Способ обнаружения движущихся целей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к охранной сигнализации и может применяться для охраны периметров объектов сложной конфигурации, как оборудованных заграждениями различного типа, так и без заграждений. Кроме того, изобретение может использоваться при создании быстроразвертываемых средств обнаружения для блокирования временных и локальных рубежей охраны. Техническим результатом предложения является повышение надежности обнаружения и расширение области применении путем выравнивания чувствительности по длине линии передачи. Способ обнаружения движущихся целей основан на формировании вдоль охраняемого рубежа зоны распространения электромагнитного сигнала путем размещения вдоль рубежа линии передачи этого сигнала и формировании зондирующего сигнала на первом конце линии передачи. Второй конец линии передачи выполняют несогласованным с волновым сопротивлением линии, выделяют на первом конце линии передачи сигнал, отраженный от второго конца линии передачи, и фиксируют изменения сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, при появлении движущейся цели в зоне распространения электромагнитного сигнала. Устройство для осуществления способа содержит линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, приемопередающую схему, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, пиковый детектор, вход которого подключен к приемному выходу приемопередающей схемы, а выход подключен к входу полосового фильтра, второй конец линии передачи выполнен несогласованным с волновым сопротивлением линии, например разомкнут. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к охранной сигнализации и может применяться для охраны периметров объектов сложной конфигурации, как оборудованных заграждениями различного типа, так и без заграждений. Кроме того, изобретение может использоваться при создании мобильных быстроразвертываемых средств обнаружения для блокирования временных и локальных рубежей охраны.

Известен способ обнаружения постороннего лица в охраняемой зоне, описанный, например, в патенте США N 4366473, НКИ 340/562, 1982 г. "Емкостная электромагнитная система охранной сигнализации", основанный на фиксировании изменений емкости проводной линии, изолированной от земли, при приближении человека. Устройство, реализующее этот способ, описано в том же патенте и содержит проводную линию-антенну, изолированную от земли, генератор высокочастотного сигнала, подключенный к антенне через согласующий импеданс, и блок обработки, содержащий усилитель, детектор, полосовый фильтр и пороговую схему. Блок обработки подключен к антенне и вырабатывает сигнал тревоги при изменении входного напряжения, связанном с изменением емкости антенны при приближении нарушителя.

Недостатками емкостного способа обнаружения целей являются низкая помехоустойчивость при раскачивании проводной линии под действием ветра, налипании на нее мокрого снега, намокании и появлении утечек и в связи с этим высокие требования к конструкции антенны, натяжению провода, изоляции его от земли. Эти недостатки ограничивают область применения емкостного способа обнаружения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения движущихся целей, описанный в патенте США N 4458240, НКИ 340/552, 1984 г. "Устройство для обнаружения движущихся целей". Этот способ основан на формировании вдоль охраняемого рубежа зоны распространения электромагнитного сигнала путем размещения вдоль рубежа линии передачи зондирующего электромагнитного сигнала, формировании зондирующего сигнала на первом конце лини передачи, стробировании по времени прихода сигналов, отраженных от неоднородностей линии, и фиксировании появления сигнала, отраженного от цели при ее появлении в зоне распространения зондирующего сигнала.

Устройство, реализующее способ, описано в том же патенте. Оно содержит линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, приемопередающую схему и множество каналов обработки, каждый из которых содержит схему выборки и хранения, схему задержки, полосовый фильтр и пороговую исполнительную схему. Выход генератора импульсов подключен к передающему входу приемопередающей схемы, линейный выход приемопередающей схемы подключен к линии передачи, приемный выход приемо-передающей схемы подключен к входам схем выборки и хранения каналов обработки, управляющие входы схем выборки и хранения через соответствующие схемы задержки подключены к выходу генератора импульсов, выходы схем выборки и хранения подключены к входам полосовых фильтров, а выходы полосовых фильтров подключены к пороговой исполнительной схеме.

В указанных способе и устройстве обнаруживается сигнал, отраженный от цели, появляющейся в пределах зоны распространения электромагнитного импульсного сигнала, образуемой линией передачи.

Недостатком их является большая неравномерность чувствительности по длине линии передачи в случае, когда используется недеформируемая линия передачи с объемной зоной обнаружения. Эта неравномерность обусловлена в основном двумя факторами: погонным затуханием линии передачи на единицу длины и затуханием сигнала на дискретных неоднородностях линии передачи - опорах, поворотах линии, изменениях физических свойств земли по длине линии, которые оказывают большое влияние на степень затухания распространяющегося в линии сигнала. Влияние первого фактора - погонного затухания может быть частично скомпенсировано с помощью временной автоматической регулировки уровня (ВАРУ), как описано в патенте, увеличивающей уровень сигнала, пришедшего с дальнего конца линии передачи по сравнению с ближним. Однако величина погонного затухания также нестабильна и изменяется в больших пределах при изменении свойств земли, поэтому требуется дополнительная ручная подстройка уровня. Если влияние первого фактора проявляется в монотонном снижении уровня полезного сигнала по длине линии, то влияние второго фактора - дискретных неоднородностей линии передачи, вызывающих многократное переотражение как первичного зондирующего сигнала, так и вторичного переотраженного целью сигнала проявляется в виде местного резонансного изменения уровня переотраженного сигнала и практически не может быть предусмотрено априорно, т.е. до появления цели. Это приводит к значительной неравномерности уровня отраженного целью сигнала, а следовательно чувствительности устройства, по длине линии передачи. Практически отношение максимального уровня сигнала к минимальному составляет несколько раз.

В подобных устройствах, использующих в качестве линии передачи кабель вытекающей волны, а в качестве зондирующего сигнала - радиоимпульс, а не видеоимпульс, предусмотрен периодический контроль изменения уровня сигнала вдоль линии путем регулярных проходов сотрудника вдоль линии рубежа, запоминания уровней сигнала и их учет при обработке. В описанном устройстве также может быть осуществлен подобный контроль изменений уровня сигнала. Однако это приводит к существенному ограничению области применения способа и устройства. При отсутствии такого периодического контроля уровня сигнала значительно уменьшается надежность обнаружения цели или увеличивается количество ложных срабатываний.

Поэтому описанным способом устройство может практически использоваться только с деформируемой линией передачи без объемной зоны обнаружения, в которой, как описано в патенте, отраженный сигнал возникает за счет замыкания или деформации размеров линии передачи при механическом воздействии на нее нарушителя.

Указанное обстоятельство также ограничивает область применения способа и устройства, функционирующего по этому способу.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности обнаружения и расширения области применения путем выравнивания чувствительности по длине линии передачи.

Для этого в способе обнаружения движущихся целей, основанном на формировании вдоль охраняемого рубежа зоны распространения электромагнитного сигнала путем размещения вдоль рубежа линии передачи зондирующего электромагнитного сигнала, и формировании зондирующего сигнала на первом конце линии передачи, второй конец линии передачи выполняют несогласованным с волновым сопротивлением линии, выделяют на первом конце линии передачи сигнал, отраженный от второго конца линии передачи, и фиксируют изменения сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, при появлении движущейся цели в зоне распространения электромагнитного сигнала.

В устройство для осуществления способа, содержащее линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, приемопередающую схему, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, в котором передающий вход приемо-передающей схемы подключен к выходу генератора импульсов, линейный выход приемопередающей схемы подключен к первому концу линии передачи, выход полосового фильтра соединен с входам пороговой исполнительной схемы, введен пиковый детектор, вход которого подключен к приемному выходу приемопередающей схемы, а выход подключен к входу полосового фильтра, второй конец линии передачи выполнен несогласованным с волновым сопротивлением линии, например разомкнут.

В вариантах исполнения устройства приемопередающая схема выполнена в виде трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно между передающим входом и линейным выходом, вторичная обмотка включена между базой и эмиттером транзистора, эмиттер которого подключен к шине питания, и коллектор через нагрузочный резистор подключен к общей шине питания и является приемным выходом приемопередающей схемы.

В других вариантах приемопередающая схема выполнена в виде катушки индуктивности, включенной последовательно между передающим входом и линейным выходом и подключенной соответственно между базой и эмиттером транзистора, коллектор которого через нагрузочный резистор подключен к общей шине питания и является приемным выходом приемопередающей схемы.

Варианты исполнения устройства отличаются также типом линии передачи. Линия передачи может быть выполнена в виде двухпроводной линии. В другом варианте линия передачи выполнена в виде однопроводной линии, причем второй зажим линейного выхода приемопередающей схемы подключен к противовесу, например заземлен. В третьем варианте линия передачи выполнена в виде излучающей кабельной линии.

В варианте устройства в него введены формирователь импульсов и ключевой элемент, причем вход формирователя импульсов подключен к выходу генератора импульсов, выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу ключевого элемента, а коммутируемая цепь ключевого элемента включена между приемным выходом приемопередающей схемы и общей шиной питания.

В варианте устройства в него введена цепь автоматической регулировки уровня в виде компаратора напряжения, фильтра нижних частот и управляемого резистора, причем первый вход компаратора напряжения подключен к выходу пикового детектора, второй вход компаратора напряжения подключен к источнику опорного напряжения, выход компаратора напряжения через фильтр нижних частот подключен к управляющему входу управляющего резистора, а выводы управляемого резистора включены между приемным выходом приемопередающей схемы и общей шиной питания.

Признаки, относящиеся к вариантам исполнения устройства, являются уточняющими и дополняющими, поэтому они отражены в формуле изобретения в дополнительных пунктах.

В других вариантах устройства могут присутствовать другие признаки, являющиеся несущественными или эквивалентными указанным признакам в объеме основных признаков патентуемого способа обнаружения движущихся целей и устройства для его обнаружения.

Сущность изобретения, в том числе его дополняющих и уточняющих признаков, будет более понятна при детальном описании.

Фиг. 1 поясняет способ обнаружения движущихся целей; на фиг. 2 приведена функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - один из вариантов приемопередающей схемы; на фиг. 5 - подключение к приемопередающей схеме устройства линий передачи различного типа; на фиг. 6 - другой вариант приемопередающей схемы устройства и временные диаграммы, поясняющие работу устройства в этом варианте; на фиг. 7 - вариант приемопередающей схемы из устройства-прототипа, используемый в предлагаемом устройстве.

Способ обнаружения движущихся целей заключается в следующем.

Вдоль охраняемого рубежа размещают линию передачи электромагнитного зондирующего сигнала. На фиг. 1, а для пояснения способа изображена двухпроводная линия с проводами 1 и 1'. На первом конце линии передачи формируют зондирующий электромагнитный сигнал с помощью устройства 2. Для пояснения электромагнитных процессов, происходящих в линии передачи, на ней условно показаны штриховыми линиями две дискретные неоднородности 3 и 4, которыми могут быть, например, опоры крепления линии, а также цель 5, временно появляющаяся в пределах линии передачи. Линиями со стрелками показано направление распространения электромагнитного импульсного сигнала. Процессы в линии поясняются временными диаграммами. На фиг. 1, б приведено изменение напряжения на входе линии передачи, на фиг. 1, в - изменение тока линии на ее входе.

Зондирующий сигнал в виде импульса напряжения 6 формируется устройством 2 и подается на первый (левый) конец линии передачи 1 - 1'. Импульс напряжения 6 вызывает появление в линии импульса тока 7. Электромагнитная волна в виде изменения напряжения и тока распространяется вдоль линии передачи 1 - 1' слева направо в направлении основной ветви стрелки. По ходу распространения электромагнитная волна встречает на своем пути шунтирующие неоднородности 3 и 4 и цель 5 в случае ее появления на пути распространения. Часть энергии электромагнитной волны отражается от этих неоднородностей и возвращается обратно, как показано на фиг. 1, а ответвляющимися стрелками. Обратные волны, отраженные от неоднородностей, достигают первого конца линии через время, пропорциональное удвоенному расстоянию до каждой неоднородности t₁ = 2l₁/V; t₂ = 2l₂/V; t₃ = 2l₃/V; где t₁, t₂, t₃ - время прихода обратной волны, отраженной, соответственно, от неоднородности 3, цели 5 и неоднородности 4; l₁, l₂, l₃ - расстояние от первого конца линии, соответственно, до неоднородности 3, цели 5 и неоднородности 4; V - скорость распространения электромагнитной волны в линии передачи.

Влияние этих неоднородностей сказывается в появлении в моменты времени t₁, t₂ и t₃ на первом конце линии импульсных сигналов напряжения и тока. Амплитуда этих отраженных сигналов показана на фиг. 1, б, в условно, на самом деле она составляет доли процента от амплитуды зондирующего сигнала 6 и 7.

Распространяющиеся в обратном направлении волны, отраженные от неоднородностей линии, могут встретить другие неоднородности и частично отражаться от них, теряя часть энергии и вызывая прямую задержанную волну гораздо меньшей интенсивности. Это показано на фиг. 1, а вторичным разветвлением стрелки, показывающей направление волны, отраженной от цели 5. Вторичные отраженные волны могут претерпевать дополнительные отражения и т.д. Вторичные и последующие отраженные волны на временных диаграммах показаны в виде мелких хаотических изменений напряжения и тока волнообразного типа.

Основная энергия прямой волны зондирующего сигнала распространяется в прямом направлении, показанном на фиг. 1, а длинной основной стрелкой, до второго конца линии передачи. Этот конец линии разомкнут, поэтому энергия волны почти полностью отражается от него и возвращается обратно к устройству 2 по направлению нижней длинной стрелки на фиг. 1, а, претерпевая на своем обратном пути повторные отражения от тех же неоднородностей, как показано ответвляющимися стрелками. На первый конец линии передачи электромагнитная волна, отраженная от второго конца линии, приходит через время t₀=2l/V, где V - длина линии передачи. Она вызывает на первом конце линии появление импульса напряжения 8, совпадающего по полярности с зондирующим импульсом 6, и импульса тока 9, имеющего полярность, противоположную полярности зондирующего импульса тока 7. Амплитуда импульсного сигнала 8 или 9 меньше зондирующего сигнала 6 или 7 на величину потерь при распространении в линии, в том числе за счет переотражений от неоднородностей. Чем больше количество неоднородностей в линии, тем меньше амплитуда этого сигнала. Появление в пределах зоны распространения электромагнитного сигнала в линии передачи цели 5 вызывает появление отраженного от нее сигнала, показанного на фиг. 1, б, в пунктирной линией, в момент времени t₂, и, кроме того, вызывает уменьшение амплитуды сигнала 8 и 9, отраженного от второго конца линии передачи, как показано пунктирной линией на фиг. 1, б, в. Перемещение цели 5 относительно линии передачи приводит к появлению уменьшения амплитуды сигнала 8 или 9 на время нахождения цели в пределах зоны распространения электромагнитной волны. Устройство 2 осуществляет выделение сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, и фиксирует изменение его амплитуды при появлении цели.

В способе обнаружения движущихся целей - прототипе осуществляется выделение сигнала, отраженного непосредственно от цели, пришедшего на первый конец линии в момент t₂, показанного на фиг. 1, б, в пунктирной линией. Как указывалось выше, этот сигнал попадает на вход устройства 2, претерпевая многократные отражения от неоднородностей линии, поэтому его амплитуда зависит от количества переотражений и местоположения этих неоднородностей и соответственно от места пересечения линии передачи целью 5. В связи с этим способ-прототип характеризуется значительной неравномерностью чувствительности по длине линии.

В предлагаемом способе осуществляется выделение сигнала, прошедшего через все неоднородности, а не отраженного от этих неоднородностей. Количество неоднородностей, пройденных этим сигналом, постоянно и не зависит от места пересечения линии целью. Поэтому цель, как движущаяся неоднородность, вызывает одинаковое процентное (относительное) изменение амплитуды сигнала независимо от места пересечения.

Рассмотрим теперь работу устройства 2, которое формирует зондирующий сигнал и фиксирует изменения сигнала, отраженного от второго конца линии передачи при появлении цели. Функциональная схема устройства приведена на фиг. 2. Она содержит упоминавшуюся линию передачи 1 - 1', подключенную к линейному выходу приемопередающей схемы 10. К передающему входу приемопередающей схемы 10 подключен выход генератора 11 импульсов. Приемный выход приемопередающей схемы 10 подключен к входу пикового детектора 12 и к первым выводам ключевого элемента 13 и управляемого резистора 14, вторые выводы которых подключены к общей шине питания. Выход пикового детектора 12 подключен к входу полосового фильтра 15 и к первому входу компаратора 16 напряжения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения. Выход полосового фильтра 15 подключен к входу пороговой исполнительной схемы 17. Выход компаратора 16 напряжения через фильтр 18 нижних частот подключен к управляющему входу управляемого резистора 14. Выход генератора 11 импульсов через формирователь 19 импульсов подключен к управляющему входу ключевого элемента 13.

В одном из вариантов устройства, приведенном на фиг. 2, приемопередающая схема 10 содержит трансформатор 20, первичная обмотка которого включена последовательно между передающим входом и одним из зажимов линейного выхода приемопередающей схемы 10. Вторичная обмотка трансформатора 20 подключена одним концом к эмиттеру транзистора 21 и к шине питания, а другим концом через разделительный конденсатор 22 - к базе транзистора 21. Коллектор транзистора 21 через нагрузочный резистор 23 соединен с общей шиной питания и является приемным выходом приемо-передающей схемы 20. База транзистора 21 через резистор 24 смещения подключена к общей шине питания.

На фиг. 2 в качестве линии передачи изображена двухпроводная линия 1 - 1'. Провода 1 и 1' двухпроводной линии подключены к двум зажимам линейного выхода приемопередающей схемы 10. Одним из зажимов является вывод первичной обмотки трансформатора 20, вторым - общая шина питания. Электромагнитная волна распространяется в линии передачи в пространстве между двумя проводами 1 и 1' линии.

Работа устройства для реализации способа обнаружения движущихся целей поясняется временными диаграммами сигналов, приведенными на фиг. 3. Здесь приведены диаграммы выходного сигнала 25 генератора 11 импульсов напряжения 26 и тока 27 на первом конце линии передачи 1 - 1', совпадающем по форме с соответствующими диаграммами, приведенными на фиг. 1, б, в. Диаграмма 28 соответствует коллекторному току транзистора 21 приемопередающей схемы 10. Диаграмма 29 показывает форму импульса на выходе формирователя 19 импульсов, а диаграмма 30 показывает сплошной линией форму сигнала на входе пикового детектора 12, а пунктирной линией - огибающую этого сигнала на выходе пикового детектора 12.

Генератор 11 импульсов создает на своем выходе последовательность импульсов 25, которые через первичную обмотку трансформатора 20 приемопередающей схемы 10 поступают в линию передачи 1 - 1' и создают на первом конце линии зондирующий импульс напряжения 6 и тока 7, приведенные на диаграммах 26 и 27. Направление импульсного тока 7 через первичную обмотку трансформатора 20 при положительной полярности зондирующего импульса - слева направо. Через время, равное времени распространения электромагнитной волны в линии передачи до второго конца линии и обратно, на вход устройства поступает из линии передачи сигнал, отраженный от разомкнутого конца линии. Импульс напряжения 8, соответствующий отраженному сигналу, имеет ту же полярность, что и зондирующий импульс 6, а направление импульса тока 9, отраженного от второго конца линии, в первичной обмотке трансформатора 20, противоположное относительно зондирующего импульса 7, т.е. справа налево.

Резистор смещения 24 задает в базу транзистора 21 приемопередающей схемы небольшой ток смещения, обеспечивающий незначительную постоянную оставляющую коллекторного тока транзистора 21 и нахождение его на границе области отсечки. Полярность включения вторичной обмотки трансформатора 20 такова, что импульс 9 тока первичной обмотки вызывает открывание транзистора 21 и появление в его коллекторной цепи в момент t₀ тока, приведенного на диаграмме 28. Зондирующий импульс тока 7 в первично обмотке трансформатора 20, имеющий направление слева направо, не вызывает открывания транзистора 21. Однако фактически за счет частичного несогласования линии передачи с выходом устройства после зондирующего импульса тока 7 имеет место небольшой колебательный процесс (отражение тока от несогласованного первого конца линии), который может вызвать появление паразитного импульса коллекторного тока, приведенного на временной диаграмме 28 в момент времени сразу после окончания зондирующего импульса. Для того, чтобы устранить влияние этого паразитного импульса, на время его длительности открывается ключевой элемент 13, шунтирующий приемный выход приемопередающей схемы 10. Управляющий импульс ключевого элемента формируется формирователем 19 импульсов и приведен на диаграмме 29. Таким образом на приемном выходе приемопередающей схемы 10 формируется импульсный сигнал, приведенный на диаграмме 30, соответствующий сигналу, отраженному от второго конца линии передачи 1 - 1'. Пиковый детектор 12 выделяет огибающую этого импульсного сигнала, соответствующую его амплитуде, приведенную на диаграмме 30 пунктирной линией.

Ключевой элемент 13 с формирователем 19 импульсов в варианте устройства со сравнительно короткой линией передачи отсутствует, поскольку отраженный от второго конца линии сигнал имеет в этом случае амплитуду, гораздо больше амплитуды паразитного сигнала, и этот паразитный сигнал не влияет на огибающую отраженного сигнала, выделяемую пиковым детектором 12. Кроме того, аналогичная функция подавления паразитного сигнала может быть выполнена с помощью другой эквивалентной совокупности признаков. Поэтому указанные признаки отнесены в дополнительный пункт формулы изобретения.

Как говорилось выше, стационарное значение амплитуды сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, зависит от потерь в линии (ее длины и количества, и типа неоднородностей). Для поддержания постоянного значения напряжения на выходе пикового детектора при изменении амплитуды отраженного сигнала служит система автоматической регулировки уровня (АРУ). Она включает компаратор 16 напряжения, фильтр 13 нижних частот и регулирующий элемент - управляемый резистор 14. При отклонении выходного напряжения пикового детектора 12 от величины опорного напряжения U_оп компаратор 16 напряжения вырабатывает двоичный сигнал рассогласования уровней в виде высокого или низкого уровней напряжения, которые заряжают или разряжают конденсатор RC цепочки фильтра 18 нижних частот, с большой постоянной времени. Выходное напряжение фильтра 18 нижних частот поддерживается на таком уровне, чтобы сопротивление управляемого резистора 14, регулируемое этим напряжением, обеспечивало амплитуду импульсного сигнала 30 на входе пикового детектора 12, соответствующее нужному значению напряжения на выходе пикового детектора 12.

Элементы системы АРУ в варианте устройства со сравнительно короткой линией передачи отсутствуют, поскольку амплитуда сигнала, отраженного от второго конца линии, в этом случае мало отличается от амплитуды зондирующего сигнала и не подвержена большим изменениям. Кроме того, система АРУ может быть выполнена с помощью другой, эквивалентной совокупности признаков. Поэтому признаки, характеризующие систему АРУ, отнесены в дополнительный пункт формулы изобретения.

Система АРУ отслеживает медленные изменения уровня сигнала, обусловленные изменением характера стационарных неоднородностей линии (изменением погодных условий, состояния почвы и т.п.). Сравнительно быстрые изменения амплитуды сигнала и величины выходного напряжения пикового детектора, обусловленные появлением движущейся цели, фильтруются полосовым фильтром 15 и поступают на вход пороговой исполнительной схемы 17. При превышении амплитуды приращения сигнала порога, заданного пороговой исполнительной схемой 17, она вырабатывает сигнал, оповещающий о наличии цели для принятия необходимых мер.

В одном из вариантов устройства приемопередающая схема 10, выполненная в таком виде, как показано на фиг. 2, содержит на передающем входе разделительный трансформатор 31, как изображено на фиг. 4. Первичная обмотка этого трансформатора является нагрузкой генератора 11 импульсов, а вторичная обмотка включена последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора 10 и к входу (первому концу) линии передачи 1 - 1'. Такое включение обеспечивает развязку линии передачи от элементов устройства, а также симметрию зажимов линейного выхода приемо-передающей схемы, что позволяет подключать к линейному выходу любую линию передачи как симметричную, так и несимметричную, размещаемую как на элементах заграждений, козырьках крыш, балконов и стен, так и на опорах и столбах над поверхностью земли.

На фиг. 5, а, б показано подключение к линейному выходу приемопередающей схемы 10 линий передачи в виде однопроводной линии над поверхностью земли (фиг. 5, а) и кабельной излучающей линии (фиг. 5, б), о чем говорилось выше. В случае однопроводной линии один из зажимов линейного выхода приемопередающей схемы 10 подключается к проводу этой линии, а другой зажим заземляется, как показано на фиг. 5, а. В этом случае электромагнитная волна распространяется вдоль линии передачи в пространстве между проводом и поверхностью земли. Если линия передачи выполнена в виде излучающей кабельной линии (симметричной или коаксиальной), зажимы линейного выхода приемопередающей схемы 10 подключаются к проводникам кабельной линии, как показано на фиг. 5, б. Основная часть энергии электромагнитной волны распространяется внутри такой линии, однако часть ее проникает в окружающее пространство и распространяется вдоль линии в области вокруг кабельной линии, создавая чувствительную зону вокруг линии. Достоинством такой линии является меньшее затухание сигнала в линии и, следовательно, большая допустимая длина линии. Недостатком является меньшая чувствительность, поскольку цель обнаруживается не внутри линии передачи, как в случае двухпроводной линии и однопроводной линии над поверхностью земли, а снаружи линии. Поэтому устройства с такой линией передачи имеют меньшие поперечные размеры зоны обнаружения.

В другом варианте устройства для осуществления способа обнаружения движущихся целей приемопередающая схема 10 выполнена в виде, приведенном на фиг. 6, а. На схеме фиг. 6, а элементы, имеющие то же назначение, что и на схеме фиг. 2, пронумерованы теми же цифрами во избежание путаницы. Между передающим входом и одним из зажимов линейного выхода приемопередающей схемы 10 включена катушка индуктивности 32. Зажим линейного выхода одновременно подключен к эмиттеру транзистора 21, а передающий вход через разделительный конденсатор 22 подключен к базе этого транзистора 21. Резистор 23 смещения включен между базой транзистора 21 и общей шиной питания. Нагрузочный резистор 24 включен между коллектором транзистора 21 и общей шиной питания. Коллектор транзистора 21 является приемным выходом приемопередающей схемы 10. Второй зажим линейного выхода подключен к общей шине питания.

Отличием этого варианта устройства является наличие катушки индуктивности 32 вместо трансформатора 20 в схеме (фиг. 2) и отсутствие шины питания каскада на транзисторе 21. Роль питающего источника выполняет сравнительно длительный зондирующий импульс на передающем входе приемопередающей схемы 10 с выхода генератора 11 импульсов.

На фиг. 6, б приведены временные диаграммы, поясняющие работу этого варианта устройства. Зондирующий импульс с выхода генератора 11 импульсов на передающем входе приемо-передающей схемы приведен на диаграмме 33. Его длительность должна быть не менее t₀ - времени распространения электромагнитной волны до второго конца линии передачи 1 - 1' и обратно. Это условие обеспечивает наличие в течение всего этого времени высокого потенциала на эмиттере транзистора 21, являющегося питающим для каскада на транзисторе 21. На диаграмме 34 приведена форма тока на входе линии передачи. На диаграмме 35 показан вид напряжения на катушке индуктивности 32, а на диаграмме 36 - форма коллекторного тока транзистора 21.

При поступлении с генератора 11 импульсов на передающий вход приемопередающей схемы 10 переднего фронта зондирующего импульса 33 в цепи катушки индуктивности 32 и линии передачи возникает ток, создающий фронт электромагнитной волны, распространяющейся вдоль линии передачи 1 - 1' до второго конца линии передачи и обратно. В момент t₀ прихода обратно фронта волны, отраженного от второго конца линии передачи, ток в цепи линии и в катушке 32 заканчивается, как показано на диаграмме 34. Длительность импульса тока соответствует t₀ - времени распространения электромагнитной волны до второго конца линии и обратно. Перепады тока в цепи катушки индуктивности 32 вызывают появление импульсов напряжения, показанных на диаграмме 35. Вид этих импульсов соответствует виду импульсного токового сигнала, приведенного на диаграмме 27 (фиг. 3), поясняющей первый вариант устройства. Импульсы отрицательной полярности (диафрагма 35, фиг. 6) на базе транзистора 21 относительно его эмиттера открывают этот транзистор и в его коллекторной цепи возникает ток, форма которого приведена на диаграмме 36. Форма этого тока полностью соответствует приведенной на диаграмме 28 (фиг. 3) для первого варианта устройства. Импульсный сигнал в момент времени t₀ соответствует приходу отраженного сигнала от второго конца линии передачи и поступает на вход пикового детектора 12. Первый импульс на диаграмме 36, являющейся паразитным, подавляется с помощью ключевого элемента 13, как и в первом варианте устройства. В остальном работа устройства не отличается от первого варианта устройства.

В другом варианте устройства для реализации способа обнаружения движущихся целей приемопередающая схема 10 выполнена в таком же виде, как в устройстве-прототипе. Она приведена на фиг. 7. Передающий вход приемопередающей схемы 10 соединен с ее линейным выходом и с катодом диода 37. Анод диода 37 через резистор 38 соединен с положительной шиной питания и через разделительный конденсатор 39 - с приемным выходом приемо-передающей схемы 10. В отсутствии зондирующего импульса положительной полярности на передающем входе диод 37 открыт прямым смещением через резистор 38. Положительный зондирующий импульс поступает с передающего входа на линейный выход и в линию передачи 1 - 1' и одновременно запирает диод 37, не попадая на приемный выход. С окончанием зондирующего импульса потенциал катода диода 37 понижается, он снова открывается и сигнал, отраженный от второго конца линии передачи через открытый диод 37 и разделительный конденсатор 39, поступает на приемный выход приемопередающей схемы 10. В остальном устройство функционирует так же, как предыдущие варианты устройства.

Возможны другие варианты реализации приемо-передающей схемы 10 устройства, они были проведены экспериментально и показали свою работоспособность, однако описать их все в данном объеме невозможно. Поэтому, а также потому, что в предлагаемом устройстве возможно применение известной приемопередающей схемы из устройства-прототипа, в основном пункте формулы, относящемся к устройству, приемопередающая схема не раскрыта и считается известным функциональным узлом, а признаки, уточняющие содержание приемопередающей схемы, отнесены в дополнительные пункты формулы.

Признаки, касающиеся введения ключевого элемента 13 и системы АРУ, являются непринципиальными, они могут отсутствовать, например, в случае небольшой длины передачи, когда отраженный сигнал незначительно отличается от зондирующего по амплитуде. Поэтому эти признаки также отнесены в дополнительные пункты формулы.

В дополнительные пункты формулы также отнесены признаки, уточняющие тип линии передачи, так как они также являются непринципиальными для сути предлагаемого способа и устройства, как это ясно из приведенного описания.

Таким образом, устройство для реализации способа обнаружения движущихся целей со своими основными признаками, отраженными во втором пункте формулы изобретения, обеспечивает выделение сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, и фиксирует изменения этого сигнала при появлении движущейся цели, т.е. реализует отличительные признаки способа обнаружения, отраженные в первом пункте формулы. Совокупность признаков по п. 1 и 2 формулы изобретения обеспечивают единство изобретения и являются достаточными для реализации способа и устройства. Признаки дополнительных пунктов формулы относятся к устройству и являются дополняющими и уточняющими.

Макеты нескольких вариантов устройства прошли натурные испытания в реальных условиях и подтвердили все сделанные в тексте описания выводы. Неравномерность чувствительности и зоны обнаружения устройства по длине передачи не превышали 10% при наличии различных неоднородностей в линии передачи, типа опор крепления провода, поворотов линии рубежа, при изменении погодных условий. Испытания подтвердили высокую помехоустойчивость устройства к воздействию дождя, ветра, раскачивающего проводную линию, посадки на проводную линию птиц, раскачивающихся вблизи деревьев и других помеховых факторов.

Введенные в способ и устройство новые признаки позволили по сравнению с прототипом выровнять чувствительность по длине блокируемого рубежа, повысить вероятность обнаружения цели и снизить вероятность ложных срабатываний, тем самым повысить функциональную надежность устройства и расширить область применения способа и устройства для обнаружения движущихся целей.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения движущихся целей, основанный на формировании вдоль охраняемого рубежа зоны распространения зондирующего электромагнитного сигнала путем размещения вдоль рубежа линии передачи зондирующего электромагнитного сигнала и формировании зондирующего электромагнитного сигнала на первом конце линии передачи, отличающийся тем, что второй конец линии передачи выполняют несогласованным с волновым сопротивлением линии передачи, выделяют на первом конце линии передачи сигнал, отраженный от второго конца линии передачи, и фиксируют изменения сигнала, отраженного от второго конца линии передачи, при появлении движущейся цели в зоне распространения зондирующего электромагнитного сигнала.

2. Устройство обнаружения движущихся целей, содержащее линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, приемопередающую схему, полосовой фильтр и пороговую исполнительную схему, причем передающий вход приемопередающей схемы подключен к выходу генератора импульсов, линейный выход приемопередающей схемы подключен к первому концу линии передачи, выход полосового фильтра соединен с входом пороговой исполнительной схемы, отличающееся тем, что в него введен пиковый детектор, вход которого подключен к приемному выходу приемопередающей схемы, а выход подключен к входу полосового фильтра, второй конец линии передачи выполнен несогласованным с волновым сопротивлением линии передачи, например разомкнут.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приемопередающая схемы выполнена в виде трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно между передающим входом и линейным выходом, вторичная обмотка подключена между базой и эмиттером транзистора, эмиттер подключен к шине питания, а коллектор через нагрузочный резистор подключен к общей шине питания и является приемным выходом приемопередающей схемы.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приемопередающая схемы выполнена в виде катушки индуктивности, включенной последовательно между передающим входом и линейным выходом приемопередающей схемы и подключенной соответственно между базой и эмиттером транзистора, коллектор которого через нагрузочный резистор подключен к общей шине питания и является приемным выходом приемопередающей схемы.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что линия передачи выполнена в виде двухпроводной линии.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что линия передачи выполнена в виде однопроводной линии, причем второй зажим линейного выхода приемопередающей схемы заземлен.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что линия передачи выполнена в виде излучающей кабельной линии.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введены формирователь импульсов и ключевой элемент, причем вход формирователя импульсов подключен к выходу генератора импульсов, выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу ключевого элемента, а коммутируемая цепь ключевого элемента включена между приемным выходом приемопередающей схемы и общей шиной питания.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введена цепь автоматической регулировки уровня в виде компаратора напряжения, фильтра нижних частот и управляемого резистора, причем первый вход компаратора напряжения подключен к выходу пикового детектора, второй вход компаратора напряжения подключен к источнику опорного напряжения, выход компаратора напряжения через фильтр нижних частот подключен к управляющему входу управляемого резистора, а выводы управляемого резистора включены между приемным выходом приемопередающей схемы и общей шиной питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.08.2010

Дата публикации: 10.12.2011

---