CN211699125U - 一种周界入侵探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种周界入侵探测系统，每个漏缆传感器上的发射缆(1)和接收缆(2)的磁漏孔(3)设置方式相同，在发射缆(1)上，各个磁漏孔(3)以一定倾斜角度递增式分布，有入侵者(4)时，连续的、稳定的电磁场必然产生扰动，能避免出现漏报；探测信号发射模块和回波信号接收模块的本振信号关联，探测信号发射模块产生周期方波脉冲，经驱动放大后提供探测信号，回波信号接收模块将回波信号进行带通滤波、低噪声放大后、正交解调、低通滤波和基带放大后，再由数字信号处理模块进行数据处理，探测信号发射模块与回波信号接收模块的关联性和稳定性，提高了探测数据的准确性，避免出现错报或漏报。

Description

一种周界入侵探测系统

技术领域

本实用新型涉及安防警戒领域，具体涉及一种周界入侵探测系统。

背景技术

机场、监狱、铁路等区域需重点防控，需进行严格的周界入侵探测。现有技术中，通常利用泄漏同轴电缆(简称漏缆)完成周界入侵探测，该方式适用于长距离的周界入侵探测系统。

漏缆作为探测传感器，其形成的辐射场辐射均匀、衰减小，在对人体敏感度高的VHF频段，利用入侵者对电磁场的扰动便可实现入侵者的探测和定位。现有的周界入侵探测系统通常包括探测信号发射模块、漏缆传感器、回波信号接收模块以及数字信号处理模块，探测信号发射模块向漏缆传感器发送探测信号，漏缆传感器探测入侵情况，回波信号接收模块接收探测的回波信息，由数字信号处理模块判断是否存在入侵以及计算入侵位置。现有的周界入侵探测系统存在的缺点是：漏缆传感器的磁漏孔设置不当，导致出现探测盲点，容易出现漏报的情况；探测信号发射模块和回波信号接收模块的信号处理性能较差，导致探测稳定性差，容易出现错报、漏报的情况。

实用新型内容

本实用新型提供一种周界入侵探测系统，为解决现有技术中存在的“入侵探测准确性较差”的问题提供硬件支持和结构支持。

本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：

一种周界入侵探测系统，包括探测信号发射模块、漏缆传感器模块、回波信号接收模块以及数字信号处理模块；所述探测信号发射模块包括DDS方波脉冲信号发生器、DDS本振信号发生器、乘法器、发射端低通滤波器以及功率放大器；所述DDS方波脉冲信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS本振信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS方波脉冲信号发生器的输出端与乘法器的一路输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端与乘法器的另一路输入端连接；所述乘法器的输出端经发射端低通滤波器、功率放大器连接至漏缆传感器模块；所述漏缆传感器模块包括至少1个漏缆传感器，在每个漏缆传感器中，包括发射缆、接收缆和磁漏孔；在每个漏缆传感器中，所述发射缆和接收缆的长度相等；在所述发射缆和接收缆上设有数量相等、位置相对、倾斜角度相同的磁漏孔；发射缆上的各磁漏孔以5°-10°的倾斜角递增式分布，接收缆上的各磁漏孔以5°-10°的倾斜角递增式分布；发射缆与功率放大器的输出端连接，接收缆与回波信号接收模块连接；所述回波信号接收模块包括带通滤波器、低噪声放大器、功分器、第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器、90°移相器、第二混频器、接收端第二低通滤波器以及第二基带放大器；所述带通滤波器的输入端与接收缆连接，所述带通滤波器的输出端经低噪声放大器进入功分器；所述功分器的一路输出端经第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器连接至数字信号处理模块，所述功分器的另一路输出端经第二混频器、接收端第二低通滤波器、第二基带放大器连接至数字信号处理模块；所述DDS本振信号发生器的输出端还与第一混频器的输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端还经90°移相器与第二混频器的输入端连接。

进一步地，在每个漏缆传感器中，在所述发射缆上，以连续的两个或者两个以上的磁漏孔为一个磁漏孔组，所述连续的两个或者两个以上的磁漏孔的倾斜角相同；所述发射缆上包括至少1个磁漏孔组，各磁漏孔组以5°-10°的倾斜角递增式分布；所述接收缆上的磁漏孔的结构与发射缆上的磁漏孔的结构相同。

进一步地，所述低噪声放大器在工作频段80-120MHz内提供48dB的增益，且回波损耗小于-20dB。

进一步地，所述第一混频器的本振信号与第二混频器的本振信号正交；所述第二混频器与第一混频器的结构相同。

进一步地，所述第一基带放大器功率增益为32dB，回波损耗小于-12dB；所述第一基带放大器和第二基带放大器的结构相同。

与现有技术相比，具有如下特点：

1、设置至少1个漏缆传感器，且每个漏缆传感器上的发射缆和接收缆的磁漏孔设置方式相同，在发射缆上，各个磁漏孔以一定倾斜角度递增式分布，无论入侵者进入探测区域的哪个位置，连续的、稳定的电磁场必然产生扰动，如此便能避免出现探测盲点，能快速、准确地探测到入侵者，避免出现漏报；在探测信号发射模块产生正弦波本振连续信号为自身以及回波信号接收模块提供关联的本振信号，使得回波信号的接收处理环节在混频和频率搬移时与探测侧信号的发射环节协调一致，在探测信号发射模块产生周期方波脉冲，经驱动放大后再为各个漏缆传感器提供探测信号，在回波信号接收模块，则将回波信号进行带通滤波、低噪声放大后，再分别与两个正交的本振信号进行混频，混频后的信号分别通过相应的低通滤波和基带放大，得到两路解调信号，再由数字信号处理模块进行数据处理，探测信号发射模块与回波信号接收模块的关联性、稳定性，提高了探测数据的准确性，进而提高入侵判断的准确性，避免出现错报或漏报。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

图中标号为：1、发射缆；2、接收缆；3、磁漏孔；4、入侵者

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

一种周界入侵探测系统，包括探测信号发射模块、漏缆传感器模块、回波信号接收模块以及数字信号处理模块；所述探测信号发射模块包括DDS方波脉冲信号发生器、DDS本振信号发生器、乘法器、发射端低通滤波器以及功率放大器；所述DDS方波脉冲信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS本振信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS方波脉冲信号发生器的输出端与乘法器的一路输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端与乘法器的另一路输入端连接；所述乘法器的输出端经发射端低通滤波器、功率放大器连接至漏缆传感器模块；所述漏缆传感器模块包括至少1个漏缆传感器，在每个漏缆传感器中，包括发射缆1、接收缆2和磁漏孔3；在每个漏缆传感器中，所述发射缆1和接收缆2的长度相等；在所述发射缆1和接收缆2上设有数量相等、位置相对、倾斜角度相同的磁漏孔3；发射缆1上的各磁漏孔3以5°-10°的倾斜角递增式分布，接收缆2上的各磁漏孔3以5°-10°的倾斜角递增式分布；发射缆1与功率放大器的输出端连接，接收缆2与回波信号接收模块连接；所述回波信号接收模块包括带通滤波器、低噪声放大器、功分器、第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器、90°移相器、第二混频器、接收端第二低通滤波器以及第二基带放大器；所述带通滤波器的输入端与接收缆2连接，所述带通滤波器的输出端经低噪声放大器进入功分器；所述功分器的一路输出端经第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器连接至数字信号处理模块，所述功分器的另一路输出端经第二混频器、接收端第二低通滤波器、第二基带放大器连接至数字信号处理模块；所述DDS本振信号发生器的输出端还与第一混频器的输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端还经90°移相器与第二混频器的输入端连接。本实用新型的结构原理框图如图1所示。

探测信号发射模块作为周界入侵探测系统的重要组成部分，其工作的稳定性、发射信号质量是影响系统误报率和灵敏度的关键因素。探测信号发射模块的实质是产生参数可调的射频信号，完成探测信号的生成和准确发射。在探测信号发射模块，DDS方波脉冲信号发生器产生周期方波脉冲，DDS本振信号发生器产生正弦波本振连续信号，二者经乘法器之后生成带载波的脉冲信号，即射频信号，该射频信号经低通滤波和功率放大后作为探测信号馈入各漏缆传感器。

DDS即直接数字合成器，使用DDS的方式生成探测信号，具有成本低、分辨率高、功耗低、切换快速等优势。DDS方波脉冲信号发生器的作用是在数字信号处理模块的控制下产生周期方波脉冲信号。DDS方波脉冲信号发生器主要包括相位累加器、Δ相位寄存器以及相位寄存器，在数字信号处理模块的控制下，相位累加器的数值在每个系统时钟周期更新，Δ相位寄存器的数值关键字累加至相位寄存器中。

DDS本振信号发生器的作用是在数字信号处理模块的控制下产生本振信号。探测信号发射模块和回波信号接收模块共享该本振信号，即，本振信号不仅作为乘法器的一路输入，还作为第一混频器的一路输入，还经90°移相器后作为第二混频器的输入。根据DDS方波脉冲信号发生器和DDS本振信号发射器的输出信号，数字信号处理模块便可对应地提取出相位点，进而获取具有完整周期的正弦波的离散数据，最终获取带载波的射频信号。

发射端低通滤波器为7阶椭圆滤波器，其作用在于为射频信号降低镜频干扰，具有过渡带衰减快、通带阻带波动小的特点。该7阶椭圆滤波器的通频带频率为400MHz，频带的频率为430MHz，通频带波纹小于1dB，阻频带衰减为45dB。

为满足射频信号强度和连续波测试的需求，功率放大器设计为衰减30dB后输出功率为21.7mW，满功率输出为43dBm。功率放大器主要使用宽带高线性A类放大器。

射频信号进入漏缆传感器模块后，发射缆1通过磁漏孔3将部分射频信号发射到外部空间，当入侵者4进入探测区域时，部分信号被阻断，无法进入接收缆2，回波信号接收模块对反射信号进行下一步信号处理。

漏缆传感器通过发射缆1进行探测信号的多发，通过接收缆2进行回波信号的多收，但是每个磁漏孔3的收发量都比较弱，导致容易出现探测盲点，因此需对漏缆传感器进行结构上的改善，以避免出现探测盲点。本实用新型的设置方式是发射缆1上的各磁漏孔3以5°-10°的倾斜角递增式分布，接收缆2上的各磁漏孔3以5°-10°的倾斜角递增式分布，发射缆1和接收缆2的长度相等，发射缆1和接收缆2上的对应位置的磁漏孔3朝向相同，且均以相同的、较小的倾斜角递增式分布，如此便能产生连续的、稳定的电磁场，当有入侵者4进入时，无论其入侵位置在哪，均能被探测到。

进一步地，为增强探测能力，本实用新型在每个漏缆传感器中，在所述发射缆1上，以连续的两个或者两个以上的磁漏孔3为一个磁漏孔组，所述连续的两个或者两个以上的磁漏孔3的倾斜角相同；所述发射缆1上包括至少1个磁漏孔组，各磁漏孔组以5°-10°的倾斜角递增式分布；所述接收缆2上的磁漏孔3的结构与发射缆1上的磁漏孔3的结构相同。当磁漏孔组的数量为2时，其结构如图1所示。

各漏缆传感器通过大量磁漏孔3进行信号多发多收，且每个磁漏孔3的收发量都很微弱，因此在有效接收周期内，无入侵者4时，其回波信号始终保持一定电平，当有入侵4时，各漏缆传感器实时响应信号中入侵者4的扰动，该扰动信号响应极其微弱，直接处理该扰动信号会导致硬件成本过高，因此，需将无入侵者4的初始信号和有入侵者4时的扰动信号做差，其差值信号的扰动效果更明显，处理结果也就更准确。

回波信号接收模块性能的好坏直接决定了系统能否有效的接收到所需信号，对系统工作性能具有重要影响。在回波信号接收模块中，回波信号分别与一组正交的本振信号进行混频，所述正交的本振信号的相位差为90°，将混频后的信号依次通过低通滤波器和基带放大器，得到两路解调信号，输入至数字信号处理模块中做下一步的数据处理。

由于各漏缆传感器在较宽频谱范围进行信号的发射和接收，因此，接收到的回波信号中含有较为复杂的频谱成分，为阻止带外信号干扰后期的处理和判断，设置带通滤波器滤除带外信号，抑制无关的频谱成分，以避免引发误报、漏报事件。本实用新型的带通滤波器的中心频率为100MHz，带宽为40MHz。

低噪声放大器对带通滤波器的输出信号进行放大，降低接收环节的噪声系数。本实用新型使用高增益级联式低噪声放大器对带通滤波后的信号进行低噪声放大，以保证噪声特性的同时为链路提供足够的增益。所述低噪声放大器在工作频段80-120MHz内提供48dB的增益，且回波损耗小于-20dB。

功分器将经低噪声放大后的信号分成等幅同相的两路信号，将其中一路信号输入至第一混频器，将另一路信号输入至第二混频器，第一混频器使用与探测信号发射模块相同的本振信号，第二混频器使用与探测信号发射模块的本振信号存在90°相位差的本振信号，本实用新型使用正交解调的结构实现下变频。所述第一混频器的本振信号与第二混频器的本振信号正交；所述第二混频器与第一混频器的结构相同。

由于混频器是一种非线性器件，经过混频器变频后的信号具有复杂的频谱分量，本实用新型称经混频后的信号为复杂基带信号，该复杂基带信号不仅包含有本振信号和射频信号，还包含有两个信号的和频信号、两个信号的谐波以及一信号的谐波与另一信号进行混频的混合信号，因此，需对复杂基带信号进行低通滤波，抑制高频成分，以获取纯净的基带信号。基于上述情况，本实用新型便在第一混频器之后设置接收端第一低通滤波器，在第二混频器之后设置接收端第二低通滤波器。

经低通滤波后的信号相对较弱，为便于数据信号处理器进行采样和处理，本实用新型相应设置了第一基带放大器和第二基带放大器。两个基带放大器的作用是提供足够增益，并将信号放大至合适的幅度供数字信号处理模块处理。所述第一基带放大器功率增益为32dB，回波损耗小于-12dB；所述第一基带放大器和第二基带放大器的结构相同。

在电学领域，检测数据、处理数据、控制执行必然涉及计算机程序，如果涉及的计算机程序为现有技术、外部程序或简单的计算、对比和控制，则不应当认为技术方案涉及计算机程序的改进。本实用新型中，说明书中已明确本技术方案是为解决现有技术中存在的“入侵探测准确性较差”的问题提供硬件支持和结构支持，即，为解决相应的技术问题仅在硬件和结构上作出贡献，并且，说明书中明确强调关于数据的处理和结果的判断是数字信号处理模块在后期进行的处理，因此，本实用新型不应当认为涉及计算机程序的改进。

Claims (5)

1.一种周界入侵探测系统，其特征在于：

包括探测信号发射模块、漏缆传感器模块、回波信号接收模块以及数字信号处理模块；

所述探测信号发射模块包括DDS方波脉冲信号发生器、DDS本振信号发生器、乘法器、发射端低通滤波器以及功率放大器；所述DDS方波脉冲信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS本振信号发生器的控制端与数字信号处理器连接；所述DDS方波脉冲信号发生器的输出端与乘法器的一路输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端与乘法器的另一路输入端连接；所述乘法器的输出端经发射端低通滤波器、功率放大器连接至漏缆传感器模块；

所述漏缆传感器模块包括至少1个漏缆传感器，在每个漏缆传感器中，包括发射缆(1)、接收缆(2)和磁漏孔(3)；

在每个漏缆传感器中，所述发射缆(1)和接收缆(2)的长度相等；在所述发射缆(1)和接收缆(2)上设有数量相等、位置相对、倾斜角度相同的磁漏孔(3)；发射缆(1)上的各磁漏孔(3)以5°-10°的倾斜角递增式分布，接收缆(2)上的各磁漏孔(3)以5°-10°的倾斜角递增式分布；发射缆(1)与功率放大器的输出端连接，接收缆(2)与回波信号接收模块连接；

所述回波信号接收模块包括带通滤波器、低噪声放大器、功分器、第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器、90°移相器、第二混频器、接收端第二低通滤波器以及第二基带放大器；

所述带通滤波器的输入端与接收缆(2)连接，所述带通滤波器的输出端经低噪声放大器进入功分器；所述功分器的一路输出端经第一混频器、接收端第一低通滤波器、第一基带放大器连接至数字信号处理模块，所述功分器的另一路输出端经第二混频器、接收端第二低通滤波器、第二基带放大器连接至数字信号处理模块；所述DDS本振信号发生器的输出端还与第一混频器的输入端连接，所述DDS本振信号发生器的输出端还经90°移相器与第二混频器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种周界入侵探测系统，其特征在于：

在每个漏缆传感器中，在所述发射缆(1)上，以连续的两个或者两个以上的磁漏孔(3)为一个磁漏孔组，所述连续的两个或者两个以上的磁漏孔(3)的倾斜角相同；所述发射缆(1)上包括至少1个磁漏孔组，各磁漏孔组以5°-10°的倾斜角递增式分布；所述接收缆(2)上的磁漏孔(3)的结构与发射缆(1)上的磁漏孔(3)的结构相同。

3.根据权利要求1所述的一种周界入侵探测系统，其特征在于：

所述低噪声放大器在工作频段80-120MHz内提供48dB的增益，且回波损耗小于-20dB。

4.根据权利要求1所述的一种周界入侵探测系统，其特征在于：

所述第一混频器的本振信号与第二混频器的本振信号正交；所述第二混频器与第一混频器的结构相同。

5.根据权利要求1所述的一种周界入侵探测系统，其特征在于：

所述第一基带放大器功率增益为32dB，回波损耗小于-12dB；所述第一基带放大器和第二基带放大器的结构相同。

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