Проводно-волновое средство обнаружения нарушителя

 

Изобретение относится к охранной сигнализации. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и информативности устройства. Технический результат достигается тем, что устройство содержит первый и второй каналы обработки сигналов в виде проводных линий передачи, размещенных параллельно вдоль охраняемого рубежа, каждый канал имеет генератор импульсов, подключенный к одному концу соответствующей линии передачи, амплитудный детектор, вход которого подключен к другому концу соответствующей линии передачи, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, пороговую схему и исполнительное устройство, схему вычитания, входы которой подключены к выходам полосовых фильтров каналов, пороговые схемы подключены к выходу схемы вычитания, первый и второй расширители импульсов, подключенные к выходам, соответственно, первой и второй пороговых схем. Первая и вторая схемы И подключены к выходам, соответственно, первого и второго расширителей импульсов. При этом предлагаемое средство обеспечивает также определение направления движения нарушителя. 2 ил.

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к радиоволновым средствам (извещателям, датчикам, детекторам) обнаружения нарушителей, вторгающихся на территорию охраняемого объекта через его периметр (границу).

Для обнаружения нарушителя (человека) используют средства обнаружения, формирующие вдоль рубежа охраны продольную объемную зону обнаружения и вырабатывающие сигнал тревоги при вторжении нарушителя в эту зону или при пересечении ее нарушителем.

К таким устройствам относятся и проводно-волновые средства обнаружения, основанные на использовании направляющих систем в виде проводных линий передачи для канализации и направления распространения электромагнитного поля вдоль рубежа охраны и фиксирующие изменения электромагнитного поля в линии передачи при появлении нарушителя. Благодаря тому, что направление распространения электромагнитной волны в таком устройстве задается проводной линией передачи, формируемая им зона обнаружения легко сопрягается с рельефом местности и конфигурацией рубежа охраны, а также с периметровыми заграждениями.

При зондировании проводной линии передачи радиоимпульсным сигналом в линии возникает стоячая волна за счет переотражений от неоднородностей линии (опор крепления провода, поворотов линии и т.п.).

В результате этого интенсивность поля оказывается неравномерной вдоль линии передачи, и зона обнаружения, формируемая устройством, также оказывается неравномерной. Неравномерность зоны обнаружения вдоль рубежа охраны приводит либо к недостаточной чувствительности и пропускам нарушителя на отдельных участках рубежа, либо к повышенной чувствительности на других участках и повышению общей вероятности ложных тревог от помех.

Известен "Способ обнаружения нарушителя" (см. патент N 2037881, Россия, МПК G 08 В 13/18, опубл. 19.06.95 г.), который устраняет указанный недостаток путем формирования в проводной линии нескольких стоячих волн, смещенных по пространственной фазе таким образом, чтобы минимумы одной волны перекрывались максимумами других волн. Пространственный сдвиг стоячих волн осуществляется коммутацией концевых нагрузок проводной линии в передатчике и приемнике зондирующего сигнала. Недостатком устройства, реализующего этот способ, является сложность функциональной схемы и устройства в целом.

Сходными признаками устройства, реализующего указанный способ, с признаками заявляемого проводно-волнового средства обнаружения являются передатчик и приемник зондирующего сигнала, проводная линия передачи.

Известны также "Способ обнаружения движущихся целей и устройство для его осуществления" (см. патент N 2109344, Россия, МПК G 08 В 13/24, опубл. 20.04.98 г.), по которым неравномерность зоны обнаружения устраняется путем применения в качестве зондирующего сигнала проводной линии передачи короткого видеоимпульса наносекундной длительности. Сформированная им в проводной линии электромагнитная волна имеет протяженность порядка нескольких метров, намного меньшую, чем длина линии передачи. Принцип обнаружения объекта-нарушителя по его рассеянию "вперед", когда поле рассеяния объекта накладывается на возбуждающий его зондирующий сигнал и распространяется вместе с ним по проводной линии к приемнику ("вперед"), в сочетании с пространственной локализованностью зондирующего сигнала, обеспечивает отсутствие интерференции отраженных волн и равномерность зоны обнаружения.

Устройство, реализующее описанный способ обнаружения нарушителя, содержит генератор импульсного зондирующего сигнала, проводную линию и приемник, конструктивно расположенный на том же конце линии, что и генератор. Зондирующий сигнал от генератора распространяется по линии передачи до ее конца, отражается от него и возвращается к приемнику. В приемнике производится обработка изменений амплитуды принятого импульсного сигнала.

Недостатком устройства является двойное ослабление зондирующего сигнала, дважды проходящего линию передачи от генератора до конца линии и обратно к приемнику. Это сокращает допустимую длину проводной линии передачи. Кроме того, устройство имеет несколько пониженную помехоустойчивость к внешним электромагнитным помехам, наводимым на проводную линию передачи, связанную с широкой полосой пропускания входной цепи приемника, а также в устройстве отсутствуют технические признаки, позволяющие выделить сигнальную информацию о направлении движения нарушителя через рубеж охраны.

Сходными техническими признаками описанного устройства с признаками заявляемого изобретения являются генератор импульсов, проводная линия передачи, приемник, содержащий амплитудный детектор, полосовой фильтр, пороговую и исполнительную схемы.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является "Устройство для охранной сигнализации" (см. патент N 2122238, Россия, МПК G 08 В 13/24, опубл. 20.11.98 г.), содержащее проводную линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу линии передачи, амплитудный детектор в виде пикового детектора, вход которого подключен ко второму концу линии передачи, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, пороговую и исполнительную схемы, вход пороговой схемы подключен к выходу полосового фильтра, а выход - ко входу исполнительной схемы.

Это устройство полностью аналогично предыдущему за исключением того, что зондирующий сигнал однократно проходит линию передачи от выхода генератора до входа амплитудного детектора, поэтому имеет вдвое меньшее затухание, а линия передачи и блокируемый рубеж могут иметь вдвое большую длину.

Однако, прототип сохраняет пониженную помехоустойчивость к электромагнитным помехам и отсутствие технических признаков, позволяющих выделить сигнальную информацию о направлении движения нарушителя через рубеж охраны.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение помехоустойчивости и информативности устройства.

Для реализации поставленной цели в изобретении решена следующая техническая задача: введены признаки, позволяющие компенсировать воздействие внешних помех, сформировать и выделить тревожный сигнал, содержащий дополнительные информативные признаки, указывающие направление движения нарушителя через рубеж охраны ("от нас" или "к нам").

Эта задача в настоящем изобретении решена следующим образом: в известное устройство, содержащее первую линию передачи в виде проводных элементов, размещенную вдоль охраняемого рубежа, первый генератор импульсов, подключенный к одному концу первой линии передачи, первый амплитудный детектор, вход которого подключен к другому концу первой линии передачи, первый полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, первую пороговую схему и первую исполнительную схему, - дополнительно введены новые технические признаки: вторая линия передачи в виде проводных элементов, размещенная вдоль охраняемого рубежа параллельно первой линии передачи, второй генератор импульсов, подключенный к одному концу второй линии передачи, второй амплитудный детектор, вход которого подключен к другому концу второй линии передачи, второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора, схема вычитания, входы которой подключены к выходам первого и второго полосовых фильтров, вторая пороговая схема, вторая исполнительная схема, первый и второй расширители импульсов, первая и вторая схемы И, причем выход схемы вычитания подключен ко входам первой и второй пороговых схем, выход первой пороговой схемы подключен ко входу первого расширителя импульсов и к одному из входов второй схемы И, выход второй пороговой схемы подключен ко входу второго расширителя импульсов и к одному из входов первой схемы И, второй вход первой схемы И подключен к выходу первого расширителя импульсов, второй вход второй схемы И подключен к выходу второго расширителя импульсов, выходы первой и второй схем И подключены ко входам, соответственно, первой и второй исполнительных схем.

На фиг. 1 приведена структурно-функциональная схема устройства, на фиг. 2 - пример пространственного размещения элементов устройства.

На структурно-функциональной схеме (см. фиг. 1) приведены следующие обозначения: 1 - передатчик, 2 - приемник, 3 - провод первой линии передачи, 4 - провод второй линии передачи, 5 - общий провод обеих линий передачи, 6 и 7 - соответственно, первый и второй генераторы импульсов, входящие в состав передатчика 1, в составе приемника 2: 8 и 9 - соответственно, первый и второй амплитудные детекторы, 10 и 11 - соответственно, первый и второй полосовые фильтры, 12 - схема вычитания, 13 и 14 - соответственно, первая и вторая пороговые схемы, 15 и 16 - соответственно, первый и второй расширители импульсов, 17 и 18 - соответственно, первая и вторая исполнительные схемы. Стрелкой 21 ("от нас" - "к нам") показано направление движения нарушителя.

На фиг. 2 цифровые обозначения 1, 2, 3, 4, 5, 21 - те же, что на фиг. 1, 22 - опоры крепления проводов линий передачи 3 и 4, 23 и 24 - поперечное сечение зон обнаружения, формируемых, соответственно, первой и второй линиями передачи.

Первый 6 и второй 7 генераторы импульсов подключены, соответственно, к проводам 3 и 4 первой и второй линий передачи, общие цепи генераторов импульсов объединены и соединены с общим проводом 5 линий передачи и могут быть заземлены. На другом конце линий передачи провода 3 и 4 подключены ко входам амплитудных детекторов 8 и 9, общие входы амплитудных детекторов объединены и подключены к общему проводу 5 линий передачи. Провода 3 и 4 линий передачи расположены на диэлектрических опорах (стойках) 22 на некоторой высоте от поверхности земли. Общий провод 5 линий передачи расположен по поверхности земли, вблизи поверхности земли или на небольшой глубине в земле. Он обеспечивает электромагнитную связь с землей по всей длине блокируемого рубежа. Провода 3 и 4 линий передачи разнесены параллельно друг другу на некоторое расстояние, обеспечивающее разнесение в поперечном направлении зон обнаружения 23 и 24.

Проводные элементы линий передачи - провода 3, 4, 5 выполняют, например, из механически прочного изолированного полевого провода. Линии передачи размещаются вдоль блокируемого участка рубежа.

Устройство в целом работает следующим образом. Первый и второй генераторы импульсов 6 и 7, входящие в состав передатчика 1, размещенного на одном конце блокируемого участка, генерируют короткие зондирующие импульсы наносекундной длительности (10-20 нс). Эти импульсы формируют в каждой линии передачи между проводами 3 (4) и поверхностью земли импульсное электромагнитное поле, распространяющееся вдоль линии передачи (и вдоль рубежа охраны) на другой конец линии, где поступает на соответствующий вход приемника 2. Входы приемника 2 одновременно являются входами амплитудных детекторов 8 и 9 импульсов. В отсутствие нарушителя амплитуда принимаемых импульсов имеет среднее значение, постоянное или медленно изменяющееся с изменением внешних условий (температуры, влажности, выпадении снега и т.п.). На выходах амплитудных детекторов 8 и 9 выделяется напряжение, пропорциональное амплитудам принимаемых импульсов. При движении нарушителя через область распространения электромагнитных волн в первой и второй линиях передачи, он пересекает сначала одну, а затем другую зоны обнаружения, вызывая уменьшение амплитуды импульсов сначала в одном, а затем в другом канале и, соответственно, уменьшение напряжения на выходах сначала одного, а затем другого амплитудных детекторов. Полоса пропускания полосовых фильтров 10 и 11 выбрана так, что они ослабляют медленные изменения напряжений, вызываемые погодными, климатическими и другими изменениями внешних условий, и усиливают сравнительно быстрые изменения напряжений, обусловленные движением нарушителя при заданных значениях максимальной и минимальной скоростей движения.

На выходах полосовых фильтров 10 и 11 выделяются сигналы U₁(t) и U₂(t), соответствующие приращениям амплитуды импульсов в первой и второй линиях передачи при движении нарушителя через рубеж охраны.

Ввиду того, что линии передачи смещены в поперечном направлении, то при последовательном движении нарушителя по стрелке 21 в направлении "к нам" он пересекает сначала зону обнаружения 23, формируемую первой линией передачи, а затем - зону обнаружения 24, формируемую второй линией передачи. При этом сигнал U₁(t) опережает по времени сигнал U₂(t). При движении нарушителя в обратном направлении ("от нас"), наоборот, сигнал U₂(t) опережает сигнал U₁(t) по времени.

Сигналы U₁(t) и U₂(t) подаются на входы схемы вычитания 12, на выходе которой вырабатывается разностный сигнал. Для определенности обозначим его |U₁(t)| - |U₂(t)|. Амплитуда разностного сигнала положительна, когда |U₁(t)| > |U₂(t)|, т.е. когда нарушитель находится в первой зоне обнаружения 23, и отрицательна, когда |U₂(t)| > |U₁(t)|, т.е. когда нарушитель находится во второй зоне обнаружения 24.

Разностный сигнал поступает одновременно на входы первой и второй пороговых схем 13 и 14. Пороговая схема 13 вырабатывает сигнал логической единицы, когда амплитуда разностного сигнала превышает положительный пороговый уровень напряжения "+П". Пороговая схема 14 вырабатывает сигнал логической единицы, когда амплитуда разностного сигнала ниже отрицательного порогового уровня напряжения "-П".

Логические единичные сигналы с выходов пороговых схем 13 и 14 содержат информацию о направлении движения нарушителя через рубеж охраны, заключающуюся в очередности появления этих сигналов во времени. Например, появление единичного сигнала на выходе первой пороговой схемы 13, затем - на выходе второй пороговой схемы 14 соответствует информации: "нарушитель обнаружен, направление движения "к нам", и, соответственно, появление первым единичного сигнала на выходе второй пороговой схемы 14, затем - на выходе первой пороговой схемы 13 соответствует информации: "нарушитель обнаружен, направление движения "от нас".

Внешние электромагнитные помехи, наводимые на проводах 3 и 4 линии передачи, вызывают синфазные изменения сигналов на входах схемы вычитания 12, и поэтому взаимно компенсируются.

Пусть первым приходит сигнал с выхода первой пороговой схемы 13 и поступает на второй вход схемы И 18 и на вход расширителя импульсов 15. В качестве расширителя импульсов может быть использован ждущий мультивибратор. Время ожидания, задаваемое расширителем импульсов, определяет пользователь. В течение этого времени на первый вход схемы И 17 подается единичный сигнал. Приходящий вторым единичный сигнал с выхода второй пороговой схемы 14 поступает на второй вход схемы И 17, на выходе которой в момент совпадения упомянутых сигналов вырабатывается единичный импульс, который запускает исполнительное устройство 19. Исполнительное устройство 19 вырабатывает сигнал, появление которого на выходе приемника 2 соответствует информации нарушитель обнаружен, направление движения "к нам".

Пусть первым приходит единичный сигнал с выхода второй пороговой схемы 14 и поступает на второй вход схемы И 17 и одновременно запускает расширитель импульсов 16. Импульс с выхода расширителя импульсов 16 поступает на первый вход схемы И 18. Пришедший вторым единичный сигнал с выхода первой пороговой схемы 13 поступает на второй вход схемы И 18, на выходе которой в момент совпадения упомянутых сигналов вырабатывается единичный импульс, запускающий исполнительное устройство 20. Исполнительное устройство 20 вырабатывает сигнал, появление которого на выходе приемника 2 соответствует информации: "нарушитель обнаружен, направление движения "от нас".

Введенные в известное устройство дополнительные признаки позволяют получить новые существенные и полезные свойства, а именно: повысить помехоустойчивость устройства и обеспечить возможность получения сигнальной информации о факте обнаружения вторжения нарушителя с указанием направления его движения через охраняемый рубеж.

Формула изобретения

Проводно-волновое средство обнаружения нарушителя, содержащее первую линию передачи в виде проводных элементов, размещенную вдоль охраняемого рубежа, первый генератор импульсов, подключенный к одному концу первой линии передачи, первый амплитудный детектор, вход которого подключен к другому концу первой линии передачи, первый полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, первую пороговую схему и первую исполнительную схему, отличающееся тем, что в него введены вторая линия передачи в виде проводных элементов, размещенная вдоль охраняемого рубежа параллельно первой линии передачи, второй генератор импульсов, подключенный к одному концу второй линии передачи, второй амплитудный детектор, вход которого подключен к другому концу второй линии передачи, второй полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора, схема вычитания, входы которой подключены к выходам первого и второго полосовых фильтров, вторая пороговая схема, вторая исполнительная схема, первый и второй расширители импульсов, первая и вторая схемы И, причем выход схемы вычитания подключен ко входам первой и второй пороговых схем, выход первой пороговой схемы подключен ко входу первого расширителя импульсов и к одному из входов второй схемы И, выход второй пороговой схемы подключен ко входу второго расширителя импульсов и к одному из входов первой схемы И, второй вход первой схемы И подключен к выходу первого расширителя импульсов, второй вход второй схемы И подключен к выходу второго расширителя импульсов, выходы первой и второй схем И подключены ко входам соответственно первой и второй исполнительных схем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2