 Линия вытекающей волны - воспоминания о будущемАвтор: Ларин А.И., к.т.н., генеральный директор ЗАО "Восток-Специальные системы"
Среди разнообразия периметровых извещателей этот тип обнаружителей стоит особняком. Вот уже более 30 лет во многих странах ведутся исследования в области радиочастотных обнаружителей, являющихся излучающими кабельными линиями. В излучающих кабельных линиях (или "линиях вытекающей волны" — ЛВВ) чувствительный элемент представляет собой перфорированный коаксиальный кабель, в котором внешний проводник не обеспечивает полного экранирования центрального проводника, и определенная часть энергии передаваемого высокочастотного сигнала излучается через отверстия во внешнюю среду.
Принцип действия ЛВВ основан на индикации возмущения электромагнитного поля при пересечении объектом объемной зоны обнаружения, формируемой излучающими кабелями. В передающем кабеле устанавливается режим, близкий к режиму бегущей волны, и часть электромагнитной энергии проникает в приемный кабель, в котором наводится опорный сигнал (сигнал связи). Отраженная от объекта обнаружения электромагнитная волна также принимается приемным кабелем, вследствие чего происходит низкочастотная модуляция амплитуды и фазы сигнала связи. Частота излучаемого зондирующего электромагнитного импульса выбирается исходя из требования к минимальной длине волны fmin > 3 Lmax, где Imax — максимальный линейный размер объекта обнаружения. Таким образом, диапазон рабочих частот определяется в пределах 40 ...80 МГц, обеспечивающих контрастность сигналов от человека на фоне мелких и средних животных.
Сказанное выше определяет потенциальные достоинства ЛВВ-извещателей, а именно:
Трехкабельные ЛВВ-извещатели обладают возможностью определения направления пересечения рубежа, при этом могут регистрировать объекты, как с высокой диэлектрической проницаемостью, так и высокой проводимостью. Исследования различных вариантов использования ЛВВ подтвердили возможность повышения помехоустойчивости и увеличения точности определения места пересечения рубежа посредством обработки следующих информативных признаков полезного сигнала: амплитуды, фазы, формы, полярности. Несмотря на столь солидный возраст разработок и весьма привлекательные возможности, серийные образцы извещателей, использующих принцип ЛВВ можно буквально пересчитать по пальцам. Первые сообщения об устройстве обнаружения для охраняемых периметров на перфорированных коаксиальных кабелях появились в иностранной технической литературе в начале 70-х годов. В результате развития этого направления за рубежом запатентованы десятки технических решений и созданы образцы ЛВВ-извещателей (табл. 1). Таблица 1. Технические характеристики ЛВВ-извещателей
По типам размещения элементов и конструкторскому исполнению ЛВВ развитие шло от однопозиционных импульсных радаров с заглублением в грунт одного излучающего кабеля (извещатель RADCAB) или двух излучающих кабелей ("GUIDAR" фирмы CONTROL DATA) к средствам обнаружения, работающим в режиме непрерывной генерации ("SENTRAX" фирмы SENSTAR, "H FIELD" фирмы STELLAR SYSTEMS). Все упомянутые извещатели допускали стационарную установку блоков как непосредственно на охраняемом рубеже, так и вблизи него с заглублением ЛВВ в грунт. Использовались различные конструктивные исполнения извещателей:
Существует также однокабельный вариант, частный случай двухкабельного. При попытках создания быстроразвертываемх систем на базе ЛВВ-извещателей использовались более экзотические решения: в качестве одной из антенн использовалась сосредоточенная ненаправленная выносная антенна. Одной из первых промышленных разработок в СССР извещателя на основе ЛВВ явилось средство "Бином" (ГП "СНПО "Элерон"), имеющее в своем составе приемный и передающий кабели в качестве ЧЭ, укладываемые в грунт на глубину до 20 см на расстоянии друг от друга до 3 м. Линейная часть СО имеет 4 участка длиной 125 м каждый, что позволяет создать рубеж обнаружения протяженностью 500 м. При пересечении нарушителем 30 одного из участков происходит изменение уровня сигнала на входе соответствующего приемного устройства, и вырабатываемый сигнал тревоги поступает в блок обработки сигналов. Усовершенствованной конструкцией "Бином" явилась трехкабельная система "Габион", блокирующее охраняемый рубеж протяженностью 500 м, который разбивается на 4 участка по 125 м каждый. В формировании зоны обнаружения каждого участка принимают участие передатчик и три кабеля, один из которых (центральный) является передающим, а два других -приемными. Передатчики попарно работают на частотах 57 МГц и 57,5 МГц. Данная комбинация ЛВВ обеспечивает определение направления движения нарушителя при пересечении 30. Кроме того, "Габион" в отличие от "Бином" предусматривает установку ЧЭ (передающего излучающего кабеля) не только в грунт но и на заграждениях. Одним из основных преимуществ средства "Габион" является увеличение обрабатываемых полезных информационных признаков сигналов. Применение квадратурной обработки в "Габионе" дает возможность регистрировать изменение, как амплитуды, так и фазы входного сигнала в результате низкочастотной (0,05 ...7 Гц — для варианта подземной укладки и 0,03 ...1 Гц - для варианта с ограждениями) модуляции, что приводит к уменьшению неравномерности чувствительности по длине 30. Квадратурная обработка принимаемых сигналов позволяет также устранить дополнительные помехи, обусловленные колебаниями передающего излучающего кабеля под влиянием ветровых нагрузок при варианте его установки на ограждении. В итоге модернизация схемы обработки сигналов позволила снизить в два раза (с ОД до 0,05) вероятность обнаружения мелких животных. Для исключения зависимости чувствительности от климатических условий разработчики "Габиона" обеспечили постоянство коэффициента передачи блока приемника путем введения опорного сигнала с передающего блока, работающего в непрерывном режиме. При таком режиме генерации передатчиков с учетом использования кварцевых резонаторов для обработки полезного сигнала входная полоса приемника составила 10 ...15 кГц, что в значительной степени увеличило помехозащищенность средства. Проблемы неравномерности чувствительной зоны наиболее остро проявляются при установке ЛВВ в грунт и менее значимы при размещении излучающих кабелей на ограждении. Усовершенствование конструкции излучающего кабеляУменьшение неоднородности электрических параметров излучающего кабеля может быть достигнуто в результате изменения его конструкции. Разработанные в настоящее время конструкции излучающих линий на основе коаксиальных радиочастотных кабелей можно разделить на три группы:
За рубежом разработана серия крупногабаритных излучающих кабелей с рабочей частотой в диапазоне 30 ...450 МГц, технология изготовления которых основана как на вскрытии гофра, так и на перфорировании внешнего проводника. Конструкция кабеля RX4-3R состоит из центрального проводника, выполненного в виде алюминиевого прута, покрытого слоем меди, внутреннего диэлектрика из пенистого полиэтилена, гофрированной медной трубки с отверстиями овальной формы в каждом гофре и полиэтиленовой внешней изоляции. Кабель АНF6/17-Cu2Y состоит из внутреннего проводника в виде полой медной трубки, диэлектрика из пенистого полиэтилена и тонкого перфорированного проводника в виде медной фольги. Серийно выпускаемый в США кабель марки P/N-8100 имеет ячеистый внешний экран из переплетенных медных луженых проводов, многожильный центральный проводник и внутренний полиэтиленовый диэлектрик. Кабель использовался для работы в составе системы обнаружения BURIED LINE TRINDEL. Все кабели, подходящие для построения ЛВВ-извещателя имеют достаточно внушительные массогабаритные характеристики, в отличие скажем от трибоэлектрических кабелей. Существуют и другие способы снижения неравномерности:
Режим видеоимпульсного зондирования ЛВВ позволяет обеспечить равномерность чувствительности вдоль рубежа до 2-3 дБ. Размеры зоны обнаруженияШирина зоны обнаружения СО на основе ЛВВ зависит от чувствительности кабеля, частоты сигнала, расстояния между кабелями, глубины их залегания, параметров подстилающей поверхности, а также алгоритма обработки полезных сигналов. При пороговом обнаружении ширина 30 обратно пропорциональна величине порога сигнала Unop, следовательно, для уменьшения ширины зоны обнаружения следует увеличить порог срабатывания. Применение режима многочастотного сигнала совместно с квадратурной обработкой позволяет существенно уменьшить неравномерность чувствительности СО вдоль кабеля и повысить максимальное значение порога, обеспечивающего заданную вероятность обнаружения.
Минимальное значение порога зависит от шумов трассы и определяется требуемым временем наработки на ложное срабатывание. Поэтому, варьируя величиной порога от Unop min до Unop max, можно изменять ширину зоны обнаружения. В этой связи возникает задача оптимизации полосы спектра излучающих частот с целью уменьшения неравномерности сигнала до величины, обеспечивающей заданную ширину 30. Ширина 30 несколько увеличивается с заглублением кабеля, так как при этом спад напряженности электромагнитного поля имеет более пологий характер. Кроме того, заглубление кабеля стабилизирует характеристики излучения. При испытаниях опытного образца ЛВВ-извещателя TREZOR-R глубина залегания составляет 0,5 м. Учет всех современных достижений в изучении физических процессов в ЛВВ и опыта построения таких систем положен в основу первой коммерческой версии ЛВВ-извещателя TREZOR-R, вышедшей на рынок в 2004г. Радиоволновое средство обнаружения предназначено для блокирования участков периметра объектов представляющих собой жесткие заграждения — деревянные, кирпичные, каменные, бетонные заборы с небольшим количеством металла, стены зданий и сооружений. Допускаются изгибы периметра до 90 градусов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Средство обнаруживает нарушителя преодолевающего заграждение через верх или через его разрушаемые участки. Высота заграждения должна быть не менее 1,8 м. Условия эксплуатации стандартные для уличной техники в российских условиях, при этом допускается наличие отдельных кустов и деревьев в непосредственной близости к заграждению. Настройка, контроль работоспособности и диагностика неисправности средства осуществляется с помощью пульта управления, имеющего ЖК-индикатор. Основные технические характеристики TREZOR-R приведены в Таблице 1. Средство состоит из двух частей (флангов) длиной до 125 м каждый. Фланги отличаются разной рабочей частотой. Общая длина блокируемого участка до 250 м. В качестве чувствительного элемента используются два параллельных радиочастотных излучающих кабеля, один в качестве передающего, другой — приемного (рис.3). При неисправности передатчика или повреждении кабелей средство вырабатывает сигнал неисправности (размыкание контактов до момента устранения неисправности). В блоке приемника имеется датчик вскрытия. Извещатель обеспечивает непрерывную круглосуточную работу. Габаритные размеры блока приемника средства — 400x300x120 мм, блока передатчиков — 300x300x120 мм, пульта управления — 145x80x35 мм. Подтвержденная опытным путем наработка средства на отказ не менее — 10 000 часов. Корпуса приемника и передатчиков извещателя выполнены по классу защиты IP-65 согласно ГОСТ 14254-96. Основными составными частями средства являются блок передатчика, излучающие кабели и блок приемника. Настройка средства осуществляется с помощью пульта управления, который затем отключается. Зона обнаружения (ЗО) формируется двумя параллельными кабелями (типа РИ50-7-11), закрепляемыми на заграждении, которые выступают в качестве антенн. Передатчик вырабатывает высокочастотный сигнал, который излучается передающим кабелем, создавая вокруг определенное распределение электромагнитного поля. С помощью приемного кабеля этот сигнал поступает на блок приемника. При попадании нарушителя в ЗО меняется распределение поля, а с ним и сигнал на входе блока приемника. Это изменение фиксируется схемой обработки и вырабатывается сигнал тревоги. В зависимости от необходимых размеров зоны обнаружения расстояние между кабелями может быть от 1,5 до 3,0 м. Смещение кабелей вверх или вниз по заграждению смещает соответственно и зону обнаружения. Продольное распределение ЗО повторяет изгибы заграждения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наличие в непосредственной близости к заграждению крупных металлических предметов может искажать конфигурацию зоны обнаружения. TREZOR-R не реагирует на птиц и мелких животных весом до 20 кг. Допускается перемещение автотранспортных средств в зависимости от размеров зоны обнаружения в 5-10 метрах от заграждения, железнодорожного транспорта — более 30 метров. В местах существенных изгибов заграждения может наблюдаться повышенная чувствительность средства. При радиопрозрачном заграждении (особенно деревянном) зона обнаружения может выходить наружу охраняемого периметра, что может приводить к срабатыванию средства от подхода человека вплотную к заграждению снаружи. Чтобы исключить взаимное влияние при установке нескольких средств, на их стыках в корпус блока передатчиков необходимо устанавливать передатчики разных флангов соседних средств. В основном предусмотрена установка средства на заграждении, стене в вертикальной плоскости. С изменением расстояния между кабелями в определенных пределах, изменяются размеры зоны обнаружения. Перемещая кабели вверх или вниз по заграждению можно решать различные задачи охраны периметра, в том числе защиты от подкопа. Возможны другие варианты применения, по которым необходимо консультироваться с разработчиками. Крепление кабеля на заграждении возможно различными способами:
Любое повреждение внешней диэлектрической оболочки может привести к выходу из строя чувствительного элемента, поэтому первый вариант является наиболее предпочтительным, так как дорогой излучающий кабель защищен от возможных механических повреждений и внешних воздействий, а его замена менее трудоемка.
2004 г. При цитировании и перепечатке материалов ссылка на источник обязательна. |
Помощь в выборе |
© 2006. Восток–Специальные системы. Все права защищены. |
|
Создание сайта – веб-студия «Силуэт» |