RU2058593C1 - Способ обнаружения нарушителя и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к охранной сигнализации. Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость обнаружения нарушителя на открытой местности. Способ обнаружения нарушителя заключается в приеме теплового излучения двумя датчиками, расположенными на одной стороне рубежа, одновременном приеме теплового излучения двумя другими датчиками, расположенными на противоположной стороне рубежа напротив первых датчиков. Принятое излучение преобразуют в электрические сигналы, определяют временные задержки Δt₁ и Δt₂ между сигналами на каждой стороне рубежа. На каждой стороне рубежа определяют суммарные t₁ и t₂ делительности выходных сигналов датчиков и вычисляют параметр P, который сравнивают с константой K, значение которой приведено в описании изобретения, и выходной сигнал формируется в случае, если P ≅ K. Устройство обнаружения нарушителя содержит два тепловых приемника, расположенных на одной стороне охраняемого рубежа, два других тепловых приемника, расположенных на другой стороне рубежа напротив первого и второго тепловых приемников соответственно. Тепловые приемники на обеих сторонах соединены с соответствующими блоками вычитания, выходы которых соединены с соответствующими блоками дифференцирования. Выходы блоков дифференцирования через соответствующие согласующие усилители соединены с аналого-цифровыми преобразователями, выходы которых соединены с анализатором. Анализатор соединен с блоком формирования сигнала тревоги, выход которого соединен с сигнализатором. 2 с. п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к охранной сигнализации, а также к способам и устройствам обнаружения нарушителя по его тепловому излучению.

Известен способ обнаружения нарушителя, реализованный в устройстве, в котором принятое тепловое излучение преобразуют в электрический сигнал, который по форме сравнивают с эталонным сигналом. Сравнение осуществляют путем вычисления коэффициента корреляции и сравнения его с заданным уровнем.

Известна инфракрасная система охранной сигнализации, содержащая два датчика, реагирующих на излучение, первый элемент, формирующий двухполярный разностный сигнал выходных сигналов датчиков, выход первого элемента соединен с входами двух пороговых элементов, пороговые уровни которых расположены по разные стороны от статического рабочего уровня, выходы пороговых элементов соединены с входами формирователя временных интервалов, соответствующих задержке выходных сигналов датчиков относительно друг друга, выход формирователя временных интервалов соединен с входом временного дискриминатора, формирующего выходной сигнал по превышению длительности входного сигнала заданного временного интервала, к выходу временного дискриминатора подключен сигнализатор.

Недостатком известных технических решений является низкая помехоустойчивость, обусловленная перемещением через рубеж контрастных по температуре слоев воздуха, наблюдаемых на открытой местности при порывистом ветре, так как в этом случае регистрируемый сигнал практически не отличается от сигнала, принимаемого при перемещении через рубеж человека.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ обнаружения нарушителя по его тепловому излучению, заключающийся в приеме теплового излучения двумя датчиками, преобразовании его в электрические сигналы, определении временной задержки этих сигналов относительно друг друга. По величине задержки индицируют перемещение нарушителя.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является ИК-детектор для регистрации проникновения в контролируемое пространство, содержащий два ИК-приемника, соединенных через усилители с соответствующими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), выход одного из них соединен с первым входом коррелятора и входом порогового детектора, выход второго АЦП соединен с вторым входом коррелятора, к третьему входу которого подключено запоминающее устройство, а выход соединен с первым входом каскада генерации тревожного сигнала, второй вход которого соединен с выходом порогового детектора.

Недостатком известных способа и устройства является низкая помехоустойчивость, обусловленная перемещением через рубеж контрастных по температуре слоев воздуха, наблюдаемых в порывах ветра.

Цель изобретения повышение помехоустойчивости способа и устройства обнаружения нарушителя на открытой местности.

Это достигается тем, что при способе, заключающемся в приеме теплового излучения двумя датчиками, расположенными на одной стороне рубежа, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы, определении временной задержки Δt₁ этих сигналов относительно друг друга, тепловое излучение одновременно принимают двумя другими датчиками, расположенными на противоположной стороне рубежа напротив первых датчиков, преобразовывают принятое этими датчиками излучение в электрические сигналы и определяют временную задержку Δt₂ между ними, на каждой стороне рубежа определяют суммарные t₁ и t₂ длительности выходных сигналов датчиков, вычисляется параметр
P

значение параметра сравнивается с константой К, где
K

[(L-h_max)tg

+ 1] где d расстояние между датчиками на каждой стороне рубежа в горизонтальной плоскости;
L длина рубежа;
h_max максимальный продольный размер контролируемого объекта;
α угол при вершине конуса зон чувствительности датчиков, выходной сигнал формируется в случае, если P ≅ K.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство обнаружения нарушителя, содержащее два тепловых приемника, расположенных на одной стороне охраняемого рубежа, два аналого-цифровых преобразователя, блок формирования сигнала тревоги, выход которого соединен с сигнализатором, введены третий и четвертый тепловые приемники, два блока вычитания, два блока дифференцирования, два согласующих усилителя, анализатора, третий и четвертый тепловые приемники расположены по другой стороне рубежа напротив первого и второго тепловых приемников соответственно, выходы первого и второго тепловых приемников соединены с первым и вторым входами первого блока вычитания, выходы третьего и четвертого тепловых приемников соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с входами первого и второго блоков дифференцирования, выходы каждого из которых через соответствующий согласующий усилитель соединен с входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с первым и вторым входами анализатора, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала тревоги.

Сущность предлагаемых технических решений поясняется фиг. 1.

Человек-нарушитель как источник теплового излучения имеет конечные размеры, которые обычно много меньше длины контролируемого рубежа.

На противоположных концах рубежа протяженностью L напротив друг другу установлены по два тепловых приемника, которые имеют конусообразные зоны чувствительности с углом α при вершине. На каждой стороне рубежа приемники разнесены в горизонтальной плоскости относительно друг друга на расстояние d.

Тело протяженностью h, движущееся через рубеж с тангенциальной составляющей скоростью U_т и пересекающее его на расстоянии l, например, от приемников 1 и 2, своими краями отсекает отрезок (5-6), ограниченный образующими зон чувствительности приемников 1 и 2, и отрезок (7-8), ограниченный образующими зон чувствительности приемников 3 и 4. Длину отсекаемых отрезков (5-6) и (7-8) можно определить из геометрических построений:
(5-6)= 2(l-

) tg

+ d
(7-8)= 2(L-l-

) tg

+ d Сумма этих отрезков составит:
(5-6)+ (7-8)= 2(L-h) tg

+ 2d
(1) С учетом скорости V движения объекта через рубеж сумму отрезков можно выразить
(5-6)+(7-8)= t₁ V+t₂ V, (2) где t₁ время, в течение которого излучение регистрируется хотя бы одним из приемников 1 или 2;
t₂ время, в течение которого излучение регистрируется хотя бы одним из приемников 3 или 4. Приравняв выражения (1) и (2), получим
(t₁+t₂)•U 2[(L-h)tg

+ d]
(3) Среднее значение тангенциальной составляющей скорости V можно оценить как
v

где t

среднее значение временной задержки между сигналами на одной стороне рубежа;
v

Выражение (3) примет вид
d

= (L-h)tg

+ d
(4) откуда
h L-

- 1

таким образом при заданных значениях d, α, L по величине
P

можно выделить сигналы только тех объектов, для которых величина h лежит в заданных пределах.

На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства охранной сигнализации; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 структурная схема вычислителя; на фиг. 5 структурная схема программы работы вычислителя; на фиг. 6 схема формирования сигнала тревоги.

Устройство охранной сигнализации содержит тепловые приемники 9-12, вычитатель 13, соответствующие входы которого подключены к выходам приемников 11, 12, а выход к входу дифференциатора 14, выход которого последовательно с усилителем 15 и АЦП 16 соединен с первым входом вычислителя 17, выходы приемников 9, 10 соединены с соответствующими входами вычитателя 18, выход которого последовательно соединен с дифференциатором 19, усилителем 20 и АЦП 21, выход которого соединен со вторым входом вычислителя 17, выход которого подключен к входу схемы формирования сигнала тревоги 22, выход которой подключен к сигнализатору 23.

При пересечении человеком-нарушителем зон чувствительности тепловых приемников на каждой стороне рубежа приемниками формируются электрические сигналы 24, 25, задержанные относительно друг друга на время Δt₁ для одного канала и Δt₂ для другого (на фиг. 3 проиллюстрировано формирование сигналов на одной стороне рубежа). Время Δt₁ равно времени задержки между сигналами 1 и 2 приемников, Δt₂ время задержки между сигналами 3 и 4 приемников. Вычитателем 13(18) формируется разностный сигнал 26, длительность t₁ которого соответствует сумме длительностей сигналов 24. 25. На выходе дифференциатора 14(19) формируется сигнал 27, временной интервал Δt₁ которого соответствует превышению сигналом нулевого уровня до его первой смены фазы и равен временному сдвигу сигналов 24, 25 и пропорционален d/V. Аналогично выделяются временные интервалы t₂, Δt₂ на другой стороне рубежа. С выходов дифференциаторов 14, 19 усиленные и преобразованные в цифровой код сигналы поступают на входы вычислителя 17, в котором производится отсчет интервалов времени Δt₁, Δt₂, t₁, t₂, вычисляется значение величины
P

и полученная величина сравнивается с константой K, хранящейся в памяти вычислителя. Константа К для данного рубежа получена из выражения (4) при известных L, d, α и заданном h_max,

L-h

tg

+ 1 K Сигнал "тревога" формируется в том случае, когда
P

K т. е. когда продольный размер тела не превышает максимально возможное значение для человека. Вычислитель 17 представляет собой микроЭВМ (см. фиг. 4), реализованную на микропроцессорах серии 588 и включает в себя первый и второй контроллеры АЦП 28, 29, таймер 30, схему управления 31, центральный процессор 32, оперативную память 33, постоянное запоминающее устройство 34 и выходной регистр 35, объединенные общей шиной.

Текущие сигналы, поступающие на входы вычислителя 17 с соответствующих АЦП, обрабатываются поочередно через интервалы времени
T≅

где F_max максимальная частота спектра сигналов на выходах дифференциаторов.

Программой обеспечивается постоянное сравнение текущих отсчетов сигналов с пороговыми значениями +V_пор. -V_пор. организуются счетчики интервалов времени t₁ и t₂, смены фаз сигналов N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{ф}}$ , N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{ф}}$ , времени ожидания t_ож. В постоянной памяти хранятся значения +V_пор, V_пор. максимальное время ожидания t_ож.max, определяемое для конкретного устройства выбранными значениями +V_пор, -V_пор при минимальной скорости движения объекта через рубеж (время, в течение которого амплитуда сигнала находится между пороговыми уровнями), а также константы
K

L-h

tg

+ 1 для известных значений d, L, α и h_maх. Вход в программу осуществляется по команде "Пуск", при этом управление передается команде "Начальная установка", по которой обнуляются все счетчики и рабочая область оперативной памяти вычислителя. В случае, если V_c ≥ +V_пор, V_c ≅ V_пор, то производится анализ смены фазы сигнала (например, с"+" на "-" или наоборот) при отрицательном результате записывается в регистр текущая фаза сигнала "+" или "-", при положительном (наличии смены фаз ) предварительно записывается "1" в соответствующий счетчик смены фаз N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{ф}}$ или N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{ф}}$ , включается счетчик интервала t₁ или t₂, если сигнал по абсолютной величине становится меньше пороговых уровней, останавливается счетчик t₁ или t₂, анализируется накопленное число смены фаз сигнала при N_ф ≥ 1, включается счетчик t_ож, при N_ф=0 информация предварительно из счетчика t₁ или t₂ переписывается для хранения в регистр Δt₁ или t₂соответственно. Отсчет времени t_ож ведется до тех пор, пока сигнал не выйдет за один из пороговых уровней, после чего счетчик t_ож сбрасывается и начинается обработка следующей полуволны сигнала по ранее описанному пути, если результат сравнения сигнала с пороговыми уровнями отрицательный, то производится проверка накопленного времени ожидания t_ож с максимально возможным t_max. Если t_ож<t_max, сравнение сигнала с порогами продолжается, при t_ож>t_max (что говорит о том, что сигнал закончился) производится анализ накопленных смен фаз сигнала N_ф ≥ 3. При отрицательном результате анализа принятый сигнал считается помехой и управление передается команде "начальная установка", при положительном производится запись в регистры накопленных значений t₁ и t₂ из счетчиков и далее вычисляется критерий
P

Вычисленный критерий сравнивается с константой K, при P ≅ K логическая "1" записывается в выходной регистр, которая активизирует схему формирования сигнала тревоги и одновременно передается управление команде "Начальная установка". Схема 22 формирования сигнала тревоги содержит триггер 36, таймер 37, счетчик 38. При появлении логической "1" на входе формирователя триггер 36 устанавливается в "единичное" состояние и одновременно запускается таймер 37, генерирующий импульсы с постоянным периодом. Счетчик 38 считает количество импульсов с выхода таймера, при определенном их количестве сбрасывается триггер и схема формирователя приходит в исходное состояние. При отрицательном результате сравнения P>K, принятые сигналы считаются помехой, в выходной регистр запись не производится, программа возвращается в исходное состояние и готова к обработке нового сигнала.

Использование предлагаемого способа обнаружения нарушителя и устройства для его осуществления позволяет по сравнению с прототипом повысить помехоустойчивость обнаружения человека-нарушителя на открытой местности на фоне помех, вызванных перемещением контрастных по температуре слоев воздуха при порывистом ветре, путем анализа величины
P

Claims (2)

1. Способ обнаружения нарушителя, заключающийся в приеме теплового излучения двумя датчиками, расположенными на одной стороне рубежа, преобразовании принятого излучения в электрические сигналы, определении временной задержки Δt₁ этих сигналов относительно друг друга, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости способа, тепловое излучение одновременно принимают двумя другими датчиками, расположенными на противоположной стороне рубежа напротив первых датчиков, преобразовывают принятое этими датчиками излучение в электрические сигналы и определяют временную задержку Δt₂ между ними, на каждой стороне рубежа определяют суммарные t₁ и t₂ длительности выходных сигналов датчиков, вычисляется параметр

значение параметра сравнивается с константой

где d расстояние между датчиками на каждой стороне рубежа в горизонтальной плоскости;
L длина рубежа;
h_m a x максимальный продольный размер контролируемого объекта;
α угол при вершине конуса зон чувствительности датчиков,
выходной сигнал формируется в случае, если P ≅ K.

2. Устройство для обнаружения нарушителя, содержащее два тепловых приемника, расположенных на одной стороне охраняемого рубежа, два аналого-цифровых преобразователя, блок формирования сигнала тревоги, выход которого соединен с сигнализатором, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены третий и четвертый тепловые приемники, два блока вычитания, два блока дифференцирования, два согласующих усилителя, анализатор, третий и четвертый тепловые приемники расположены на другой стороне рубежа напротив первого и второго тепловых приемников соответственно, выходы первого и второго тепловых приемников соединены с первым и вторым входами первого блока вычитания, выходы третьего и четвертого тепловых приемников соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с входами первого и второго блоков дифференцирования, выход каждого из которых через соответствующий согласующий усилитель соединен с входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователей соединены с первым и вторым входами анализатора, вход которого соединен с входом блока формирования сигнала тревоги.

Images