Устройство охранной сигнализации

 

Изобретение относится к технике охранной сигнализации с использованием радиолуча для создания рубежа обнаружения в закрытой зоне охраняемого объекта. Устройство может быть использовано в системах учета (счета) перемещающихся объектов. Техническим результатом является повышение характеристик обнаружения, повышение скрытности и электромагнитной совместимости, уменьшение энергопотребления и массогабаритных характеристик устройства. Устройство охранной сигнализации содержит передатчик и приемник СВЧ, приемную и передающую антенны, при этом радиолуч, формируемый антенной передатчика, направлен в сторону антенны приемника и образует между ними зону обнаружения. Конструкция устройства выполнена для рабочей частоты в диапазоне частот, при котором коэффициент затенения человеком первой зоны Френеля увеличивается в 2 - 3 раза, при этом рабочая частота передатчика в диапазоне выбирается из условия максимального поглощения кислородом воздуха электромагнитной энергии, кроме того, передатчик выполнен в режиме модуляции на частоте, определяемой минимальными шумами СВЧ-детектора приемника и со скважностью излучения, при которой уровень средней мощности обеспечивает чувствительность приемника на заданном расстоянии. 2 ил.

Изобретение относится к технике охранной сигнализации, а именно к радиолучевым средствам обнаружения нарушителя с использованием радиолуча для создания сигнализационного рубежа на охраняемом объекте. Кроме того, предложение может быть использовано при организации технических систем учета (счета) перемещающихся объектов.

Известны устройства охранной сигнализации, в которых использован радиолуч для создания сигнализационного рубежа обнаружения нарушителя [1], [2], [3] . Устройства такого типа являются двухпозиционными и состоят из передатчика и приемника, во время работы которых образуется канал передачи электромагнитной энергии - радиолуч. Все имеют объемную зону обнаружения - вытянутый элипсоид вращения, диаметр которого зависит от рабочей частоты излучения передатчика. Поперечные размеры зоны обнаружения можно считать равными поперечным размерам первой зоны Френеля, в пределах которой распространяется 70% излучаемой электромагнитной энергии. При пересечении нарушителем зоны обнаружения вырабатывается сигнал тревоги.

Эти устройства имеют ряд недостатков в том числе: низкую достоверность обнаружения нарушителя из-за ложных срабатываний, большие массогабаритные характеристики, большое энергопотребление.

Основной причиной указанных недостатков является низкий частотный диапазон рабочей частоты излучения передатчика (10 - 20 ГГц), при котором поперечные размеры зоны обнаружения значительно превышают поперечные размеры нарушителя. При этом относительное уменьшение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения составляет не более 10%. Регистрация таких изменений уровней сигналов неоднозначна в простых системах обработки сигнала в реальных условиях эксплуатации на фоне изменяющихся помех, уровень которых того же порядка. Такие помехи могут быть вызваны переотражением от поверхности земли и окружающих предметов при изменении атмосферных условий, атмосферными явлениями, активными помехами от других источников электромагнитного излучения.

Повышение достоверности обнаружения нарушителя такими устройствами может быть достигнуто путем усложнения принципов обработки принимаемых сигналов, но это не позволит улучшить такие характеристики их работы как скрытность, помехоустойчивость, помехозащищенность работы аппаратуры, электромагнитная совместимость массогабаритные характеристики, энергопотребление.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство охранной сигнализации "Пион" [3], у которого рабочая частота излучения передатчика 10 ГГц.

Устройство охранной сигнализации "Пион" содержит передатчик с амплитудной модуляцией, состоящий из генератора СВЧ, низкочастотного модулятора, передающей антенны, и приемник прямого усиления, содержащий приемную антенну, детекторную секцию, усилитель низкой частоты, устройство автоматической регулировки усиления, выходное устройство.

Однако устройство "Пион", при недостаточной достоверности обнаружения нарушителя, имеет энергопотребление 25 Вт, массу 25 кг, требует применения дополнительных мер для обеспечения электромагнитной совместимости с другими устройствами СВЧ, работающими на объекте, и не обеспечивает скрытность при работе на объектах специального назначения, т.к. рабочая частота излучения передатчика находится в полосе прозрачности и свободно распространяется в атмосфере.

Предложение направлено на повышение достоверности обнаружения нарушителя, повышение скрытности, электромагнитной совместимости, помехоустойчивости и помехозащищенности, уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления устройства.

Повышение достоверности обнаружения определяется выбором рабочей частоты излучения передатчика, при которой поперечные размеры первой зоны Френеля, в пределах которой распространяется 70% излучаемой электромагнитной энергии, соизмеримы с поперечными размерами нарушителя. Кроме того, выбор рабочей частоты обеспечивает повышение электромагнитной совместимости и уменьшение массогабаритных характеристик, обеспечивает скрытность.

Технический результат достигается тем, что в отличие от устройства охранной сигнализации, содержащего передатчик с амплитудной модуляцией, состоящий из генератора СВЧ, низкочастотного модулятора, передающей антенны и приемника прямого усиления, содержащего приемную антенну, детекторную секцию, усилитель низкой частоты, устройство автоматической регулировки усиления, выходное устройство, в передатчик предлагаемого устройства дополнительно введен амплитудный модулятор, обеспечивающий режим модуляции на частоте, определяемой минимальными шумами СВЧ-детекторной секции приемника, а в приемник прямого усиления введена цепочка детектирования и усиления полезного сигнала в узкой полосе на частоте модуляции сигнала передатчика, при этом рабочая частота излучения передатчика выбирается в диапазоне частот, в котором коэффициент затенения зоны обнаружения объектом увеличивается в 2 - 3 раза, а также из условия максимального поглощения электромагнитной энергии кислородом воздуха.

На фиг. 1 представлена зависимость изменения коэффициента затенения K зоны обнаружения объектом в середине участка длиной 150 м (1 - для рабочей частоты 61,25 ГГц (R_ф1); 2 - для рабочей частоты 10 ГГц (R_ф2); 3, 4 - зоны Френеля для рабочих частот 61,25 и 10 ГГц соответственно; параметры объекта: высота 2 м, толщина 0,2 м; X, Y - горизонтальная и вертикальная оси в поперечном сечении зоны обнаружения).

Коэффициент K определяется по формуле K = ΔS/S_Ф , где ΔS - площадь перекрытия зоны обнаружения объектом, м²; S_ф - площадь поперечного сечения зоны обнаружения (первой зоны Френеля), м².

Поперечные размеры зоны обнаружения в зависимости от рабочей частоты излучения передатчика и расстояния между передатчиком и приемником определяются по формуле первой зоны Френеля [4].

Достаточным для исключения ложных срабатываний примем относительное уменьшение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения на (25 - 30)%, что соответствует увеличению коэффициента затенения K зоны обнаружения в 2 - 3 раза по сравнению с рассматриваемым аналогом [3].

Для этого радиус первой зоны Френеля необходимо уменьшить в 2 - 3 раза, что возможно при увеличении рабочей частоты в 4 - 9 раз по сравнению с рабочей частотой устройства [3].

где R_ф1, R_ф2 - радиусы первой зоны Френеля предлагаемого устройства и устройства [3] соответственно; f₁, f₂ - рабочая частота излучения передатчика предлагаемого устройства и устройства [3] соответственно.

Увеличение рабочей частоты излучения передатчика позволяет также снизить массогабаритные характеристики устройства.

В предлагаемом устройстве рабочая частота выбрана равной 61,25 ГГц с тем, чтобы одновременно повысить помехозащищенность и скрытность, используя эффекты поглощения электромагнитной энергии кислородом воздуха.

Уменьшение мощности, потребляемой передатчиком, позволяет снизить массу устройства.

Для уменьшения энергопотребления передатчика и повышения чувствительности приемника применен режим амплитудной модуляции передатчика на двух частотах, например, 5 кГц и 500 кГц, а в приемнике прямого усиления применено двойное детектирование и усиление полезного сигнала на частотах модуляции передатчика в узкой полосе частот.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, обеспечивающая техническое решение поставленной задачи.

В состав передатчика входят: 1 - генератор СВЧ, 2 - передающая антенна, 3 - низкочастотный модулятор, 4 - амплитудный модулятор.

В состав приемника прямого усиления входят: 5 - приемная антенна, 6 - детекторная секция, 7 - усилитель, 8 - детектор, 9 - усилитель низкой частоты, 10 - устройство автоматической регулировки усиления, 11 - выходное устройство.

Устройство работает следующим образом.

Модуляторы (3) и (4) вырабатывают импульсное питающее напряжение, представляющее из себя пачки по 10 импульсов для генератора СВЧ. Частота повторения импульсов в пачке - 500 кГц. Скважность импульсов в пачке - 2. Частота повторения пачек импульсов - 5 кГЦ. Скважность пачек импульсов - 10.

Амплитудный модулятор 4 обеспечивает режим модуляции на частоте 500 Гц, определяемой минимальными шумами детекторной секции 6 приемника прямого усиления.

Низкочастотный модулятор 3 обеспечивает формирование пачек импульсов с частотой повторения 5 кГц.

Генератор СВЧ 1 формирует амплитудно-модулированный СВЧ-сигнал, который через передающую антенну 2 излучается в направлении приемной антенны 5.

Принятый приемной антенной 5 СВЧ сигнал поступает на детекторную секцию 6 приемника прямого усиления, на выходе которой выделяются частоты модуляции, вырабатываемые низкочастотным модулятором 3, амплитудным модулятором 4, и гармоники этих частот.

Усилитель 7 усиливает основную гармонику частоты 500 кГц и подавляет низкочастотные шумы детекторной секции 6.

Детектор 8, выделяет низкочастотную огибающую с частотой 5 кГц, а усилитель низкой частоты 9 усиливает основную гармонику этой частоты, которая поступает затем на выходное устройство 11, формирующее сигнал "Тревога" при срабатывании устройства.

Поддержание стабильного уровня сигнала на выходе усилителя низкой частоты 9 при изменении условий прохождения СВЧ-сигнала (дождь, снег, туман и т. д. ) обеспечивает устройство автоматической регулировки усиления 10, в цепь которого включены оба усилителя 7 и 9 приемника прямого усиления.

Предлагаемое устройство охранной сигнализации обеспечивает изменение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения в 2,5 раза больше по сравнению с аналогом [3], повышает скрытность излучения устройства на 15 дБ/км, улучшает помехозащищенность. Энергопотребление устройства не более 3 Вт, масса не более 2 кг.

Источники информации 1. USA/March 1993, Copyright 1993 Racon Incorpora ted. Рекламный каталог фирмы Racon, США.

2. Датчик Preliminary A310, Microwave Intrusion Sensor. Рекламный каталог фирмы BURLE, США.

3. Аппаратура "Пион-B". Техническое описание и инструкция по эксплуатации АВЯ. 400.006. ТО.

4. Долуханов М.П. Распространение радиоволн, М.; Связь, 1972, с 104.

Формула изобретения

Устройство охранной сигнализации, содержащее передатчик с амплитудной модуляцией, состоящий из генератора СВЧ, низкочастотного модулятора, передающей антенны, и приемник прямого усиления, содержащий приемную антенну, детекторную секцию, усилитель низкой частоты, устройство автоматической регулировки усиления и выходное устройство, отличающееся тем, что в передатчик дополнительно введен амплитудный модулятор, обеспечивающий режим модуляции на частоте, определяемой минимальными шумами приемника прямого усиления, а в приемник прямого усиления введена цепочка детектирования и усиления полезного сигнала в узкой полосе на частоте модуляции сигнала передатчика, при этом рабочую частоту излучения передатчика выбирают в диапазоне частот, в котором коэффициент затенения зоны обнаружения объектом увеличения в 2 - 3 раза, а также из условия максимального поглощения электромагнитной энергии кислородом воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2