RU2109343C1

RU2109343C1 - Safeguard signalling device

Info

Publication number: RU2109343C1
Application number: RU97104528A
Authority: RU
Inventors: Лариса Игоревна Жадан; Александр Семенович Козьяков; Виктор Михайлович Кравченко
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие Жадан "ЛАМА"
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: safeguard signalling equipment using a radio beam for producing the line of detection in protected zone of the object, applicable in moving objects registration (count) systems. SUBSTANCE: the safeguard signalling device uses a transmitter and a microwave receiver, receiving and transmitting antennas; the radio beam produced by the transmitter antenna is directed towards the receiver antenna and produces a detection zone between them. The device operating frequency is within a frequency band at which the coefficient of shading of the first Fresnel zone by a man increases by 2-3 times; the transmitter operating frequency in the band is selected proceeding from the condition of maximum absorption of electromagnetic energy by air oxygen; besides, the transmitter operates in the condition of modulation at a frequency determined by minimum noise of the receiver microwave discriminator, and with a relative duration ratio at which the level of average power ensures the receiver sensitivity at a preset distance. EFFECT: enhanced detection characteristics, enhanced concealment and electromagnetic compatibility, reduced power consumption and mass and dimensional characteristics of the device. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике охранной сигнализации, а именно к радиолучевым средствам обнаружения нарушителя с использованием радиолуча для создания сигнализационного рубежа на охраняемом объекте. Кроме того, предложение может быть использовано при организации технических систем учета (счета) перемещающихся объектов. The invention relates to techniques for burglar alarms, in particular to radio-beam means for detecting an intruder using a radio beam to create an alarm line at a guarded object. In addition, the proposal can be used in organizing technical accounting systems (accounts) of moving objects.

Известны устройства охранной сигнализации, в которых использован радиолуч для создания сигнализационного рубежа обнаружения нарушителя [1], [2], [3] . Устройства такого типа являются двухпозиционными и состоят из передатчика и приемника, во время работы которых образуется канал передачи электромагнитной энергии - радиолуч. Все имеют объемную зону обнаружения - вытянутый элипсоид вращения, диаметр которого зависит от рабочей частоты излучения передатчика. Поперечные размеры зоны обнаружения можно считать равными поперечным размерам первой зоны Френеля, в пределах которой распространяется 70% излучаемой электромагнитной энергии. При пересечении нарушителем зоны обнаружения вырабатывается сигнал тревоги. Known alarm devices in which a radio beam is used to create an alarm line for detecting an intruder [1], [2], [3]. Devices of this type are two-position and consist of a transmitter and a receiver, during the operation of which a transmission channel of electromagnetic energy is formed - a radio beam. All have a volumetric detection zone - an elongated ellipsoid of revolution, the diameter of which depends on the operating frequency of the transmitter radiation. The transverse dimensions of the detection zone can be considered equal to the transverse dimensions of the first Fresnel zone, within which 70% of the radiated electromagnetic energy propagates. When the intruder crosses the detection zone, an alarm is generated.

Эти устройства имеют ряд недостатков в том числе: низкую достоверность обнаружения нарушителя из-за ложных срабатываний, большие массогабаритные характеристики, большое энергопотребление. These devices have several disadvantages, including: low reliability of intruder detection due to false positives, large weight and size characteristics, high power consumption.

Основной причиной указанных недостатков является низкий частотный диапазон рабочей частоты излучения передатчика (10 - 20 ГГц), при котором поперечные размеры зоны обнаружения значительно превышают поперечные размеры нарушителя. При этом относительное уменьшение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения составляет не более 10%. Регистрация таких изменений уровней сигналов неоднозначна в простых системах обработки сигнала в реальных условиях эксплуатации на фоне изменяющихся помех, уровень которых того же порядка. Такие помехи могут быть вызваны переотражением от поверхности земли и окружающих предметов при изменении атмосферных условий, атмосферными явлениями, активными помехами от других источников электромагнитного излучения. The main reason for these shortcomings is the low frequency range of the transmitter operating frequency (10 - 20 GHz), in which the transverse dimensions of the detection zone significantly exceed the transverse dimensions of the intruder. In this case, the relative decrease in the signal level at the input of the receiver when the intruder crosses the detection zone is not more than 10%. The registration of such changes in signal levels is ambiguous in simple signal processing systems in real operating conditions against the background of changing noise, the level of which is of the same order. Such interference can be caused by re-reflection from the surface of the earth and surrounding objects when changing atmospheric conditions, atmospheric phenomena, active interference from other sources of electromagnetic radiation.

Повышение достоверности обнаружения нарушителя такими устройствами может быть достигнуто путем усложнения принципов обработки принимаемых сигналов, но это не позволит улучшить такие характеристики их работы как скрытность, помехоустойчивость, помехозащищенность работы аппаратуры, электромагнитная совместимость массогабаритные характеристики, энергопотребление. Improving the reliability of intruder detection by such devices can be achieved by complicating the principles of processing received signals, but this will not allow improving such characteristics of their work as stealth, noise immunity, noise immunity of the equipment, electromagnetic compatibility, weight and size characteristics, power consumption.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство охранной сигнализации "Пион" [3], у которого рабочая частота излучения передатчика ≅ 10 ГГц. The closest analogue of the invention is the security device "Peony" [3], in which the operating frequency of the transmitter is ≅ 10 GHz.

Устройство охранной сигнализации "Пион" содержит передатчик с амплитудной модуляцией, состоящий из генератора СВЧ, низкочастотного модулятора, передающей антенны, и приемник прямого усиления, содержащий приемную антенну, детекторную секцию, усилитель низкой частоты, устройство автоматической регулировки усиления, выходное устройство. The Peony burglar alarm device contains an amplitude-modulated transmitter consisting of a microwave generator, a low-frequency modulator, a transmitting antenna, and a direct gain receiver containing a receiving antenna, a detection section, a low-frequency amplifier, an automatic gain control device, and an output device.

Однако устройство "Пион", при недостаточной достоверности обнаружения нарушителя, имеет энергопотребление 25 Вт, массу 25 кг, требует применения дополнительных мер для обеспечения электромагнитной совместимости с другими устройствами СВЧ, работающими на объекте, и не обеспечивает скрытность при работе на объектах специального назначения, т.к. рабочая частота излучения передатчика находится в полосе прозрачности и свободно распространяется в атмосфере. However, the device "Peony", with insufficient reliability of detection of the intruder, has a power consumption of 25 W, a mass of 25 kg, requires additional measures to ensure electromagnetic compatibility with other microwave devices operating at the facility, and does not provide stealth when working at special facilities, t .to. the operating radiation frequency of the transmitter is in the transparency band and freely spreads in the atmosphere.

Предложение направлено на повышение достоверности обнаружения нарушителя, повышение скрытности, электромагнитной совместимости, помехоустойчивости и помехозащищенности, уменьшение массогабаритных характеристик и энергопотребления устройства. The proposal is aimed at increasing the reliability of intruder detection, increasing stealth, electromagnetic compatibility, noise immunity and noise immunity, reducing the overall dimensions and power consumption of the device.

Повышение достоверности обнаружения определяется выбором рабочей частоты излучения передатчика, при которой поперечные размеры первой зоны Френеля, в пределах которой распространяется 70% излучаемой электромагнитной энергии, соизмеримы с поперечными размерами нарушителя. Кроме того, выбор рабочей частоты обеспечивает повышение электромагнитной совместимости и уменьшение массогабаритных характеристик, обеспечивает скрытность. An increase in the reliability of detection is determined by the choice of the operating frequency of the transmitter radiation, at which the transverse dimensions of the first Fresnel zone, within which 70% of the radiated electromagnetic energy propagates, are commensurate with the transverse dimensions of the intruder. In addition, the choice of the operating frequency provides an increase in electromagnetic compatibility and a decrease in weight and size characteristics, provides stealth.

Технический результат достигается тем, что в отличие от устройства охранной сигнализации, содержащего передатчик с амплитудной модуляцией, состоящий из генератора СВЧ, низкочастотного модулятора, передающей антенны и приемника прямого усиления, содержащего приемную антенну, детекторную секцию, усилитель низкой частоты, устройство автоматической регулировки усиления, выходное устройство, в передатчик предлагаемого устройства дополнительно введен амплитудный модулятор, обеспечивающий режим модуляции на частоте, определяемой минимальными шумами СВЧ-детекторной секции приемника, а в приемник прямого усиления введена цепочка детектирования и усиления полезного сигнала в узкой полосе на частоте модуляции сигнала передатчика, при этом рабочая частота излучения передатчика выбирается в диапазоне частот, в котором коэффициент затенения зоны обнаружения объектом увеличивается в 2 - 3 раза, а также из условия максимального поглощения электромагнитной энергии кислородом воздуха. The technical result is achieved in that, in contrast to a security alarm device comprising an amplitude modulated transmitter, comprising a microwave generator, a low frequency modulator, a transmit antenna and a direct gain receiver containing a receive antenna, a detection section, a low frequency amplifier, an automatic gain control device, an output device, an amplitude modulator is additionally introduced into the transmitter of the proposed device, providing a modulation mode at a frequency determined by the minimum the noise of the microwave detector section of the receiver, and a chain of detection and amplification of the useful signal in a narrow band at the modulation frequency of the transmitter signal is introduced into the direct gain receiver, while the working frequency of the transmitter radiation is selected in the frequency range in which the shadow factor of the detection zone of the object increases by 2 - 3 times, as well as from the condition of maximum absorption of electromagnetic energy by atmospheric oxygen.

На фиг. 1 представлена зависимость изменения коэффициента затенения K зоны обнаружения объектом в середине участка длиной 150 м (1 - для рабочей частоты 61,25 ГГц (R_ф1); 2 - для рабочей частоты 10 ГГц (R_ф2); 3, 4 - зоны Френеля для рабочих частот 61,25 и 10 ГГц соответственно; параметры объекта: высота 2 м, толщина 0,2 м; X, Y - горизонтальная и вертикальная оси в поперечном сечении зоны обнаружения).In FIG. 1 shows the dependence of the shading coefficient K on the detection zone by an object in the middle of a 150 m long section (1 - for the operating frequency of 61.25 GHz (R _f1 ); 2 - for the working frequency of 10 GHz (R _f2 ); 3, 4 - Fresnel zones for operating frequencies of 61.25 and 10 GHz, respectively; object parameters: height 2 m, thickness 0.2 m; X, Y - horizontal and vertical axes in the cross section of the detection zone).

Коэффициент K определяется по формуле
K = ΔS/S_Ф ,
где
ΔS - площадь перекрытия зоны обнаружения объектом, м²;
S_ф - площадь поперечного сечения зоны обнаружения (первой зоны Френеля), м².The coefficient K is determined by the formula
K = ΔS / S _F,
Where
ΔS is the area of overlap of the detection zone by the object, m ² ;
S _f - the cross-sectional area of the detection zone (first Fresnel zone), m ² .

Поперечные размеры зоны обнаружения в зависимости от рабочей частоты излучения передатчика и расстояния между передатчиком и приемником определяются по формуле первой зоны Френеля [4]. The transverse dimensions of the detection zone, depending on the operating frequency of the transmitter radiation and the distance between the transmitter and the receiver, are determined by the formula of the first Fresnel zone [4].

Достаточным для исключения ложных срабатываний примем относительное уменьшение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения на (25 - 30)%, что соответствует увеличению коэффициента затенения K зоны обнаружения в 2 - 3 раза по сравнению с рассматриваемым аналогом [3]. Sufficient to eliminate false positives, we take a relative decrease in the signal level at the input of the receiver when the intruder crosses the detection zone by (25-30)%, which corresponds to an increase in the shadowing coefficient K of the detection zone by 2–3 times compared with the analogue under consideration [3].

Для этого радиус первой зоны Френеля необходимо уменьшить в 2 - 3 раза, что возможно при увеличении рабочей частоты в 4 - 9 раз по сравнению с рабочей частотой устройства [3]. For this, the radius of the first Fresnel zone must be reduced by 2–3 times, which is possible with an increase in the operating frequency by 4–9 times compared to the operating frequency of the device [3].

где
R_ф1, R_ф2 - радиусы первой зоны Френеля предлагаемого устройства и устройства [3] соответственно;
f₁, f₂ - рабочая частота излучения передатчика предлагаемого устройства и устройства [3] соответственно.

Where
R _f1 , R _f2 - the radii of the first Fresnel zone of the proposed device and device [3], respectively;
f ₁ , f ₂ - the operating frequency of the transmitter radiation of the proposed device and device [3], respectively.

Увеличение рабочей частоты излучения передатчика позволяет также снизить массогабаритные характеристики устройства. Increasing the operating frequency of the transmitter radiation also reduces the overall dimensions of the device.

В предлагаемом устройстве рабочая частота выбрана равной 61,25 ГГц с тем, чтобы одновременно повысить помехозащищенность и скрытность, используя эффекты поглощения электромагнитной энергии кислородом воздуха. In the proposed device, the operating frequency is chosen equal to 61.25 GHz in order to simultaneously increase noise immunity and stealth, using the effects of absorption of electromagnetic energy by atmospheric oxygen.

Уменьшение мощности, потребляемой передатчиком, позволяет снизить массу устройства. Reducing the power consumed by the transmitter reduces the weight of the device.

Для уменьшения энергопотребления передатчика и повышения чувствительности приемника применен режим амплитудной модуляции передатчика на двух частотах, например, 5 кГц и 500 кГц, а в приемнике прямого усиления применено двойное детектирование и усиление полезного сигнала на частотах модуляции передатчика в узкой полосе частот. To reduce the power consumption of the transmitter and increase the sensitivity of the receiver, the amplitude modulation mode of the transmitter at two frequencies, for example, 5 kHz and 500 kHz, is used, and the direct gain receiver uses double detection and amplification of the useful signal at the modulation frequencies of the transmitter in a narrow frequency band.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, обеспечивающая техническое решение поставленной задачи. In FIG. 2 presents a functional diagram of the proposed device, providing a technical solution to the problem.

В состав передатчика входят: 1 - генератор СВЧ, 2 - передающая антенна, 3 - низкочастотный модулятор, 4 - амплитудный модулятор. The transmitter includes: 1 - microwave generator, 2 - transmitting antenna, 3 - low-frequency modulator, 4 - amplitude modulator.

В состав приемника прямого усиления входят: 5 - приемная антенна, 6 - детекторная секция, 7 - усилитель, 8 - детектор, 9 - усилитель низкой частоты, 10 - устройство автоматической регулировки усиления, 11 - выходное устройство. The direct amplification receiver includes: 5 - receiving antenna, 6 - detector section, 7 - amplifier, 8 - detector, 9 - low frequency amplifier, 10 - automatic gain control device, 11 - output device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Модуляторы (3) и (4) вырабатывают импульсное питающее напряжение, представляющее из себя пачки по 10 импульсов для генератора СВЧ. Частота повторения импульсов в пачке - 500 кГц. Скважность импульсов в пачке - 2. Частота повторения пачек импульсов - 5 кГЦ. Скважность пачек импульсов - 10. Modulators (3) and (4) generate a pulsed supply voltage, which is a pack of 10 pulses for a microwave generator. The pulse repetition rate in the packet is 500 kHz. The impulse rate in the packet is 2. The pulse repetition rate is 5 kHz. The burden of impulses is 10.

Амплитудный модулятор 4 обеспечивает режим модуляции на частоте 500 Гц, определяемой минимальными шумами детекторной секции 6 приемника прямого усиления. Amplitude modulator 4 provides a modulation mode at a frequency of 500 Hz, determined by the minimum noise of the detector section 6 of the direct gain receiver.

Низкочастотный модулятор 3 обеспечивает формирование пачек импульсов с частотой повторения 5 кГц. Low-frequency modulator 3 provides the formation of bursts of pulses with a repetition rate of 5 kHz.

Генератор СВЧ 1 формирует амплитудно-модулированный СВЧ-сигнал, который через передающую антенну 2 излучается в направлении приемной антенны 5. The microwave generator 1 generates an amplitude-modulated microwave signal, which is transmitted through the transmitting antenna 2 in the direction of the receiving antenna 5.

Принятый приемной антенной 5 СВЧ сигнал поступает на детекторную секцию 6 приемника прямого усиления, на выходе которой выделяются частоты модуляции, вырабатываемые низкочастотным модулятором 3, амплитудным модулятором 4, и гармоники этих частот. The microwave signal received by the receiving antenna 5 is fed to the detection section 6 of the direct amplification receiver, the output of which emits the modulation frequencies generated by the low-frequency modulator 3, the amplitude modulator 4, and the harmonics of these frequencies.

Усилитель 7 усиливает основную гармонику частоты 500 кГц и подавляет низкочастотные шумы детекторной секции 6. The amplifier 7 amplifies the fundamental harmonic of the frequency of 500 kHz and suppresses the low-frequency noise of the detection section 6.

Детектор 8, выделяет низкочастотную огибающую с частотой 5 кГц, а усилитель низкой частоты 9 усиливает основную гармонику этой частоты, которая поступает затем на выходное устройство 11, формирующее сигнал "Тревога" при срабатывании устройства. Detector 8, emits a low-frequency envelope with a frequency of 5 kHz, and a low-frequency amplifier 9 amplifies the fundamental harmonic of this frequency, which then enters the output device 11, which generates an “Alarm” signal when the device is triggered.

Поддержание стабильного уровня сигнала на выходе усилителя низкой частоты 9 при изменении условий прохождения СВЧ-сигнала (дождь, снег, туман и т. д. ) обеспечивает устройство автоматической регулировки усиления 10, в цепь которого включены оба усилителя 7 и 9 приемника прямого усиления. Maintaining a stable signal level at the output of the low-frequency amplifier 9 when changing the conditions for the passage of the microwave signal (rain, snow, fog, etc.) provides an automatic gain control device 10, the circuit of which includes both amplifiers 7 and 9 of the direct gain receiver.

Предлагаемое устройство охранной сигнализации обеспечивает изменение уровня сигнала на входе приемника при пересечении нарушителем зоны обнаружения в 2,5 раза больше по сравнению с аналогом [3], повышает скрытность излучения устройства на 15 дБ/км, улучшает помехозащищенность. Энергопотребление устройства не более 3 Вт, масса не более 2 кг. The proposed security alarm device provides a change in the signal level at the input of the receiver when the intruder crosses the detection zone 2.5 times more compared to the analogue [3], increases the secrecy of the device’s radiation by 15 dB / km, improves noise immunity. The power consumption of the device is not more than 3 W, weight is not more than 2 kg.

Источники информации
1. USA/March 1993, Copyright 1993 Racon Incorpora ted. Рекламный каталог фирмы Racon, США.Sources of information
1. USA / March 1993, Copyright 1993 Racon Incorporated. Advertising catalog of the company Racon, USA.

2. Датчик Preliminary A310, Microwave Intrusion Sensor. Рекламный каталог фирмы BURLE, США. 2. Preliminary A310 sensor, Microwave Intrusion Sensor. Advertising directory of the company BURLE, USA.

3. Аппаратура "Пион-B". Техническое описание и инструкция по эксплуатации АВЯ. 400.006. ТО. 3. Equipment "Peony-B". Technical description and user manual AVYA. 400.006. THAT.

4. Долуханов М.П. Распространение радиоволн, М.; Связь, 1972, с 104. 4. Dolukhanov M.P. Propagation of radio waves, M .; Communication, 1972, p. 104.

Claims

A security alarm device comprising an amplitude-modulated transmitter, comprising a microwave generator, a low-frequency modulator, a transmitting antenna, and a direct gain receiver, comprising a receiving antenna, a detection section, a low-frequency amplifier, an automatic gain control device, and an output device, characterized in that the transmitter is additionally introduced an amplitude modulator, providing a modulation mode at a frequency determined by the minimum noise of the direct gain receiver, and into the direct receiver a chain of detection and amplification of the useful signal is introduced in a narrow band at the modulation frequency of the transmitter signal, while the working frequency of the transmitter radiation is selected in the frequency range in which the shadowing factor of the detection zone by the object is increased by 2–3 times, and also from the condition of maximum absorption of electromagnetic energy oxygen in the air.