Радиоволновые и радиолучевые средства обнаружения

Содержание

1. Назначение, виды  и основные характеристики радиоволновых  и радиолучевых средств обнаружения……………………………………………………………..…….3

2. Передатчик, антенная  система и приемник как блок  формирования полезного сигнала………………………………………………………………………………..…8

3. О двух подходах  к построению РВСО……………………………………………12

4. Список источников…………………………………………………………………21

 

1. Назначение, виды и основные  характеристики радиоволновых и  радиолучевых средств обнаружения

Радиоволновые и радиолучевые средства обнаружения получили широкое распространение при защите периметров объектов и организации скрытых или маскируемых рубежей охраны в помещениях.

Различие между радиоволновыми и радиолучевыми средствами обнаружения состоит в способе формирования чувствительной зоны СО: РВСО использует ближнюю зону распространения радиоволн; РЛСО - дальнюю зону, т.е. более 100 .

Чувствительная зона СО - это участок или объект, появление в котором объекта обнаружения вызывает возникновение полезного сигнала с уровнем, превышающим уровень шума или помехи.

Внутри зоны чувствительности располагается зона отчуждения

- это зона, появление в  которой людей, техники или  других объектов обнаружения  может привести к превышению  полезным сигналом порогового  значения и выдаче СО сигнала "Тревога".

Внутри зоны отчуждения располагается  зона обнаружения СО

- зона, где СО обеспечивает заданную вероятность обнаружения.

Вероятность обнаружения - это вероятность того, что СО выдаст обязательно сигнал "Тревога" при пересечении или вторжении в зону обнаружения нарушителя, в условиях и способами, оговоренными в нормативной документации. Как правило, зарубежные фирмы указывают в качестве вероятности обнаружения СО несмещенную оценку вероятности обнаружения:

где N,«;_n - число испытаний по преодолению зоны обнаружения СО; М - число пропусков нарушителя.

Например, если при пересечении  ЗО в количестве 100 раз не было пропусков  нарушителя, т.е. СО выдало 100 раз сигнал "Тревога", то про это СО можно сказать, что его вероятность обнаружения составляет 0,99.

В отечественной практике под вероятностью обнаружения, как  правило, понимается нижняя граница  доверительного интервала, в котором  с доверительной вероятностью лежит истинное значение вероятности обнаружения.

То есть под вероятностью обнаружения понимается величина

где Р* - среднее частотное значение вероятности обнаружения, определяемое выражением

- коэффициент Стьюдента  для данного числа испытаний

и выбранной доверительной  вероятности.

"Полезным" называют  сигнал, возникающий на выходе чувствительного элемента при преодолении или вторжении в зону обнаружения нарушителя.

Другим важным параметром СО является частота ложных срабатываний Nne. определяемая выражением:

где Т_лс - время наработки на ложное срабатывание.

Доверительный интервал для  оценки средней наработки на ложное срабатывание задается граничными значениями и Т₂, определяемыми из соотношений:

где Т_исп - продолжительность испытаний; N - число испытываемых образцов; - нижняя оценка параметра распределения Пуассона; - верхняя оценка параметра распределения Пуассона.

Помеховым сигналом называется зависимость электрической величины от времени на выходе ЧЭ СО при воздействии на него возмущающих факторов любой природы, не связанных с вторжением или преодолением объектами обнаружения зоны обнаружения.

Возмущающим воздействием называется воздействие на ЧЭ СО, являющееся причиной возникновения помехи или искажающее форму полезного сигнала.

Примером возмущающего воздействия  могут служить: порыв ветра, снег, дождь; кошки, собаки, перемещающиеся в  чувствительной зоне; транспорт, перемещающийся вблизи 43, и др.

Флюктуационной помехой называют помеху, являющуюся непрерывным случайным процессом, описываемым своими многомерными функциями распределения.

Импульсной помехой называют помеху, представляющую собой случайную последовательность импульсов, описываемую моментами появления импульсов и их видом.

Причиной пропуска полезного  сигнала является маскирующее действие помехи, полностью или частично компенсирующей полезный сигнал, либо отсутствие в  полезном сигнале характерных признаков, позволяющих отличить его от помехового сигнала, что приводит к несрабатыванию СО.

При определении вероятности  обнаружения СО, выпускаемых в больших объемах, могут применяться методики, использующие кроме доверительного интервала и доверительной вероятности риск заказчика и риск изготовителя. Например, по отечественной методике аналогичное СО будет иметь вероятность обнаружения не более 0,9.

В зависимости от принципа действия различают активные или  пассивные РВСО и РЛСО.

Пассивные РВСО и РЛСО используют собственное излучение объекта  обнаружения или вызываемое им изменение  электромагнитных полей внешних источников.

Активные РВСО и РЛСО используют собственный источник ЭМП для  формирования чувствительной зоны.

Различают одно- и двухпозиционные РВСО и РЛСО:

- однопозиционные имеют общий блок приемопередатчика;

- двухпозиционные имеют  разнесенные блоки передатчика  и приемника.

Пассивные РЛСО применяются  для обнаружения нарушителей, имеющих  собственное электромагнитное излучение.

Форма чувствительной зоны для пассивных РВСО определяется формой диаграммы направленности антенны. В первом случае она, как правило, круговая, а используемый диапазон лежит в пределах 10 Гц...10 ГГц. Во втором случае, как правило, чувствительная зона имеет лучевую форму и используются метровый и дециметровый диапазоны.

Активные однопозиционные РЛСО включают в себя:

- однопозиционную РЛС;

- нелинейный радиолокатор;

- однопозиционное микроволновое  СО.

Однопозиционные РЛС метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов применяются для контроля территории, прилегающей к особо  важным объектам, охраны береговой  полосы, прибрежной зоны и ближней  разведки в условиях боевых действий. Различают стационарные, мобильные и носимые РЛСО.

Нелинейный радиолокатор использует широкополосный сигнал специальной  формы и предназначен для обнаружения  человека за неподвижными физическими  преградами и укрытиями.

Однопозиционные микроволновые  СО используют для временного блокирования разрывов в заграждении, охраны объемов неотапливаемых помещений, входов в охраняемые здания, для перекрытия "мертвых зон" радиолучевых рубежей охраны периметров, организации скрытых рубежей блокирования в охраняемых помещениях.

Примечание: "Мертвой зоной" называется пространство между СО и 30 или разрывы в 30, где вероятность обнаружения меньше заданной.

Данные СО работают в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Для обнаружения используется изменение расположения стоячих волн в охраняемом объеме при появлении объекта обнаружения, либо проявление эффекта Доплера при движении объекта обнаружения.

Двухпозиционные РЛСО работают в дециметровом, сантиметровом и  миллиметровом диапазонах и используются для блокирования периметров объектов, мест временного расположения войсковых  подразделений, грузов и т.п. Полезный сигнал формируется за счет изменения  объектом обнаружения сигнала связи на входе приемника.

Двухпозиционные РВСО работают в декаметровом, метровом и дециметровом диапазонах длин волн и используются для блокирования периметров объектов и организации скрытых рубежей охраны. В качестве антенных систем здесь применяются радиоизлу-чающие кабели, другое название - линия вытекающей волны, а также кусочно-ломаные двух- и однопроводные линии.

В данную классификацию не вошли некоторые СО, являющиеся комбинацией нескольких СО, и еще только разрабатываемые РЛСО с синтезированной апертурой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Передатчик, антенная система и приемник как блок формирования полезного сигнала

Пусть имеется РЛСО с антенной системой, состоящей из двух одинаковых антенн с размерами D_B по вертикали и D_r по горизонтали, установленных на высоте Н_А от поверхности земли параллельно забору на расстоянии А от него и на расстоянии L друг от друга. Диаграмма направленности антенны определяется углами в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно.

При этом возможны следующие  случаи: - антенную систему можно  рассматривать как состоящую  из точечных антенн, если выполняются  условия:

 

- антенную систему необходимо  рассматривать как имеющую конечный  размер, если приведенные выше  условия не выполняются.

Мощность, излучаемая передающей антенной Р_Изл. связана с мощностью, наводимой в приемной антенне Р_Пр, при расположении антенн в свободном пространстве выражением:

где - длина волны РЛСО; - коэффициент усиления антенны.

Влияние подстилающей поверхности  на работу РЛСО показано на рис. 3.2. При увеличении расстояния L между антеннами принимаемый сигнал имеет колебательный характер и затухает. При увеличении высоты подвеса антенн Н_А принимаемый сигнал имеет колебательный характер и возрастает, стремясь к значению принимаемого сигнала для свободного пространства. Аналогичная картина наблюдается и при увеличении расстояния А до протяженного предмета - забора, стены.

Известно, что при распространении  радиоволн от передающей к приемной антенне образуется сложная интерференционная картина. Для большинства РЛСО и большой протяженности зоны обнаружения справедливо условие дифракции Френеля.

Известно также, что область  ВЧ-рассеяния по отношению характерного размера объекта D к радиусу первой зоны Френеля Ri подразделяется следующим образом:

Процесс сигналообразования в РЛСО происходит следующим образом. Человек - нарушитель при движении поперек участка последовательно перекрывает зоны Френеля.

При этом человек с высокой  степенью точности моделируется при  перемещении в "рост" и "ползком" прямоугольником с габаритами человека, при перемещении "согнувшись" - двумя прямоугольниками. Радиус m-ой зоны Френеля

а наибольший радиус зоны Френеля, определяющий ширину зоны обнаружения, составляет

Соответственно, отношение выражается через расстояние от точечного источника электромагнитного поля до объекта п, расстояние от объекта до точки наблюдения г₂ и длину волны следующей формулой:

Основные параметры человека, влияющие на параметры полезного  сигнала, показаны на рис. 3.4.

Чтобы уменьшить мертвую  зону при обнаружении ползущего  человека, необходимо устанавливать  большую антенну.

В соответствии с размерами  животных, обитающих на данном объекте, и их возможными путями продвижения  определяется уровень помеховых  импульсных сигналов.

Другой тип помехи - от подстилающей поверхности. Общие требования к РЛСО по подстилающей - поверхности  следующие:

- неравномерность поверхности  не более 20 см;

- трава и снежный покров - свыше 30 см.

Полоса частот полезного  сигнала определяется минимальной  и максимальной шириной зоны чувствительности, а также минимальной и максимальной скоростью передвижения нарушителя. Соответственно для конкретного средства обнаружения при уменьшении длины участка блокирования возможно обнаружение более медленно движущегося нарушителя.

 

Для обеспечения совместной работы нескольких средств применяется  амплитудная модуляция зондирующего сигнала разными частотами. Временное  разделение, требующее взаимной синхронизации, применяется редко.

Для уменьшения влияния изменений  состояния подстилающей поверхности  на уровень полезного сигнала  в РЛСО применяются АРУ или  логарифмический усилитель.

В современных РЛСО, использующих цифровые методы обработки, как правило, имеется возможность настройки  на длину блокируемого участка и  максимальную и минимальную скорость движения нарушителя.

 

 

 

 

 

3. О двух подходах к построению РВСО

РВСО строятся на основе одно- или двухпроводных линий  и радиоизлучающих кабелей. Одно- и двухпроводные линии применяются в контактных средствах при блокировании верха заграждения. Характеристики проводной линии очень сильно зависят от состояния подстилающей поверхности.