничивает возможности надежной охраны базовой станции.

Таким образом, целью заявляемого изобретения является увеличение пространственных показателей и высокой достоверности принятия решения о наличии угрозы охраняемому объекту - вышки базовой станции сотовой связи, не зависящей от состояния окружающей среды (оптической прозрачности атмосферы и ветрового воздействия на окружающие предметы).

Указанная цель достигается тем, что в комплекс мониторинговых и охранных устройств, содержащий взаимосвязанные: модуль оконечных устройств, состоящий из блока видеонаблюдений, буфера памяти, объектового контроллера, снабженного средствами передачи данных, блока автономного питания; модуль системы хранения и обработки информации на базе компьютера, находящийся на удаленном от базовой станции месте и связанный с модулем оконечных устройств посредством Интернет или GSM каналов через средства передачи данных объектового контроллера; модуль системы алгоритмов принятия решения, дополнительно в модуль оконечных устройств введен блок доплеровских радиоволновых полуактивных извещателей, каждый из которых состоит из целевого и опорного каналов, причем целевой канал содержит последовательно соединенные секторную направленную антенну, целевой супергетеродинный приемник, смеситель, набор N объединенных по входу узкополосных фильтров (УПФ), выходного устройства (ВУ), к N входам которого параллельно подключен набор N объединенных по входу УПФ, причем опорный канал содержит последовательно соединенные ненаправленную антенну и опорный супергетеродинный приемник, а выход опорного супергетеродинного приемника подключен ко второму входу смесителя целевого канала, при этом выход ВУ подключен к объектовому контроллеру, а в качестве передающих устройств доплеровских радиоволновых полуактивных извещателей используются передатчики стандарта GSM, расположенные на охраняемой базовой станции.

Приведенная совокупность признаков отсутствует в исследованной патентной и научно-технической литературе по данному вопросу, а следовательно, предложенные технические решения соответствуют критерию «новизна». Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-5.

Фиг. 1 - структурная схема соединения модулей.

Фиг. 2 - функциональная схема прохождения сигналов.

Фиг. 3 - блок-схема доплеровского радиоволнового полуактивного извещателя.

Фиг. 4 - пояснение принципа работы.

Фиг. 5 - спектрограммы сигналов, отраженных от перемещающихся людей.

Аппаратура комплекса охраны базовых станций по фиг. 1 состоит из последовательно соединенных модуля оконечных устройств 1, интернет и GSM каналов 2, модуля системы хранения и обработки информации 3, модуля системы алгоритмов принятия решения 4, при этом по фиг. 2 модуль оконечных устройств содержит последовательно соединенные блок доплеровских радиоволновых полуактивных извещателей 5 и объектовый контроллер 6, снабженный средствами передачи данных, буфер памяти 7, подключенный ко второму входу буфера памяти блок видеонаблюдений 8, подключенный ко всем устройствам модуля оконечных устройств блок автономного питания 9, при этом доплеровский радиоволновой полуактивный извещатель по фиг. 3 состоит из передатчика сигнала стандарта GSM 11 охраняемой базовой станции, опорного 12 и целевого 13 приемных каналов, причем целевой приемный канал содержит последовательно соединенные секторную направленную антенну 14, целевой супергетеродинный приемник 15, смеситель 16, набор N объединенных по входу узкополосных фильтров (УПФ) 17, выходное устройство 18, к N входам которого параллельно подключены выходы набора N объединенных по входу УПФ, при этом опорный приемный канал содержит последовательно соединенные ненаправленную антенну 19 и опорный супергетеродинный приемник 20, выход которого подключен ко второму входу смесителя 16, при этом выход выходного устройства 18 является выходом доплеровского радиоволнового полуактивного извещателя.

Заявляемый комплекс охраны базовых станций сотовой связи работает следующим образом. Модуль оконечных устройств на базовой станции устанавливается таким образом, чтобы (фиг. 4) зона действия блока доплеровских радиоволновых извещателей 5 и область съемки видеокамер блока 8 были бы совмещены и перекрывались, а также накрывали бы охраняемый периметр 26 вокруг базовой станции 24. Модуль системы хранения и обработки информации 3, а также модуль системы алгоритмов принятия решения 4 находятся в удаленном от базовой станции компьютере и связаны с модулем оконечных устройств посредством линии передачи фото и видео, а также тревожных сигналов приближения к охраняемому периметру через Интернет и GSM каналы 2. Видеокамеры блока видеонаблюдений 8 ведут постоянную съемку охраняемого периметра базовой станции 26. В случае движения в зоне видимости видеокамеры, она передает изображение в буфер памяти 7, но данное изображение не является тревожным видеосигналом. Данное видеоизображение впоследствии используется для передачи его в модуль хранения и обработки информации 3 в результате срабатывания совмещенного с видеокамерой доплеровского радиоволнового полуактивного извещателя.

Работа доплеровского радиоволнового полуактивного извещателя блока 5 состоит в следующем (фиг. 3, 4). Передатчик базовой станции 24 сотовой связи формирует слабонаправленное поле покрытия сигналом стандарта GSM 25, в том числе и вокруг, и внутри охраняемого периметра 26. Охраняемый периметр 26 перекрывается пространственной зоной действия модуля оконечных устройств 27, которая формируются областью съемки видеокамер и диаграммой направленности секторной направленной антенны. При попадании объекта-нарушителя 21 в поле покрытия станции сотовой связи 25, на него падает прямой сигнал передатчика GSM 22 (фиг. 3) [1]:

- комплексная огибающая опорного сигнала;

- несущая частота базовой станции;

- закон фазовой модуляции стандарта GSM с учетом периодической и кадровой и слотовой структуры.

φ_n(t) - начальная фаза.

При движении объекта-нарушителя 21 в пространственной зоне действия модуля оконечных устройств часть отраженного от объекта сигнала GSM 23 попадает в диаграмму направленности секторной направленной антенны 14 целевого канала 13 [2, 3]:

τ_r - время запаздывания эхо-сигнала относительно прямого;

F_д - частота Доплера.

M(t)=U_m(t) exp[jφ_m(t)] - комплексная огибающая флюктуации эхо-сигнала.

Ввиду незначительной потребной дальности расположения периметра обнаружения вокруг базовой станции, обнаружение объекта-нарушителя осуществляется в первом элементе разрешения дальности. Первый элемент разрешения по дальности определяется шириной спектра GSM сигнала и рассчитывается по формуле:

где

Откуда Δr1=750 м

На ненаправленную антенну 19 опорного канала 12 поступает прямой сигнал GSM 22. В супергетеродинных приемниках целевого канала 15 и опорного канала 20 происходит частотная селекция, усиление и преобразование на промежуточную частоту принятых антеннами 14 и 19 сигналов. При этом промежуточные частоты сигналов на выходах целевого и опорного супергетеродинного приемников отличаются на величину разносной частоты не менее чем fp > 2Fд мах, где Fд мах - максимальное значение радиальной доплеровской частоты объекта- нарушителя. Сигналы с выходов целевого и опорного супергетеродинного приемников поступают на соответствующе входы смесителя 16, в котором после перемножения формируются сигналы с разностной и суммарной частотами ω₀ и фазами . Смесь сигналов с суммарной и разносными частотами с выхода смесителя 16 поступает на вход набора N объединенных по входу узкополосных фильтров (УПФ) 17. В наборе УПФ происходит частотная селекция низкочастотной составляющей результата перемножения в смесителе 16. Поскольку объект-нарушитель 21 находится на удалении от блока доплеровских радиоволновых полуактивных извещателей 5, меньшем чем Δr1, то в УПФ выделяется свертка сигналов (1) и (2) с доплеровской частотой:

В наборе N объединенных по входу узкополосных фильтров 17 осуществляется когерентная фильтрация свертки эхо-сигнала (3) по доплеровской частоте. Ширина полосы пропускания каждого фильтра Δf_ф определяет время накопления Т_нс=1/Δf_ф и разрешающую способность по скорости ΔV=λ/2Δf_ф. Полоса пропускания каждого фильтра из набора N объединенных по входу узкополосных фильтров 17 определяется шириной центрального пика автоспектра и не превышает 3-5 Гц. Количество узкополосных фильтров выбирают из условия

Диапазон доплеровских частот сигналов, отраженных от объектов-нарушителей, варьируется от F_{д min} до F_{д max} и зависит от скорости движения цели.

Как показывает анализ частотно-временной структуры GSM сигнала, [3] спектр его автосвертки имеет регулярные гармоники на частотах, кратных и где τ_к=4615 мкс - длительность кадра, τ_с=577 мкс - длительность слота. При использовании ненаправленного подсвета сигнала GSM в качестве подсвечивающего, гармоники на нулевой частоте и частотах, кратных 216.6 Гц, будут оказывать мешающее воздействие. При этом максимальное значение доплеровской частоты F_{д max} определяется максимальной ожидаемой скоростью движения объекта-нарушителя. Так при скорости движения объекта-нарушителя 100 км/ч максимальное значение доплеровской частоты не превысит 180 Гц. Поэтому при построении набора N УПФ достаточно ограничиться полосой частот ±200 Гц с центральной частотой fp более 200 Гц с режекцией (подавлением) проникающей гармоники на частоте fp. Отфильтрованный сигнал с выхода одного из N УПФ с доплеровской добавкой частоты Fд поступает на вход выходного устройства 18. При приближении объекта-нарушителя к охраняемому периметру в ВУ происходит анализ амплитудных и частотных параметров поступающего сигнала и формирование тревожного сигнала приближения. Радиолокационные параметры GSM сигнала позволяют с высокой степенью точности селектировать амплитуду и знак частоты отраженного от объекта-нарушителя сигнала. На фиг. 5 приведены спектрограммы а) и фотоизображения людей б), обнаруженных посредством описанного доплеровского радиоволнового полуактивного извещателя. Частота обнаружения составила в зависимости от направления движения ±8 Гц. При этом достоверность получаемой информации не зависит от климатических условий окружающей среды.

Сигнал с выхода ВУ является выходным сигналом срабатывания доплеровского извещателя. Сигнал срабатывания поступает на и приводит к инициированию объектового контроллера 6, который формирует команду на извлечение из буфера памяти 7 и передачу через Интернет и GSM каналы 2 (посредством встроенных в контроллер средств посылки SMS, MMS и данных) видео и фото информации на модуль хранения и обработки информации. Буфер памяти непрерывно регистрирует события посредством сохранения видеоинформации, поступающей с камеры. Во избежание переполнения происходит перезапись пассивных событий до активации режима тревоги доплеровским радиоволновым полуактивным извещателем. Модуль хранения и обработки информации находится в удаленном от базовой станции месте. На модуль с оконечных устройств 3 поступают отчетная фото и видеоинформация, а также тревожная информация о приближении объекта-нарушителя к охраняемому периметру базовой станции. Под каждую охраняемую базовую станцию отводится определенная область памяти системы хранения информации, которая обеспечивает хранение архива поступающей информации с охраняемого объекта в течение заданного времени. Во избежание переполнения происходит перезапись наиболее старой информации на вновь поступающую. Модуль системы алгоритмов принятия решения 4 на основе анализа вновь поступившей и хранящейся видео и фотоинформации, а также тревожного сигнала о приближении объекта-нарушителя 21 к охраняемому периметру базовой станции 26 обеспечивает принятие решения на реагирование и отображение информации.

Комплекс охраны базовых станций сотовой связи предназначен для решения задач удаленного мониторинга и охраны периметра базовых станций посредством модуля оконечных устройств, а также средств передачи тревожной информации по Интернет и GSM каналам на удаленный модуль хранения и обработки информации. Отличительной особенностью комплекса является использование в модуле оконечных устройств радиоволнового полуактивного доплеровского извещателя о приближении к охраняемому периметру потенциального объекта-нарушителя, в котором в качестве радиопередающего устройства использован передатчик сигнала стандарта GSM, расположенный на охраняемой базовой станции. 5 ил.

Комплекс охраны базовых станций сотовой связи, содержащий: модуль оконечных устройств, состоящий из последовательно соединенных блока видеонаблюдений, буфера памяти, объектового контроллера, снабженного средствами передачи данных, а также блока автономного питания; модуль системы хранения и обработки информации на базе компьютера, находящийся на удаленном от базовой станции месте и связанный с модулем оконечных устройств посредством Интернет или GSM каналов через средства передачи данных объектового контроллера; модуль системы алгоритмов принятия решения, связанный с модулем системы хранения и обработки информации, отличающийся тем, что дополнительно в модуль оконечных устройств введен блок доплеровских радиоволновых полуактивных извещателей, каждый из которых состоит из передатчиков сигналов стандарта GSM, расположенных на охраняемой базовой станции, целевого и опорного каналов, причем целевой канал содержит последовательно соединенные секторную направленную антенну, целевой супергетеродинный приемник, смеситель, набор N объединенных по входу узкополосных фильтров (УПФ), выходное устройство (ВУ), к N входам которого параллельно подключен набор N объединенных по входу УПФ, причем опорный канал содержит последовательно соединенные ненаправленную антенну и опорный супергетеродинный приемник, а выход опорного супергетеродинного приемника подключен ко второму входу смесителя целевого канала, при этом выход ВУ подключен ко второму входу объектового контроллера.