Материал: Груба - Системы охранной сигнализации (2012) 10mb

паратуры, так как все элементы работают в ослабленных режимах нагрузки. Еще одно существенное преимущество импульсного режима работы, которое часто используется при реализации проводно-волновых СО, заключается в возможности подавать питание от ПРМ к ПРД по проводам АС в паузах работы передатчика. Экономия пары проводов (длиной, равной длине участка) – это не только удешевление СО, но также упрощение и ускорение процесса монтажа.

Чтобы организовать охрану рубежа большой длины несколькими однотипными СО, необходимо, чтобы они работали либо на различных частотах, либо в импульсном режиме, выходя в эфир поочередно за счет взаимной синхронизации передатчиков. Однако, для проводно-волновых СО проще воспользоваться ограниченным размером ЗО и, взяв одинаковые СО, расположить рядом друг с другом поочередно их приемники и передатчики (рис. 2.19.4).

Рис. 2.19.4 Размещение нескольких СО в одну линию

Продолжая аналогию с емкостными СО, можно предложить два варианта реализации проводно-волно- вого СО. В первом (основном) варианте электромагнитная энергия, распространяющаяся вдоль излучающего провода (ВП), шунтируется проводящим телом человека на общий провод (НП), идущий параллельно излучающему. Расстояние между проводами должно соответствовать размеру ОО. Такой вариант реализуется наиболее просто, например, в соответствии с блок-схемой, изображенной на рис. 2.19.5. Генератор высокочастотных колебаний (ГВЧ, около 100 МГц) управляется генератором прямоугольных импульсов (ГИ) длительностью 10…40 мкс, следующих с частотой 250…500 Гц. После усилителя (У) излучение подается в двухпроводную антенную систему. Принятый импульс проходит полосовой фильтр (ПФ), отсеивающий многочисленные помеховые сигналы и наводки на частотах, отличающихся от частоты передатчика. Детектор огибающей (ДО) выделяет из последовательности импульсов переменной амплитуды их огибающую. В дежурном режиме на выходе ДО постоянный сигнал, при появлении ОО его уровень меняется, что обнаруживает компаратор (К). Накопитель

(Н) ведет подсчет количества срабатываний компаратора и при достижении заданного их числа инициирует РТ.

Рис. 2.19.5 Блок-схема проводно-волнового СО

Во втором варианте электромагнитная энергия из излучающего провода наводится через тело приближающегося человека в другой – приемный – провод, также проходящий параллельно излучающему. Сигнал из приемного провода усиливается и подвергается анализу на предмет появления в нем изменений. Расстояние между

проводами должно несколько превосходить размеры ОО. Подобная идея находит реализацию в средствах обнаружения, называемых линией вытекающей волны (ЛВВ). Благодаря сходству принципов действия провод- но-волновых СО и ЛВВ иногда их объединяют в одну группу, называя и те и другие проводно-волновыми.

Достоинства проводно-волновых СО состоят в следующем:

—возможность формирования ЗО произвольной формы; рубеж охраны может быть непрямолинейным; ЗО следует за проводами ЧЭ, повторяя их изгибы, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости;

—ограниченность ЗО; проводно-волновые СО нечувствительны к перемещению людей и транспорта на расстояниях более 1,5…2 м;

—отсутствие ложных срабатываний от мелких животных;

—равномерность ЗО вдоль линии охраны;

—отсутствие специальных требований к проводам ЧЭ; их дешевизна;

—высокая помехоустойчивость к осадкам; при соблюдении правил монтажа – отсутствие срабатываний при воздействии ветра; невосприимчивость к снежному или травяному покрову;

—сигнализация в случае обрыва одного из проводов линии;

—простота монтажа; высокая скорость утановки СО;

—низкие затраты на обслуживание;

—легкость ремонта; в случае повреждения проводов антенной системы дефектный участок провода удаляется, а на его место устанавливается

недостающий отрезок провода.

Недостатки проводно-волновых СО заключаются в следующем:

—низкая помехоустойчивость в городской черте в условиях сильных электромагнитных помех: промышленного производства, автотранспорта, работающих электродвигателей, ЛЭП;

—необходимость очистки ЗО от кустов и веток деревьев; качающаяся мокрая крона может вызывать ложные срабатывания;

—сложность монтажа СО на воротах;

—каждый излом участка увеличивает потери излучения в окружающее пространство и поэтому сокращает допустимую длину участка на величину до десяти процентов; то же самое относится и к проводящим предметам, находящимся ближе 1 м от ВП;

—СО требует заземления с сопротивлением растекания не менее 30…300 Ом.

Средние показатели и характеристики проводноволнового СО: длина рубежа – до 200…250 м (при большом количестве изгибов сокращается до 100 м); вероятность обнаружения – 0,98; время наработки на ложную тревогу – 1000 часов; напряжение питания – 10…30 В; потребляемый ток – 40…70 мА; диапазон рабочих температур – от минус 50°C до плюс 50°C; погонная стоимость – 60…450 руб/м (2…15 $/м).

Принцип действия СО, называемого линией вытекающей волны (ЛВВ), основан на передаче электромагнитного излучения в окружающее пространство, приеме излучения после его взаимодействия с близлежащими предметами и выявлении в нем изменений, вызванных появлением нарушителя. Отличительной особенностью ЛВВ является использование для излучения и приема специального кабеля. ЛВВ состоит из передатчика (ПРД), приемника (ПРМ), оконечного устройства (ОУ), блока обработки (БО) и двух однотипных кабелей, один из которых служит распределенной излучающей антенной, а другой – приемной (рис. 2.20.1). Кабели располагаются параллельно друг другу на расстоянии около a = 2 м и имеют длину до 150 м.

Рис. 2.20.1 Линия вытекающей волны

ЛВВ называется также линией истекающей волны (ЛИВ), а ее кабель – перфорированным коаксиальным кабелем или кабелем вытекающей волны (КВВ). Иногда ЛВВ относят к проводно-волновым СО, с которыми у них имеется много общего. Также можно встретить название радиотехнические кабельные СО. ЛВВ является активным линейным СО. Оно используется на улице для охраны протяженных участков ограждения или свободного пространства. ЛВВ может работать в непрерывном или в импульсном режиме. Непрерывному режиму сопутствует повышенное энергопотребление и текущие расходы, импульсному – более сложный алгоритм обработки и повышенная начальная стоимость аппаратуры.

Передатчик генерирует и направляет в излучающий кабель электромагнитные колебания частотой 40…60 МГц. Соответствующая длина волны составляет около 6 м и выбрана таким образом, чтобы 1/4 от нее (1,5 м) была сопоставима с характерным размером человека. Благодаря этому СО все еще реагирует на человека, но оказывается невосприимчивым к объектам меньших размеров (животным и птицам). Основная часть энергии генерируемого сигнала излучается в окружающее пространство. Небольшая часть поступает через излучающий кабель на приемник в качестве опорного сигнала.

Кабель (излучающий и приемный) является коаксиальным. Он содержит внутреннюю жилу и внешний экран, разделенные слоем диэлектрика (рис. 2.20.2). Равномерное излучение (и прием) электромагнитных волн обеспечивается благодаря прорезям (перфорации), проделаным в экране через равные расстояния. Такой кабель изначально прокладывался вдоль железных дорог (за рубежом), где он обеспечивал устойчивую радиосвязь с подвижными объектами.

Вышедшее из передающего кабеля излучение, отражаясь от окружающих предметов, поступает в приемный кабель и далее – в блок ПРМ. Оконечное устройство ОУ представляет собой согласованную нагруз-

Рис. 2.20.2 Кабель ЛВВ

ку, необходимую для подавления отражений в длинной линии и установления режима бегущей волны. ОУ также служит для контроля целостности приемного кабеля. Отсутствие повреждений излучающего кабеля контролируется по наличию сигнала передатчика на выходе кабеля. Распространяясь вдоль кабеля, излучение ослабевает. Установка передатчика и приемника на противоположных концах кабелей выравнивает чувствительность вдоль длины участка.

ЛВВ применяется в двух основных вариантах: в грунте и на ограждении. При размещении в грунте (рис. 2.20.3) передающий и приемный кабель закапываются на глубину 0,1…0,2 м (штык лопаты). Оба кабеля располагаются параллельно на расстоянии a = 1…3 м друг от друга. Тогда ЗО следует вдоль кабелей, она имеет высоту h = 1…1,5 м и ширину, на 1 м превосходящую расстояние между кабелями (по 0,5 м в каждую из сторон). СО в данном варианте полностью маскируемое.

Рис. 2.20.3 Размещение ЛВВ в грунте

Другой вариант размещения кабелей – на ограждении (рис. 2.20.4). В этом случае кабели закрепляются горизонтально на полотне забора на расстоянии a = 1,5 м друг от друга (один выше, другой ниже), а ЗО имеет высоту 2,5 м и ширину 1,5 м со стороны установки кабелей. СО размещается на неметаллическом заборе, так что ЗО выходит на его противоположную сторону на те же 1,5 м.

Принятое излучение поступает на блок ПРМ, где выделяются его амплитудные и фазовые (по сравнению с опорным сигналом генератора) изменения. Все изменения анализируются блоком обработки, который в случае превышения ими заданных пороговых значений формирует сигнал тревоги. Основными параметрами для активации срабатывания являются изменение амплитуды принимаемого сигнала и длительность изменения. Амплитуда пропорциональна размерам появившегося в ЗО объекта (точнее – его эффективной площади рассеяния – ЭПР), а длительность – обратно пропорциональна его скорости. Селекции по размерам и скорости вполне достаточно для достижения высокой помехоустойчивости. Учет фазовых изменений служит для выравнивания чувствительности СО вдоль кабелей; в ряде ЛВВ они не используются, и тогда передающий кабель может подсоединяться только к генератору, а приемный – только к приемнику и БО.

Принцип действия ЛВВ поясняет его блок-схема (рис. 2.20.5). Передатчик (ПРД) содержит высокочастотный генератор (ГВЧ) и усилитель (У1). На его выходе

– непрерывный периодический сигнал с частотой около 50 МГц, подаваемый в излучающий кабель. По мере прохождения кабеля электромагнитные волны проникают через прорези в окружающее пространство. Отражаясь от окружающих предметов, испытывая амплитудные и фазовые изменения, излучение поступает в приемный кабель и далее в блок ПРМ. Усиленный сигнал с излучающего кабеля (выход У2) используется в качестве опорного. Усиленный сигнал с приемного кабеля (выход У3) содержит информацию об изменениях, происходящих вокруг кабелей. Он подается на перемножитель (ПМ), выделяющий синфазную составляющую. После прохождения интегратора (ИН) или фильтра нижних частот формируется сигнал огибающей, изменения которой сравниваются с заданным порогом в компараторе

(К). Накопитель (Н) импульсов срабатвания компаратора повышает помехоустойчивость СО. Реле тревоги (РТ) активирует сигнал тревоги при превышении количеством импульсов определенного порогового значения. Детектор с интегратором (Д+ИН) выделяют огибающую опорного сигнала, инициируя сигнал тревоги в случае ее пропадания (вызванного обрывом излучающего кабеля или неисправностью ПРД).

В составе ЛВВ бывает не два, а три кабеля. Возможна установка пары приемных кабелей, располагаемых по разные стороны от центрального передающего. Это повышает помехоустойчивость от импульсных наводок, одновременно воздействующих на оба приемных канала, а также позволяет определять направление движения нарушителя.

Рис. 2.20.5 Блок-схема ЛВВ

Главные источники помех ЛВВ – все то, что производит, отклоняет или отражает электромагнитное излучение в диапазоне 50 МГц:

—движущиеся крупные проводящие предметы; к ним относятся подвижные металлические заборы, транспорт на автомобильных дорогах с интенсивным движением, проточная вода, небольшие реки, ручьи, водопровод, канализация, деревья с пышной кроной в дождливую ветреную погоду; чем больше площадь отражающей поверхности предмета, тем дальше может ощущаться его влияние;

—источники сильного электромагнитного излучения (ЭМИ); радиостанции диапазона УКВ;

—крупные животные.

Основные достоинства ЛВВ:

—высокая помехоустойчивость; излучение с большой длиной волны имеет слабое затухание по сравнению с миллиметровым или ИК излучением; оно не ослабевает во время дождя, снегопада, тумана; его распространению не мешают трава, снежный покров или мелкий кустарник;

—охрана непрямолинейных участков произвольной формы;

—полная визуальная маскируемость;

—уверенное обнаружение ползущего нарушителя благодаря близости траектории его движения к закопанным кабелям; высокая вероятность обнаружения при использовании в качестве противоподкопного средства;

—чувствительные кабели могут быть установлены в землю, под асфальт или бетон в связи со сла-

бым затуханием излучения в данных средах; при необходимости глубина закапывания может быть увеличена до 0,5…0,6 м.

Основные недостатки ЛВВ:

—снижение чувствительности при высоте снежного покрова более 0,5…1 м в связи с подъемом траектории нарушителя вверх от закопанных в земле кабелей;

—искажение ЗО близлежащими неподвижными проводящими предметами, решетками, стальными листами, трубами, лужами; возможность возникновения вблизи от них мертвых зон или участков пониженной чувствительности;

—высокая стоимость.

Характеристики среднего СО на основе ЛВВ: длина участка – 100…150 м; вероятность обнаружения – 0,95…0,98; напряжение питания – 10…30 В; потребляемый ток – от 30 до 700 мА; диапазон рабочих температур – от минус 50°C до плюс 50°C; погонная стоимость – 2000…4000 руб/м (70…130 $/м).

2.21. Антенные СО

Основу антенного СО составляет обычный УКВ-при- емник не слишком высокого качества. Для улучшения работы в качестве СО он не содержит цепей автоматической подстройки частоты (АПЧ) и автоматической регулировки усиления (АРУ). Приемник настраивается на частоту одной из местных УКВ-радиостанций диапазона 100 МГц (длина волны λ = 3 м). Отражаясь от различных предметов (в том числе, и от людей), электромагнитные колебания образуют сложную суперпозицию бегущих и стоячих волн. Приближение человека к антенне меняет установившуюся картину стоячих волн. Сместившись на четверть длины волны (около l = λ/4 = 0,75 м), человек превращает узел (в точке размещения антенны) в пучность или наоборот. В результате амплитуда несущей радиосигнала испытывает небольшие изменения, фиксируя и накапливая которые можно сформировать сигнал тревоги.

Антенное СО относится к пассивным средствам. Оно не производит излучения в окружающее пространство. Антенное СО является точечным внутренним и используется для охраны отдельных предметов, находящихся в помещениях. Более того, оно является городским, так как требует для работы наличия какойлибо круглосуточной радиостанции.

Если человек смещается на 2l в направлении антенны, то несущая радиосигнала претерпевает полный период изменения амплитуды. Диапазону скоростей передвижения v = 0,1…10 м/с соответствует модуляция несущей с частотой f = v/2l = 0,07…7 Гц. В связи с этим

блок-схема антенного СО имеет следующий вид (рис. 2.21.1). Приемник (ПРМ) диапазона 100 МГц подает усиленный сигнал с антенны на амплитудный (не частотный) детектор (АД). Полосовой фильтр (ПФ) выделяет низкочастотную составляющую в полосе 0,05…10 Гц. Далее идет стандартная цепочка из компаратора (К), накопителя (Н) и реле тревоги (РТ).

Рис. 2.21.1 Блок-схема антенного СО

Оновной недостаток антенного СО – нестабильность его параметров. Используемая радиостанция может увеличить или уменьшить мощность излучения, выйти на профилактический ремонт или сделать вынужденный перерыв в работе. Уровень сигнала меняется в зависимости от материала стен, места размещения антенны внутри помещения и положения окружающих проводящих предметов (металлических шкафов, батарей отопления, кабелей). Простая перестановка мебели может потребовать перенастройки СО. Антенное СО не отличается ни высокой вероятностью обнаружения, ни помехоустойчивостью. Оно используется преимущественно в любительской практике, да и то благодаря простоте конструкции и монтажа. Переспективы антенных СО связаны с переходом на диапазоны сотовой связи, находящей все более широкое распространение.