Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к области тревожной сигнализации и может быть использовано в средствах обнаружения, выдающих информацию о вторжении нарушителя в охраняемую зону и положении нарушителя на всей площади контролируемой территории при воздействии нарушителя на пространственные электромагнитные волны.

Известен способ обнаружения вторжения движущегося объекта в контролируемую зону, защищенный патентом РФ №2133046, кл. G01S 13/58, G01S 13/56, опубл. 1999.07.10.

В соответствии с известным способом производят локационное наблюдение и автоматическое обнаружение перемещающихся объектов в пределах контролируемой зоны с помощью радиолокационных датчиков с широкими диаграммами направленности, установленных в зависимости от конфигурации контролируемой зоны в местах, обеспечивающих перекрытие секторов обзора.

Недостатками известного способа являются сложность технологии и необходимость использования в радиолокационных датчиках энергоемких источников питания.

Известна мобильная радиолучевая система обнаружения, защищенная патентом РФ №2155382, кл. G08B 13/24, опубл.2000.08.27.

Система содержит радиолучевые датчики охраны, автономные источники питания, УКВ-радиопередатчики и приемный УКВ-радиомонитор с апериодической передачей тревожных и автоконтрольных сигналов по радиоканалам.

Недостатками известной системы являются: непродолжительное время автономной работы радиолучевых датчиков, невозможность охраны не только периметра, но и площади.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа является способ обнаружения нарушителя, защищенный патентом РФ №2037881, кл. G08B 13/24, опубл. 1995.06.19.

Способ основан на формировании пространственной стоячей волны в протяженном чувствительном элементе, сравнении уровня интенсивности колебаний в точке приема с опорным значением и формировании сигнала тревоги при отклонении уровня от опорного. В способе изменяют пространственную фазу пространственной стоячей волны в протяженном чувствительном элементе.

Устройство, реализующее способ, содержит ВЧ-автогенератор, приемник ВЧ-сигнала, чувствительный элемент в виде линии передач.

Известное устройство выбрано в качестве прототипа для системы обнаружения нарушителя.

Недостатком способа является невозможность охраны не только периметра, но и площади внутри него.

Недостатком известной системы является сложность установки, связанная со сложностью прокладки и крепления кабеля, уязвимость системы к нарушению целостности линии передачи, выводящая систему из строя, наличие у системы мертвых зон на охраняемой площади, зависимость системы от наличия энергоемкого источника питания.

Задачей заявленного изобретения является усовершенствование способа обнаружения нарушителя и системы для его осуществления.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности, надежности и энергонезависимости охранной системы.

Указанный результат достигается тем, что в способе обнаружения нарушителя, основанном на формировании пространственной электромагнитной волны, сравнении параметров волны с опорными значениями параметров волны в точке приема и формировании сигнала тревоги при отклонении параметров волны от опорных значений, формируют первичные пространственные волны в охраняемой зоне на одной или более основных частотах, которые возбуждают вторичные пространственные волны когерентные первичным пространственным волнам на одной или более гармониках основных частот, включая основные частоты, и/или одной или более комбинационных частотах.

Вторичные пространственные волны возбуждаются источниками, локализованными в одной или более разнесенных точках пространства. В качестве измеряемых параметров волны выбирают такие параметры, как амплитуды, фазы и частоты первичных и вторичных волн или их комбинации. Сравнивают значения параметров первичных и вторичных пространственных волн с опорными значениями параметров пространственных волн в нескольких пространственно-разнесенных точках приема. Формируют первичные и вторичные пространственные волны с изменяющимися во времени параметрами, в том числе периодически модулированные волны.

Указанный результат достигается также тем, что в системе для обнаружения нарушителя, содержащей генератор, соединенный с источником излучения, приемник с демодулятором, устройство для анализа, соединенное с выходом демодулятора, и оповещающее устройство, в качестве источника излучения использована излучающая антенна для формирования первичной пространственной волны на основных частотах в охраняемой зоне, система дополнительно снабжена одним или несколькими нелинейными рассеивающими источниками излучения для формирования вторичных пространственных электромагнитных волн, расположенными на площади охраняемой зоны или вблизи нее, с возможностью приема возбуждаемых ими пространственных электромагнитных волн на частотах гармоник основных частот, включая основные, и/или их комбинационных частотах с помощью одного или нескольких разнесенных в пространстве приемников, снабженных анализаторами и приемными антеннами, одним или несколькими коммуникационными блоками с возможностью передачи информации об обнаружении нарушителя на оповещающее устройство.

Система для обнаружения нарушителя может содержать более одного генератора и более одной излучающей антенны.

В качестве нелинейного рассеивающего источника излучения система может содержать симметричную или несимметричную проволочную антенну с включенным в нее полупроводниковым нелинейным элементом. Система для обнаружения нарушителя в качестве нелинейного рассеивающего источника излучения может содержать полосковую антенну с включенным в нее полупроводниковым нелинейным элементом.

В качестве приемника система может содержать многодиапазонный приемник.

В качестве демодулятора система может содержать амплитудно-фазовый демодулятор.

Нелинейный рассеивающий источник излучения может включать блок управления для модуляции рассеянного излучения. Генератор дополнительно может быть снабжен блоком управления для модуляции пространственных электромагнитных волн основных частот.

Приемник дополнительно может быть снабжен блоком управления для управления настройкой приемника.

Устройство для анализа может быть дополнительно снабжено блоком управления.

Генератор, блок управления генератором, источник излучения - излучающая антенна могут быть объединены в генераторное устройство, снабженное источником питания и коммуникационньм блоком.

Нелинейный рассеивающий источник излучения и его блок управления могут быть объединены в рассеивающее устройство, снабженное источником питания и коммуникационньм блоком.

Приемник, приемная антенна, демодулятор, анализатор, блок управления объединены в приемное устройство, снабженное источником питания и коммуникационным блоком

Оповещающее устройство может быть снабжено источником питания и коммуникационным блоком.

Источники питания генераторных устройств, рассеивающих устройств, приемных устройств и оповещающих устройств могут быть автономными.

Генераторные устройства, рассеивающие устройства, приемные устройства и оповещающие устройства могут образовывать многозвенную беспроводную или проводную сеть, с возможностью передачи информации от приемного устройства, зафиксировавшего вторжение, к оповещающему устройству.

В качестве генераторных устройств могут быть использованы телевизионные станции, радиовещательные станции и станции сотовых телефонных сетей.

Коммуникационный блок оповещающего устройства может быть соединен с внешними информационными каналами.

Способ может быть реализован с помощью системы, изображенной на фиг.1

Система содержит одно или несколько генераторных устройств 1, осуществляющих генерацию и формирование первичной пространственной электромагнитной волны на одной или нескольких основных частотах. В состав этих устройств 1 входят: генератор 2, излучающая антенна 3, блок управления генератором 4 и блок коммуникации 5. Генератор 2 соединен с антенной 3, которая является непосредственным источником электромагнитного излучения, и формирует распределение первичной электромагнитной волны в пространстве.

Система также содержит одно или несколько рассеивающих устройств 6, формирующих вторичные рассеянные электромагнитные волны. Данные устройства содержат: нелинейные рассеивающие источники излучения 7, блок управления 8 и блок коммуникации 9.

Система также содержит одно или несколько приемных устройств 10, в состав которых входят: приемная антенна 11, собственно приемник 12, демодулятор 13, анализатор 14, блок управления приемником 15 и блок коммуникации 16. Приемная антенна 11 и входные цепи приемника 12 разных приемных устройств, входящих в систему и размещенных в разных точках пространства, могут настраиваться на разные частоты: основные частоты и частоты, являющиеся продуктами нелинейного преобразования (гармоники основных частот и их комбинационные частоты).

Система также содержит оповещающее устройство 17, состоящее из оповещателя 18 и блока коммуникации 19.

Конструкция нелинейного рассеивающего источника излучения 7 должна включать антенну 20 и нелинейный элемент 21 (см. фиг.2). Генераторное устройство 1 снабжено источником питания 22, рассеивающее устройство 6 снабжено источником питания 23. Приемное устройство 10 снабжено источником питания 24, оповещающее устройство 17 снабжено источником питания 25.

Устройства 1 могут размещаться как непосредственно в охраняемой области, так и на существенном удалении от нее в местах, имеющих хорошие энергетические ресурсы.

Рассеивающие устройства 6, формирующие вторичные (рассеянные) пространственные волны, и приемные устройства 10 могут размещаться как в охраняемой области, на ее площади, так и за периметром в непосредственной близости от нее. Число устройств 1 может быть невелико в сравнении с числом рассеивающих устройств 6 и числом приемных устройств 10.

Система работает следующим образом.

В генераторном устройстве 1 генератором 2 возбуждают излучающую антенну 3, которая формирует первичную пространственную электромагнитную волну на одной или нескольких основных частотах. Блок управления 4 позволяет устанавливать параметры выходного сигнала генератора 2, включая установление частоты генератора, его выходной мощности, частоты и глубины модуляции, циклограмы его работы. Рассеивающие устройства 6 формируют вторичные волны на основных частотах, высших гармониках и комбинационных частотах с помощью нелинейных рассеивающих источников излучения 7, образованные антеннами 20 и нелинейными элементами 21, параметрами излучения устройств 7 можно управлять, изменяя напряжение смещения на нелинейном элементе 21, либо иным способом, например световым сигналом. Приемные устройства 10 регистрируют параметры пространственных электромагнитных волн на основных частотах, их гармониках, а также комбинационных частотах основных частот в ряде разнесенных в пространстве точек. Приемные устройства 10 могут быть как очень простыми, регистрирующими только амплитуду суммарного сигнала на заданной частоте, так и значительно более сложными, позволяющими анализировать фазы компонент спектра принятого сигнала. Точность определения положения объекта на охраняемой территории определяется числом рассеивающих и приемных устройств, размещаемых на этой территории.

Движение объекта (нарушителя) по области, в которой возбуждена первичная волна устройством 1, приводит к изменению амплитуды и фазы первичной волны во всем пространстве и в том числе в местах расположения нелинейных рассеивающих источников излучения 7. Переизлученное нелинейными рассеивающими источниками излучения 7 поле на частотах-продуктах нелинейного преобразования изменяется при смещении объекта: при этом изменяется как амплитуда, так и фаза волн, переизлученных на гармониках и комбинационных частотах. Амплитуда и фаза поля, переизлученного устройствами 7 на основных частотах, также изменяется. Однако непосредственная регистрация изменения значений параметров волн на основных частотах, как правило, затруднена в силу малой величины изменений, происходящих на фоне высокого уровня первичного поля. Регистрация поля на частотах, являющихся продуктами нелинейного преобразования (гармониках и комбинационных частотах), существенно проще из-за отсутствия их в первичном поле. Блок управления 8 позволяет изменять напряжение смещения на нелинейном элементе 21 и тем самым осуществлять модуляцию параметров, переизлученных устройствами 7 волн. Блок коммуникации 9 позволяет передавать команды блоку управления 8 по радиоканалу. Кроме того, блок коммуникации 9 может выполнять роль ретранслятора в беспроводной или проводной сети. Демодуляторы 13 приемных устройств 10 позволяют переносить принятые сигналы в основную полосу частот и оцифровывать их. Демодуляторы 13 могут быть как очень простыми, регистрирующими только амплитуду суммарного сигнала на заданной частоте, так и значительно более сложными, позволяющими анализировать фазы компонент сигнала. С демодулятора 13 информация о параметрах принятого сигнала в цифровом виде поступает на вход анализатора 14.

Приемная антенна 11 и входные цепи приемника 12 разных приемных устройств 10, входящих в систему и размещенных в разных точках пространства, могут настраиваться на разные частоты: основные частоты и частоты, являющиеся продуктами нелинейного преобразования (гармоники основных частот и их комбинационные частоты).

При умножении частоты нелинейными рассеивающими источниками 7 излучения происходит умножение и фазы первичного поля. Разность фаз первичного поля между точками расположения устройств 7 при умножении частоты также умножается в число раз, соответствующее номеру гармоники. Изменение фазы первичной волны под воздействием перемещающегося объекта (нарушителя) происходит неравномерно по пространству, в котором размещена система устройств 7. При этом изменяется разность фаз между точками расположения устройств 7, изменение разности фаз на частотах гармоник также умножается в число раз, соответствующее номеру гармоники. Все устройства 7 создают когерентные поля, поскольку они порождаются общими первичными волнами. Приемные устройства регистрируют суммарные первичные и вторичные волны, возбужденные всеми рассеивающими устройствами и генераторными устройствами.

Наличие нескольких разнесенных в пространстве нелинейных рассеивающих источников излучения 7 приводит к формированию в охраняемой области распределения волн, свойства которого зависят от расстояний между устройствами 7.

При расстояниях между устройствами 7, превышающими длину переизлучаемой ими волны, диаграмма направленности (интерференционная картина), формируемая виртуальной антенной решеткой, образуемой этими устройствами, является многолепестковой с узкими лепестками. С возрастанием номера гармоники увеличивается и изрезанность диаграммы направленности. Подобные многолепестковые диаграммы чувствительны даже к небольшим сдвигам фаз источников. По существу предлагаемая система является чувствительным нелинейным радиоинтерферометром. Размещение приемных устройств 10 в нескольких точках пространства позволяет добиться повышения вероятности регистрации изменения диаграммы. Модуляция параметров нелинейного рассеивающего источника излучения 7 (с характерными временами на много меньшими, чем характерные времена движения объектов) ведет к тому, что в точке приема даже в отсутствие движения нарушителя формируется переменный по времени сложный сигнал, возникающий из-за вращения и деформации диаграммы направленности. Волны, порождаемые разными устройствами 7, могут быть промодулированы разными модулирующими сигналами. Модуляция фазы гармоник излучения нелинейных рассеивающих источников излучения 7 позволяет за счет вращения диаграммы направленности виртуальной антенной решетки уменьшить вероятность попадания приемного устройства 10 в области, в которых изменение формы диаграммы направленности под воздействием лоцируемого объекта незначительны и трудно регистрируемы, тем самым повышается надежность регистрации появления нарушителя. Расположение нелинейных рассеивающих источников излучения 7 в непосредственной близости к генераторным устройствам 1 позволяет добиться перестройки (сканирования) распределения в пространстве этого лоцирующего поля. Сканирование первичным полем основной частоты, так же как и полем на частотах гармоник и комбинационных частотах позволяет повысить вероятность обнаружения объекта локации за счет минимизации мертвых зон.

Анализаторы 14 производят анализ параметров принятых первичных и вторичных волн и сравнение значений их параметров с опорными значениями параметров. При использовании модулированных волн производится сравнение параметров полей с динамически изменяющимся опорным значением. При использовании модулированных волн регистрация присутствия постороннего объекта в охраняемой зоне и его движения может осуществляетьсяся и за счет фиксации отклонения формы демодулированного сигнала от эталонного и анализа динамики этого изменения. При отклонении зарегистрированных значений параметров от опорных значений анализатор 14 может автоматически принимать решение о присутствии нарушителя в охраняемой зоне, посылать сигнал об этом на коммуникационный блок 16, который передает информацию на оповещающее устройство 17, снабженное коммуникационным блоком 19, которое генерирует сигнал тревоги. Кроме того, блок коммуникации 16 позволяет дистанционно управлять режимами работы приемного устройства 10. Кроме того, блок коммуникации 5, 9, 16 и блок коммуникации 19 можгут быть использован в качестве ретрансляторов в беспроводной сети. Кроме того, коммуникационный блок 5 генератора 2 позволяет дистанционно управлять генераторным устройством 1.

Помимо описанного механизма отклика системы в описываемой системе имеют место и другие механизмы. Следует отметить, что изменение амплитуды и фазы вторичного излучения может быть обусловленно также изменением положения рабочей точки нелинейного элемента, которое возникает из-за эффекта автосмещения. На вторичные пространственные волны, регистрируемые приемными устройствами 10, существенное влияние могут оказывать условия распространения этих волн. Например, перекрытие объектом прямого луча между вторичным источником 6 и приемным устройством 10 приводит к существенному уменьшению амплитуды поля, создаваемого в точке приема этим источником. В случае использования модулированных вторичных источников демодуляция каждой спектральной компоненты низкочастотного спектра квадратичным демодулятором будет зависеть от амплитуды и фазы несущей, при этом параметры несущей в точке приема определяются всеми когерентными вторичными источниками, и изменение параметров излучения каждого из них будет влиять на результаты демодуляции отдельных спектральных компонент.

Сигнал тревоги от приемных устройств 10, обнаруживших отклонение параметров регистрируемых волн от опорных параметров, может передаться к оповещающим устройствам 17 через несколько промежуточных узлов-ретрансляторов, в качестве которых могут выступать любые устройства, входящие в охранную систему, оборудованные коммуникационными блоками, что позволяет создавать охранную систему, покрывающую большие территории.

Положение нарушителя на охраняемой территории может быть определено на основе анализа данных, поступающих с нескольких приемных устройств, расположенных на территории в разных точках.

Работу генераторного устройства 1, рассеивающего устройства 6, оповещающего устройства 17 и приемного устройства 10 обеспечивают источники питания 22, 23, 24, 25 соответственно.

Оповещающее устройство может дополнительно исполнять функции управления всей системой, осуществляемые как автоматически, так и по командам, вводимым оператором системы.

В приемных устройствах 10 могут быть использованы как приемники с настройкой на фиксированные частоты, так и многочастотные приемники, частота принимаемого сигнала на которых может устанавливаться по команде с блока управления 15. В качестве антенны 20 может быть использована проволочная антенна 22 фиг.2 (симметричная или несимметричная), микрополосковая антенна или любой другой подходящий тип антенны. В качестве нелинейного элемента 21 может быть использован, например, высокочастотный полупроводниковый диод 21 или транзистор.

В качестве генераторных устройств 1 могут быть использованы телевизионные и радиовещательные станции, а также базовые станции сотовых сетей связи.

В качестве генератора 2 в блоке генерации 1 в системе может быть использован, например, AD 735 фирмы Analog Devices, излучающая антенна 3 - например, стандартный полуволновой диполь, блоки управления 4, 8, 15, входящие в состав генераторных устройств 1, рассеивающих устройств 6, приемных устройств 10 могут быть построены, например, на базе микроконтроллеров, производимых Texas Instruments-MSP430, в качестве коммуникационных блоков 5, 9, 16, 19, входящих в генераторные устройства 1, рассеивающие устройства 6, приемные устройства 10, оповещающие устройства 17 могут быть использованы, например, трансиверы RXQ1, производимые фирмой Telecontroli, приемная антенна 11 - например, стандартный полуволновой диполь, в качестве приемника 12 может быть использован приемник RRQ 1-866 фирмы Telecontroli, в качестве демодулятора 13 можно использовать, например, встроенный демодулятор приемника RRQ 1-866, анализатор 14 может быть выполнен, например, на базе микроконтроллера, производимого Texas Instruments-MSP430, оповещающее устройство 17 может быть построено, например, на базе персонального компьютера, в качестве источников питания 22, 23, 24, 25 можно использовать, например, стандартные пальчиковые батарейки с напряжениями, соответствующими требуемым напряжениям питания остальных блоков.

Таким образом, предлагаемый способ для обнаружения нарушителя и система для осуществления по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

- Позволяет охранять не только периметр, но и площадь.

- Позволяет строить долгоживущую систему охраны, не нуждающуюся в постоянном обслуживании.

- Обеспечивает высокую надежность обнаружения проникновения нарушителя.

- Позволяет избежать развертывания проводной инфраструктуры.

- Обеспечивает возможность размещения системы на необорудованной территории.

- Позволяет строить систему охраны, обладающую повышенной живучестью.

- Обеспечивает простоту конструкции элементов охранной системы.

- Обеспечивает повышенную надежность элементов охранной системы.

- Дает возможность снизить цену системы.