СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ ЗА ПРЕГРАДОЙ Российский патент 2017 года по МПК G01S13/04 

Предлагаемое изобретение относится к системам обнаружения и может быть использовано для охраны подвижных и стационарных объектов при установлении факта проникновения нарушителей в охраняемое пространство и передачи тревожных сигналов с использованием радиоволн в центр управления. А также может использоваться при проведении поисковых и спасательных работ в труднодоступных областях, в зонах чрезвычайных ситуаций (ЧС), инцидентов, террористических атак и в штатных режимах работы правоохранительных органов и иных силовых структур.

Известны системы и устройства обнаружения, действие которых основано на использовании сверхширокополосных сигналов (СШП).

Одним из известных устройств является устройство обнаружения "Xaver 800" (Camero-Tech Ltd, Израиль информация с сайта http://www.camero-tech.com), основанное на использовании сверхширокополосных сигналов (СШП), способных проникать сквозь большинство материалов, из которых построены стены, и представляющих в режиме реального времени в трехмерном изображении с разных ракурсов местонахождение объектов в обследуемом пространстве. Система Xaver 800 представляет собой сенсор, создающий эффект электромагнитной линзы. При этом сенсор может располагаться на расстоянии свыше 30 м (100 футов) от оператора. Устройство запатентовано как Through-Wall Imaging Device (№ WO 2007029226, G01S 13/89, опубл. 15.03.2007 г. и содержит основание, на котором с одной стороны закреплены приемное и передающее устройства, устройство обработки сверхширокополосных сигналов, а с другой стороны установлен дисплей, кроме того, устройство содержит антенные элементы, установленные на разнесенных на некотором расстоянии от основания дополнительных элементах.

Известен радар для обнаружения людей за оптически непрозрачными преградами (НИЦ СШП МАИ, Россия, информация с сайта http://uwbgroup.ru). Радар может вести наблюдение, находясь на расстоянии до 5-10 метров от препятствия, и обеспечивать обнаружение двигающегося и неподвижного человека на расстоянии до 10 метров за препятствием. Малая длительность сигнала обеспечивает высокую точность определения местоположения человека за преградой и устойчивую работу радара в условиях многократных переотражений от окружающих предметов. Информация о дальности до обнаруженных объектов отображается на светодиодном табло на верхней панели радара. Для одновременного наблюдения за всей дистанцией, радар позволяет наблюдать на экране выносного монитора сигналы, отраженные от движущего человека из каждого элемента дальности. Элементы дальности, в которых уровень сигнала превысил порог, высвечиваются на светодиодном табло радара. Радар запатентован как «Устройство для обнаружения людей и движущихся объектов за преградой (патент на изобретение № RU 2384860, G01S 13/04, опубл. 20.03.2010 г.), содержащее антенный блок, с передающей и приемными антеннами, подключенный к выходу передатчика сверхширокополосных зондирующих сигналов, приемный многоканальный блок, выходы которого соединены с входами каналов обработки, блок определения местоположения, входы которого подсоединены соответственно к выходам каналов обработки и блок отображения данных, при этом канал обработки содержит аналого-цифровой преобразователь, включенный на входе канала обработки, и последовательно соединенные блок оперативной памяти и блок череспериодной компенсации.

Недостатками данных устройств являются:

- избыточная сложность устройств;

- устройство функционирует при постоянном присутствии оператора;

- пульт наблюдения (экран) размещен непосредственно на устройстве, что ограничивает возможность дистанционного наблюдения;

- недостаточная дальность обнаружения;

- устройства предназначены для работы только в стационарных условиях, обладают высокой разрешающей способностью, что способствует созданию помех и ложных срабатываний;

- устройства не предназначены для работы в условиях сильных вибраций, тряски, перепадов температур, свойственных железнодорожному или автомобильному транспорту.

Наиболее близким техническим решением является охранное устройство с использованием радиоволн (патент на изобретение № RU 2070737, G08B 13/181, опубл. 20.12.1996 г), предназначенное для охраны ценных грузов во время их транспортировки по железным и автомобильным дорогам, а также в местах их хранения. Техническим результатом является получение информации о процессе вскрытия (взломе) и вскрытии одного или нескольких объектов из большого числа охраняемых. Для этого в охранное устройство, содержащее блок радиоволнового обнаружения, состоящий из размещенных внутри охраняемого помещения передающей антенны, генератора электромагнитных волн, модулятора, источника электропитания, и блока центра управления с размещенными вне охраняемого помещения приемной антенной, приемником и демодулятором, введены постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и дешифратор, при этом ПЗУ, выключатель и выполненный автономным источник электропитания размещены в охраняемом помещении. Передающая антенна выполнена в виде вертикально расположенного диполя или биконуса, расположенного горизонтально, и размещена на потолке охраняемого помещения, выполненного экранированным, а на стыках стен и потолка охраняемого помещения по периметру расположены отражатели.

Недостатком данного охранного устройства является то, что предложенное охранное устройство относится к узкополосным радиосистемам. Одним из преимуществ заявляемого изобретения, по сравнению с узкополосными радиосистемами, является их слабая чувствительность к искажениям в условиях многолучевого распространения радиоволн. Данный эффект, обусловленный поступлением на приемную антенну как прямого сигнала от передатчика, так и сигналов, отразившихся от окружающих предметов, является одним из важнейших факторов, ухудшающих условия радиоприема. Образование искажений в таких каналах связано с наложением одного сигнала на другой с примерно равной амплитудой, но отличающегося по фазе. В результате происходит частичное или полное подавление одного луча другим. Для передачи в сверхширокополосных (СШП) системах, к которым относится заявляемое изобретение, применяются очень короткие импульсы, поэтому не возникают и межсимвольные искажения - энергия принятого импульса практически всегда успевает фактически полностью затухнуть до момента прихода его следующей отраженной копии.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении настоящего изобретения, является необходимость создания системы обнаружения движущихся объектов за оптически непрозрачной преградой для охраны подвижных и стационарных объектов и передачи тревожных сигналов с использованием радиоволн в центр управления.

Техническим результатом изобретения является снижение искажений принимаемого сигнала, устойчивое обнаружение движущихся объектов, перемещающихся в транспортном средстве во время его движения, в условиях естественных вибраций и ударов, а также в стационарных условиях.

Этот результат достигается за счет того, что в системе обнаружения движущихся объектов за преградой, содержащей объединенные единой сетью радиосвязи комплект устройства радиоволнового обнаружения (КУРО) с передающей антенной и комплект центра управления (КЦУ) с приемной антенной, размещенные вне охраняемого пространства, комплект устройства радиоволнового обнаружения и комплект центра управления соединены между собой широкополосным каналом передачи данных, при этом комплект устройства радиоволнового обнаружения включает в себя комплект элементов питания и не менее одного одиночного устройства обнаружения широкополосного (ОУОШ), выполненного с возможностью излучения сверхширокополосного зондирующего сигнала, состоящего из корпуса, внутри которого расположены последовательно соединенные плата питания, модуль радара с дополнительными каскадами усиления, плата преобразователя, плата интерфейсная, плата процессорная, твердотельный диск и модуль приемопередатчика, выход которого подсоединен к антенне для передачи информации в комплект центра управления, который включает в себя по меньшей мере одну базовую станцию (БС), выполненную на основе приемопередатчика со встроенной всенаправленной антенной и соединенной с блоком обработки и отображения информации (БООИ), анализирующим поступающую информацию, координирующим работу ОУОШ и выполненным на основе компьютера, причем по меньшей мере одно ОУОШ выполнено расположенным с противоположной по отношению к охраняемому пространству стороны преграды, отделяющей охраняемое пространство от упомянутого ОУОШ, таким образом, что излучаемые сверхширокополосные зондирующие сигналы охватывают все охраняемое пространство.

В упомянутой системе обнаружения блок обработки и отображения информации может быть соединен с базовой станцией посредством RS-232 соединения. Корпус ОУОШ и корпус БС могут быть выполнены герметичными из термостатированного материала со средствами крепления на любую вертикальную поверхность. БООИ может быть выполнен с возможностью выдачи звукового сигнала тревоги и тревожного сообщения при обнаружении движущихся объектов в охраняемом пространстве. Комплект устройства радиоволнового обнаружения может включать N одиночных устройств обнаружения широкополосных, количество которых определяется возможностью приема базовой станцией сигнала от одиночных устройств обнаружения широкополосных, размещенных на удалении от нее до 5 километров.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема системы обнаружения движущихся объектов за преградой.

На Фиг. 2 изображено взаимное расположение охраняемого объекта и комплекта центра управления, установленных в железнодорожных вагонах.

На Фиг. 3 изображено взаимное расположение охраняемого объекта и комплекта центра управления, установленных в стационарном объекте (здание, сооружение).

Система обнаружения движущихся объектов за преградой (Фиг. 1) содержит соединенные беспроводным широкополосным каналом передачи данных, комплект устройства радиоволнового обнаружения 1 и комплект центра управления 2, причем комплект радиоволнового обнаружения 1 включает в себя одиночное устройство обнаружения широкополосное 3, комплект элементов питания 4 и антенну 5, а комплект центра управления 2 включает в себя базовую станцию 6, блок обработки и отображения информации 7 и антенну 8.

Одиночное устройство обнаружения широкополосное 3 выполнено в виде электронной схемы в термостатированном герметичном корпусе с уровнем защиты IP66 и содержит, в частности, плату питания, антенну рупорную и модуль приемопередатчика СШП. На корпусе ОУОШ 3 установлена всенаправленная антенна для передачи информации на базовую станцию, расположен тумблер для включения/отключения питания ОУОШ 3 и разъем для подключения комплекта элементов питания 4. ОУОШ 3 предназначен для формирования цифровой обработки зондирующего сигнала и передачи информации (сигнала тревоги/сигнала исправной работы) на БООИ 7.

Передающая антенна блока устройства радиоволнового обнаружения ОУОШ 3 может быть выполнена в виде всенаправленной антенны.

Модуль приемопередатчика СШПС выполнен в виде, по крайней мере, одного генератора видеоимпульсов наносекундной длительности.

БС 6 выполнена на основе базового приемопередатчика и обеспечивает радиоприем, цифровую обработку, первичное декодирование и передачу информации на БООИ 7 и состоит из герметичного унифицированного металлического корпуса индустриального климатического исполнения с уровнем защиты IP65 для защиты от атмосферных воздействий и механических повреждений. На корпус БС 6 крепится всенаправленная антенна для приема передаваемой информации с ОУОШ 3. На корпусе БС 6 расположен разъем питания базовой станции, разъем питания БООИ 7, разъем подключения информационного кабеля БООИ 7 и тумблер включения/отключения питания БС 6. Внутри корпуса БС 6 размещаются: плата питания БС 6, радиомодуль, плата БС 6 и аккумуляторная батарея. БС 6 предназначена для получения от ОУОШ 3 и передачи на БООИ 7 информации о фактах проникновения нарушителей (движущихся объектов) в охраняемое пространство внутри подвижных, стационарных объектов и информации о исправной работе ОУОШ 3.

БООИ 7 выполнен на основе компьютера (промышленного ноутбука), обеспечивает прием, обработку, архивирование, графическое отображение передаваемой с БС 6 информации о фактах проникновения нарушителей в охраняемое пространство внутри подвижных, стационарных объектов и информации о исправной работе ОУОШ 3, выдачи звукового сигнала тревоги и тревожного сообщения при проникновении нарушителя в охраняемое пространство объекта, в том числе с указанием номера ОУОШ, даты и времени события в журнале событий в виде log-файла. БООИ может быть выполнен с возможностью приема, обработки, архивирования, графического отображения информации о исправной работе ОУОШ. На корпусах устройств ОУОШ 3 и БС 6 могут быть предусмотрены крепления для монтажа на любую вертикальную поверхность.

Работа системы обнаружения движущихся объектов за преградой осуществляется следующим образом. Импульсный зондирующий сигнал наносекундной длительности, сформированный модулем радара приемопередатчика СШПС, передается по проводной линии связи на вход антенны рупорной. Антенна рупорная излучает импульсный сигнал в направлении охраняемого пространства, расположенного за оптически непрозрачной преградой (стены и перекрытия, изготовленные из стандартных строительных материалов, включая кирпичи, блоки, бетонные перекрытия, включая железобетон, деревянные балки, и т.д.), и принимает отраженный сигнал от движущихся объектов в охраняемом пространстве. Сигнал, отраженный от движущихся объектов, попадает на вход модуля радара приемопередатчика СШПС и далее с выхода модуля передается на вход платы преобразователя для временного стробирования сигнала, с целью уменьшения влияния мощных отражений от неподвижных объектов, находящихся в зоне обзора, и обработки сигналов в коротких временных интервалах, а также фазового детектирования для выделения доплеровской составляющей сигнала. После фазового детектирования осуществляется накопление заданного числа принятых импульсов и преобразование в цифровой код с последующим хранением его в ячейке памяти твердотельного диска, соответствующей определенному элементу дальности.

Цифровая обработка информационных пакетов для всех элементов дальности осуществляется в процессорной плате ОУОШ. В связи с большим динамическим диапазоном принимаемого сигнала используется аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) большой разрядности, реализованный в модуле радара ОУОШ. Минимальная ширина временного окна определяется длительностью зондирующего сигнала. Изменение задержки окна осуществляет последовательный обзор зоны наблюдения. Обзор зоны антенной рупорной производится последовательно с многократным осмотром всех элементов дальности выделенной зоны за интервал времени 10 с. При этом в плате преобразователя осуществляется временная дискретизация сигнала в каждом элементе дальности. После проведения циклического обзора, в процессорной плате ОУОШ формируется информационный пакет, обработка которого позволяет вынести решение о наличии/отсутствии нарушителя в зоне наблюдения. Повышение несущей частоты позволяет легче отделить частоту движущегося объекта от постоянной составляющей. Следует принять во внимание, что на частотах 0.9-2 ГГц работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС и большинство операторов сотовой связи России, а на частотах порядка 2.4 ГГц осуществляется доступ в Интернет через беспроводную связь Wi-Fi. В соответствии с Приложением №16 к решению ГКРЧ от 7 мая 2007 г. №07-20-03-001 и Приложением к решению ГКРЧ от 15 декабря 2009 г. №09-05-02 сверхширокополосные беспроводные устройства имеют наиболее благоприятные условия (-57 дБм/МГц) для работы в диапазоне частот 3375-3950 МГц. С учетом изложенного, частота несущего колебания, используемая в ОУОШ, принята равной 3.5 ГГц (λ=0,0856 м). Данный информационный пакет с выхода процессорной платы подается на вход платы интерфейсной для преобразования, например, интерфейса RS-232 в интерфейс UART и вход передатчика широкополосной радиосвязи ОУОШ для передачи по радиоканалу 433 МГц на БС 6.

БС 6 производит цифровую обработку и первичное декодирование информации. С выхода базовой станции 6 информация о наличии/отсутствии нарушителя в зоне наблюдения поступает на вход блока обработки и отображения информации 7 для обработки, архивирования и графического отображения, передаваемой с БС 6, информации о фактах проникновения нарушителей в охраняемое пространство внутри подвижных, стационарных объектов и информации о исправной работе ОУОШ 3, а также выдачи звукового сигнала тревоги и тревожного сообщения при проникновении нарушителя в охраняемое пространство объекта.

ОУОШ 3 устанавливается на вертикальную поверхность помещения объекта охраны таким образом, чтобы перекрыть максимальную площадь контролируемого пространства объемом до 200 м³ (см. фиг. 2, 3). КЦУ 2 устанавливается в помещение охраны (удаление от помещения объекта охраны - до 5 км) После установки производится включение питания ОУОШ 3, БС 6, БООИ 7. В БООИ 7 с клавиатуры вводится вся необходимая для функционирования ОУОШ 3 и оператора информация (номер СОМ-порта, скорость передачи информации, номер ОУОШ).

При пересечении границы зоны обнаружения ОУОШ 3 на БООИ 7 выдаются звуковой сигнал тревоги и тревожное сообщение о движении в зоне обнаружения, при этом в базу данных БООИ 7 в реальном масштабе времени производится запись и сохранение (архивирование) информации о событии с возможностью дальнейшего просмотра события в стандартный отчет о срабатывании ОУОШ 3.

Запись и сохранение (архивирование) информации о состоянии ОУОШ 3 с указанием номера ОУОШ 3, даты и времени события производится в журнале событий в виде log-файла.

Предложенная система обнаружения движущихся объектов за преградой позволяет:

- обеспечить выработку тревожного сигнала при вхождении нарушителя в зону радиолуча, формируемого ОУОШ;

- обеспечить выработку сигналов исправной работы устройств обнаружения и их отправку в БООИ;

- обеспечить контроль охраняемого пространства объемом - до 200 м³.

Система обнаружения движущихся объектов за преградой предназначена для работы вблизи неподвижных объектов, а также в условиях транспортирования. Данная система обеспечивает устойчивое обнаружение нарушителя, перемещающегося в транспортном средстве во время его движения, в условиях естественных вибраций и ударов, имеет способность компенсировать механические помехи при установке на подвижных объектах и имеет малую среднюю излучаемую мощность радиосигнала и, соответственно, малую потребляемую мощность от источника питания, скрытность работы.

Таким образом, снижение искажения принимаемого сигнала достигается за счет того, что КУРО и КЦУ соединены между собой широкополосным каналом передачи данных, а ОУОШ, входящее в состав комплекта устройства радиоволнового обнаружения, выполнено с возможностью излучения сверхширокополосного зондирующего сигнала.

Дополнительное повышение функциональной надежности работы системы обнаружения движущихся объектов за преградой в условиях сильной вибрации, тряски, перепадов температур достигается за счет того, что корпус одиночного средства обнаружения широкополосного и корпус базовой станции выполняют герметичными из термостатированного материала со средствами крепления на любую вертикальную поверхность, а устройство хранения информации одиночного средства обнаружения широкополосного выполнено в виде твердотельного диска.

Изобретение относится к системам обнаружения и может быть использовано для охраны подвижных и стационарных объектов при установлении факта проникновения нарушителей в охраняемое пространство и передачи тревожных сигналов с использованием ближнего поля излучения, основанного на использовании радарной технологии и технологии сверхширокополосных систем. А также может использоваться при проведении поисковых и спасательных работ в труднодоступных областях, в зонах чрезвычайных ситуаций (ЧС), инцидентов, террористических атак и в штатных режимах работы правоохранительных органов и иных силовых структур. Достигаемый технический результат – снижение искажений принимаемого сигнала, устойчивое обнаружение движущихся объектов, перемещающихся в транспортном средстве во время его движения, в условиях естественных вибраций и ударов, а также в стационарных условиях. Указанный результат достигается за счет того, что система обнаружения движущихся объектов за преградой содержит объединенные единой сетью радиосвязи комплект устройства радиоволнового обнаружения с передающей антенной и комплект центра управления с приемной антенной, при этом размещенные вне охраняемого пространства комплект устройства радиоволнового обнаружения и комплект центра управления соединены между собой широкополосным каналом передачи данных, причем комплект устройства радиоволнового обнаружения включает в себя комплект элементов питания и не менее одного одиночного устройства обнаружения широкополосного (ОУОШ), выполненного с возможностью излучения сверхширокополосного зондирующего сигнала, состоящего из корпуса, внутри которого расположены последовательно соединенные плата питания, модуль радара с дополнительными каскадами усиления, плата преобразователя, плата интерфейсная, плата процессорная, твердотельный диск и модуль приемопередатчика, выход которого подсоединен к антенне для передачи информации в комплект центра управления, который включает в себя по меньшей мере одну базовую станцию, выполненную на основе приемопередатчика со встроенной всенаправленной антенной и соединенной с блоком обработки и отображения информации (БООИ), анализирующим поступающую информацию, координирующим работу ОУОШ и выполненным на основе компьютера, причем по меньшей мере одно ОУОШ выполнено расположенным с противоположной по отношению к охраняемому пространству стороны преграды, отделяющей охраняемое пространство от упомянутого ОУОШ, таким образом, что излучаемые сверхширокополосные зондирующие сигналы охватывают все охраняемое пространство. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система обнаружения движущихся объектов за преградой, содержащая объединенные единой сетью радиосвязи комплект устройства радиоволнового обнаружения с передающей антенной и комплект центра управления с приемной антенной, размещенные вне охраняемого пространства, отличающаяся тем, что комплект устройства радиоволнового обнаружения и комплект центра управления соединены между собой широкополосным каналом передачи данных, при этом комплект устройства радиоволнового обнаружения включает в себя комплект элементов питания и не менее одного одиночного устройства обнаружения широкополосного, выполненного с возможностью излучения сверхширокополосного зондирующего сигнала, состоящего из корпуса, внутри которого расположены последовательно соединенные плата питания, модуль радара с дополнительными каскадами усиления, плата преобразователя, плата интерфейсная, плата процессорная, твердотельный диск и модуль приемопередатчика, выход которого подсоединен к антенне для передачи информации в комплект центра управления, который включает в себя по меньшей мере одну базовую станцию, выполненную на основе приемопередатчика со встроенной всенаправленной антенной и соединенной с блоком обработки и отображения информации, анализирующим поступающую информацию, координирующим работу одиночного устройства обнаружения широкополосного и выполненным на основе компьютера, причем по меньшей мере одно одиночное устройство обнаружения широкополосное выполнено расположенным с противоположной по отношению к охраняемому пространству стороны преграды, отделяющей охраняемое пространство от упомянутого одиночного устройства обнаружения широкополосного, таким образом, что излучаемые сверхширокополосные зондирующие сигналы охватывают все охраняемое пространство.

2. Система обнаружения движущихся объектов за преградой по п. 1, отличающаяся тем, что блок обработки и отображения информации соединен с базовой станцией посредством RS-232 соединения.

3. Система обнаружения движущихся объектов за преградой по п. 1, отличающаяся тем, что корпус одиночного средства обнаружения широкополосного и корпус базовой станции выполнены герметичными из термостатированного материала со средствами крепления на любую вертикальную поверхность.

4. Система обнаружения движущихся объектов за преградой по п. 1, отличающаяся тем, что блок обработки и отображения информации выполнен с возможностью выдачи звукового сигнала тревоги и тревожного сообщения при обнаружении движущихся объектов в охраняемом пространстве.

5. Система обнаружения движущихся объектов за преградой по п. 1, отличающаяся тем, что комплект устройства радиоволнового обнаружения может включать N одиночных устройств обнаружения широкополосных, количество которых определяется возможностью приема базовой станцией сигнала от одиночных устройств обнаружения широкополосных, размещенных на удалении от нее до 5 километров.