RU2145441C1 - Способ и устройство радиоволнового обнаружения нарушителя - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам и устройствам тревожной сигнализации, в частности к радиоволновым извещателям и средствам защиты, используемым для усиления охраны границ охраняемых территорий совместно с инженерными заградительными сооружениями. Техническим результатом является обеспечение контроля деформации металлопроволочных периметровых заграждений при воздействии на них нарушителя и обеспечение возможности указания направления движения нарушителя через рубеж охраны. Технический результат достигается тем, что в способах и устройстве с разнесенными в пространстве передатчиком и приемником ВЧ колебаний линия поверхностных радиоволн выполняет несколько функций: чувствительного элемента извещателя охраны, линии НЧ временной синхронизации и линии энергопитания передатчика. 4 с.п.ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к способам и устройствам тревожной сигнализации, в частности к радиоволновым извещателям и средствам защиты, используемым для усиления охраны границ охраняемых территорий совместно с инженерными заградительными сооружениями.

Широко известно, что для увеличения времени задержки нарушителя на периметрах территорий охраняемых объектов, оборудованных заградительными инженерными сооружениями (стенки, барьеры, железобетонные заборы и т. д.), дополнительно используют заграждения из высокопрочной колючей проволоки или режущей ленты, обычно выполняемые в форме параллельных "нитей", "сеток", плоских или объемных "спиралей Бруно". Для обнаружения факта вторжения совместно с заграждениями устанавливают извещатели (датчики, детекторы и т. п.) охраны, содержащие токо- или виброчувствительные элементы. Эти извещатели выдают сигнал тревоги при деформации заграждения, например при обрыве или замыкании между собой электропроводящих "нитей", или при появлении специфического спектра механических вибраций. В известных извещателях в качестве чувствительного элемента обычно используют электрические проводники, микрофоны, геофоны или специальные виброчувствительные кабели.

Настоящее изобретение содержит следующий сходный признак с общеизвестными устройствами: использование металлопроволочных заграждений в качестве чувствительного элемента извещателя.

Основным недостатком упомянутых извещателей является отсутствие возможности обнаружения без прямого механического воздействия тела нарушителя на элементы конструкции заграждения. Кроме того, применение подобных извещателей совместно с проволочными заграждениями в форме "спиралей Бруно" и "сеток" недостаточно эффективно, поскольку для увеличения "жесткости" соседние кольца спиралей и узлы "сеток" заграждения механически или сваркой соединяют в множестве электрических точек в неразборную конструкцию. В этом случае обрыв или замыкание "нитей", а также механическая деформация заграждения не воспринимаются токочувствительным элементом. Требуется прокладка дополнительных сигнальных электропроводников. Поиск точек замыкания, обрыва и ремонтное восстановление таких проводников в местах обрыва существенно затруднены. Виброчувствительные извещатели вырабатывают повышенную частоту ложных тревог из-за резонансных вибраций проволоки, возникающих от помеховых ветровых нагрузок, движущегося транспорта и индустриального оборудования.

Указанные недостатки частично устраняют при использовании известных извещателей охраны с чувствительными элементами в виде длинных линий поверхностных радиоволн.

Общеизвестно (И.Е.Ефимов, Г.А.Останькевич "Радиочастотные линии связи", изд. Связь, М. , 1977 г., стр. 57.91), что в свободном пространстве вдоль двухпроводной или многопроводной линии электросвязи возбуждается электромагнитное поле в форме поверхностных радиоволн, если к началу линии подключен генератор высокочастотного (ВЧ) напряжения, к концу линии подключена электрическая нагрузка, а длина линии много больше длины радиоволны. Разнесенные в пространстве проводные шины линии образуют пространственный волновод, характеризуемый величиной волнового сопротивления. Режим поверхностных волн зависит от соотношения между "падающей" (бегущей) волной, идущей по открытому волноводу от генератора к нагрузке, и "отраженной" волной, идущей от нагрузки к генератору. Режим характеризуется координатами местоположения максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) излучаемой в пространство энергии поля вдоль линии. Этот режим называют режимом "стоячей" волны. Расстояние между экстремумами и их электрические координаты, выраженные в длинах радиоволн, характеризуют пространственные "фазу" и "частоту" (моду) стоячей волны. Тело нарушителя при вторжении в пространство волновода изменяет фазу волны и волновое сопротивление линии, что электрически отображается в нагрузке в форме модуляции амплитуды напряженности принимаемого ВЧ поля. Контролируя амплитуду (глубину) модуляции и анализируя временной спектр модуляционного сигнала, принимают решение о факте обнаружения при отсутствии механического контакта тела нарушителя с проводами линии.

Сходным признаком является проводная линия электросвязи.

Основным недостатком извещателей с использованием одномодовых линий поверхностных волн в качестве чувствительного элемента является неравномерность чувствительности вдоль линии. Это вызвано тем, что амплитуда модуляционного сигнала зависит от местоположения точки приближения тела нарушителя к линии, т. е. от пространственной фазы стоячей волны в этой точке, при этом точки повышенной чувствительности в пучностях излучения поля чередуются с точками пониженной чувствительности в узлах поля вплоть до появления вдоль линии "зон необнаружения", через которые нарушитель может преодолеть заграждение без выдачи тревожного сигнала.

Этот недостаток, неравномерность чувствительности, устраняется согласно известному "Способу обнаружения нарушителя" (см. Патент RU N2037881, МКИ G 08 B, 13/18, опубл. 19.06.95), по которому длинную двухпроводную линию в режиме поверхностных стоячих волн используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень интенсивности колебаний в точке приема с опорным значением и формируют сигнал тревоги при отклонении уровня от опорного. Способ отличается тем, что с целью повышения надежности обнаружения изменяют пространственную фазу, а следовательно, и "моду" пространственной стоячей волны в протяженном волноводном чувствительном элементе. Приведенный в упомянутом патенте пример устройства содержит генератор ВЧ колебаний и первое фазосдвигающее устройство, подключенное к первому входу линии, второе фазосдвигающее устройство и резистивную электрическую нагрузку, подключенные ко второму входу линии, а также ВЧ полосовой фильтр, функциональный усилитель-детектор с цифровой многоканальной автоматической регулировкой усиления (АРУ), генератор НЧ опорных импульсов, вычитающую схему, инверсную амплитудно-пороговую схему, цифровой пороговый счетчик-интегратор импульсов, схему аналого-цифрового управления и синхронизации работы элементов устройства во времени.

Сходными признаками настоящего изобретения с известным способом являются: использование проводной линии поверхностных радиоволн, сравнение уровня амплитуды ВЧ колебаний с опорным уровнем, формирование сигнала тревоги, изменение фазы поверхностной волны.

Сходными признаками настоящего изобретения с приведенным в описании упомянутого способа примером реализации устройства являются: передатчик и приемник ВЧ электромагнитного поля, чувствительный элемент в виде проводной линии поверхностных волн, две проводные шины, генератор ВЧ колебаний, первый и второй блоки фазовой задержки поверхностной волны, преобразователь напряжения питания, генератор опорных НЧ импульсов, полосовой ВЧ фильтр, функциональный усилитель-детектор, дискретно-аналоговая разностная схема, инверсная амплитудно-пороговая схема, пороговый счетчик-интегратор и схема управления исполнительным реле.

Недостатком известного способа является то, что в нем не раскрыты признаки, обеспечивающие возможность контроля механических деформаций металлопроволочных периметровых заграждений и возможность получения сигнальной информации о направлении движения нарушителя через контролируемый периметр. Недостатком известного устройства является то, что в нем не раскрыты функциональные элементы и связи, обеспечивающие энергопитание и синхронную работу составных частей в пространстве, без чего техническая реализация устройства представляется невозможной.

Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков.

Для реализации этой цели в изобретении поставлены следующие технические задачи: ввести в состав чувствительного элемента признаки, обеспечивающие возможность контроля деформации металлопроволочных заграждений и указания направления движения нарушителя через рубеж охраны; ввести признаки, обеспечивающие возможность синхронизации и энергопитания разнесенных в пространстве передатчика и приемника устройства; ввести признаки, уточняющие процедуру регулирования фазы пространственной волны.

Во-первых, эта цель достигнута по предложенному нами первому способу, по которому проводную линию электросвязи в режиме открытого волновода поверхностных волн используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень амплитуды ВЧ колебаний в точке приема с опорным уровнем, формируют сигнал тревоги при заданном отклонении амплитуды от опорного уровня, при этом изменяют фазу поверхностной волны, а элементы конструкции металлопроволочного заграждения охраны размещают в существенном для распространения радиоволн пространстве вдоль линии в качестве дополнительного волноводоформирующего чувствительного к механическим деформациям элемента, а фазу волны циклически изменяют с периодом цикла, не менее чем в три...пять раз меньшим минимального времени нахождения тела нарушителя в пространстве волновода в диапазоне девиации фазы не менее 90 электрических градусов и не менее 22,5 град на каждом такте дискретного переключения фазы.

Во-вторых, эта цель достигнута по предложенному нами второму способу, по которому проводную линию электросвязи в режиме открытого волновода поверхностных волн используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень амплитуды ВЧ колебаний в точке приема с опорным уровнем и формируют сигнал тревоги при заданном отклонении амплитуды от опорного уровня, причем линию выполняют из нескольких волноводоформирующих шин, с помощью которых формируют не менее двух частично перекрывающихся в пространстве по поперечному сечению волноводов, разделяют ВЧ сигналы в каждом волноводном радиоканале во времени и формируют сигнал тревоги с указанием направления движения нарушителя через рубеж охраны, принимая решение по порядку чередования и временной разнице появления полезных сигналов модуляции в каждом из радиоканалов по мере последовательного перемещения тела нарушителя через пространство волноводов.

В-третьих, эта цель достигнута путем усовершенствования известного устройства, содержащего передатчик и приемник ВЧ электромагнитного поля, проводную линию поверхностных радиоволн в качестве чувствительного элемента, состоящего их двух направляющих радиоволны проводных шин, первые входы шин подключены к двухполюсному выходу передатчика, вторые входы шин подключены к двухполюсному входу приемника, при этом в передатчик известного устройства, содержащий генератор непрерывных ВЧ колебаний и первый блок фазовой задержки поверхностной волны, нами дополнительно введены новые элементы: формирователь синхроимпульсов, формирователь радиоимпульсов, первый формирователь позиционного кода, второй преобразователь питающего напряжения. В приемник известного устройства, содержащий второй блок фазовой задержки поверхностной волны, первый преобразователь питающего напряжения, генератор опорных НЧ импульсов, а также последовательно подключенные к выходу второго блока через первые выходы и входы, соответственно, полосовой ВЧ фильтр, функциональный усилитель-детектор; дискретно-аналоговая разностная схема, инверсная амплитудно-пороговая схема, цифровой пороговый счетчик-интегратор импульсов и схема управления исполнительным реле извещателя, нами дополнительно введены новые элементы: синтезатор синхроимпульсов, второй формирователь позиционного кода, первая и вторая ключевые схемы. Кроме того, в известное устройство нами введены новые функциональные связи между элементами, в том числе в передатчике: выход ВЧ генератора через вход и выход формирователя радиоимпульсов подключен к входу первого блока фазовой задержки, выход первого блока подключен к входу первой шины линии и через первый разделительный дроссель - к корпусу передатчика, входы второго преобразователя напряжения и формирователя синхроимпульсов подключены к первому входу второй шины линии и через первый разделительный конденсатор - к корпусу передатчика, первый выход формирователя синхроимпульсов подключен к второму управляющему входу формирователя радиоимпульсов и первому входу первого формирователя позиционного кода, второй выход формирователя синхроимпульсов подключен ко второму входу первого формирователя позиционного кода, первый и второй выходы первого формирователя позиционного кода подключены к второму и третьему управляющим входам первого блока фазовой задержки соответственно. В том числе, в приемнике нами введены новые связи: второй вход первой шины подключен к входу второго блока фазовой задержки и через второй индуктивный дроссель - к корпусу приемника, второй вход второй шины подключен к выходу первой ключевой схемы и через второй разделительный конденсатор - к корпусу приемника, выход генератора опорных импульсов подключен к входу синтезатора синхроимпульсов, первый выход синтезатора подключен к первым управляющим входам второй ключевой схемы и второго формирователя позиционного кода, второй выход синтезатора подключен к первому управляющему входу первой ключевой схемы и второму входу второго формирователя позиционного кода; третий, четвертый, пятый и шестой выходы синтезатора подключены к второму, третьему, четвертому и пятому управляющим входам усилителя-детектора соответственно; первый и второй выходы второго формирователя позиционного кода подключены к второму и третьему входам второго блока фазовой задержки соответственно, выход первого преобразователя напряжения питания через второй вход и выход второй ключевой схемы подключен к второму входу первой ключевой схемы.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-8, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, где введены обозначения; передатчик - 1; первая и вторая проводные шины линии поверхностных волн 2 и 3 соответственно; приемник - 4; ВЧ генератор непрерывных колебаний - 5; формирователь радиоимпульсов - 6; первый блок фазовой задержки поверхностной волны - 7; формирователь синхроимпульсов - 8; первый формирователь позиционного кода - 9; второй преобразователь напряжения питания - 10: первый развязывающий индуктивный ВЧ дроссель - L11; первый разделительный ВЧ конденсатор - C 12; второй развязывающий индуктивный ВЧ дроссель - L13; второй разделительный ВЧ конденсатор -C14; генератор опорных НЧ импульсов - 15; синтезатор синхроимпульсов - 16; второй формирователь позиционного кода - 17; первая и вторая ключевые схемы - 18 и 19 соответственно; второй блок фазовой задержки поверхностной волны - 20; полосовой ВЧ фильтр - 21; функциональный усилитель-детектор - 22; дискретно-аналоговая разностная схема - 23; инверсная амплитудно-пороговая схема - 24; пороговый счетчик-интегратор - 25; схема управления исполнительным реле - 26; контакты исполнительного реле - 27; ("Я"-якорь. "НЗ - нормально замкнутый контакт, "HP"- нормально разомкнутый контакт); первый преобразователь напряжения питания - 28.

На фиг. 2 приведены примеры форм (зашриховано) поперечного сечения волноводного канала над бетонным забором - 29 с изолирующими опорами - 30, шинами линий поверхностных волн ab и cd и проволочными заграждениями из колючей проволоки или режущей ленты - 31.

На фиг. 3 приведена эквивалентная схема чувствительного элемента и диаграмма ВЧ напряжений, в том числе амплитуды ВЧ напряжения на входе - U_г и выходе (в нагрузке) линии - U_н; средняя (медленная) составляющая амплитуды ВЧ сигнала - U_но; длина чувствительного элемента в пространстве - R; продольная координата местоположения цели - r; пороговые уровни напряжения ВЧ сигнала "на превышение" - "+U_пор" и "на принижение" - "-U_пор"; эквиваленты блоков фазовой задержки поверхностной волны SA1 и SA2; эквиваленты первой и второй шин линии - 32 и 33 соответственно; цель - 34; формы модуляции амплитуды ВЧ сигнала - 35, 36, 37, 38 - при продольном перемещении цели (r= var), и 39, 40, 41, 42 - при поперечном перемещении цели (r=const), - для 1-го, 2-го, 3-го и 4-го положений переключателей фазы SA1 и SA2 соответственно.

На фиг.4 приведены примеры принципиальных (фиг.4а) и эквивалентных (фиг. 4б) схем блоков фазовой задержки 7 и 20, содержащих ВЧ конденсаторы: C46, C47, C48, C51, C52, C53; ВЧ дроссели: L43, L44, L45, L56, L57, L58; ВЧ переключающие pin-диоды; D50, D51, D54, D55.

На фиг. 5 приведены диаграммы синхронизирующих и управляющих напряжений, в том числе обозначены: - напряжения на 1-м, 2-м, 3-м, 4-м, 5-м и 6-м выходах синтезатора синхроимпульсов 16: - 60, 61, 62, 63, 64 и 65 соответственно; форма напряжения - 66 на выходе первой ключевой схемы 18: формы напряжения: 67 и 68 - на 1-м и 2-м выходах первого формирователя 9 позиционного кода соответственно; формы напряжения: 69 и 70 - на 1-м и 2-м выходах второго формирователя позиционного кода 17 соответственно.

На фиг. 6 приведен пример функциональной схемы усилителя-детектора 22, где введены обозначения: ВЧ аттенюатор - 71; ВЧ детектор - 72: усилитель видеоимпульсов - 73: схема задержки АРУ - 74; первая, вторая, третья и четвертая схемы автоматической регулировки усиления - 75, 76, 77 и 78 соответственно; сумматор напряжений - 79: U_оп - напряжение задержки АРУ.

На фиг. 7 приведен пример формы сечения зоны обнаружения, сформированной двумя перекрывающимися в пространстве волноводами, где обозначены: сечение первого волновода - 80; сечение второго волновода - 82; a1b1 и c1d1 - шины первого волновода; a2b2 и c2d2 - шины второго волновода; сигнальные импульсы первого и второго волновода T1 и T2 соответственно.

На фиг. 8 - пример схемы устройства, реализующего способ обнаружения с указанием направления движения нарушителя, где обозначены: формирователи единичных сигналов - 86 и 87; первая, вторая и третья схемы "И" - 88, 92 и 93 соответственно; первая и вторая схемы "запрета" - 89 и 90 соответственно; схема временной задержки 91.

Устройство работает следующим образом. Передатчик 1 и приемник 2 (фиг. 1) размещают на противоположных сторонах участка охраны. Первую шину 3 (a, b) и вторую шину 4 (c, d) устанавливают над инженерным заграждением, например над железобетонным забором 29 (фиг.2) на диэлектрических опорах 30. Зона обнаружения (чувствительности) совпадает с поперечным сечением пространственного волновода (заштриховано), образованного шинами "a, b", "c, d" и волноводоформирующими элементами 31 конструкции металлопроволочного заграждения, при условии, что эти элементы размещены в области пространства, существенной для распространения радиоволн в волноводе. В случае, когда металлозаграждение отсутствует, волновод формируется только шинами ab и cd. При поперечном расстоянии между шинами менее четверти длины волны форма сечения волновода приближается к эллиптической (фиг.2а). Если в существенной для распространения радиоволн области пространства размещено металлозаграждение, например плоская сетка из параллельных "нитей" колючей проволоки или в форме плоской "спирали Бруно", то сечение волновода смещается в сторону плоскости проволочного заграждения (фиг. 2б). Если одна из шин размещена вдоль центральной оси проволочного заграждения в форме объемной "спирали Бруно", а соседние кольца спирали механически или сваркой соединены между собой во многих точках, то волновод приобретает классическую коаксиальную форму (фиг. 2в) волновода с "утечкой" радиоволн. Если одна из шин размещена вдоль оси объемной "спирали Бруно", а вторая - над ней (фиг.2г), то конструкция пространственного заграждения существенно влияет на электромагнитную связь между шинами линии, что вызывает особо повышенную чувствительность линии к деформации заграждения.

Способ фазовой модуляции с формированием многомодового спектра поверхностных волн поясняется эквивалентной схемой и диаграммами напряжений (фиг. 3). Пусть длина линии ab = cd = R+ΔR = const, ΔR - дополнительная постоянная фазовая задержка, R - длина линии. Пусть в каждом из синхронных тактов 1, 2, 3 и 4 переключатели SA1 и SA2 подключают на приемной и передающей сторонах отрезки линии 32 и 33 с суммарной длиной ΔR, при этом с каждым тактом длина отрезка на передающей стороне увеличивается, а на приемной - уменьшается. Это соответствует эквивалентному "перемещению" участка R вдоль электрической длины линии относительно экстремумов стоячей волны, поэтому каждому положению переключателей SA1 и SA2 соответствует отдельная мода пространственной волны. Формируемый спектр пространственных частот за один полный цикл переключений на участке R представлен четырьмя модами. Выбором величины фазовой задержки на приемной и передающей сторонах достигается равенство сдвига фазы между соседними модами спектра.

Структура пространственных мод выявляется при продольном перемещении цели 34 с текущей координатой r вдоль участка R. Пусть на входе линии подключено ВЧ напряжение с постоянной частотой и амплитудой

В отсутствии цели на нагрузке линии выделяется ВЧ сигнал с медленно меняющейся амплитудой

из-за изменения условий окружающей среды (температура, влажность, проводимость окружающих предметов и т.п.) амплитудный динамический диапазон медленных изменений

может достигать величины 20...40 дБ. Полагая, что в момент наблюдения

цель 34 движется в направлении M, можно видеть, что каждому положению 1, 2, 3 и 4 переключателей SA1 и SA2 будет соответствовать своя мода волны с формами модуляции U_н(r): 35, 36, 37 и 38. Пусть факт "обнаружения" цели 34 соответствует факту превышения или принижения амплитудой U_н(r) заранее установленных пороговых уровней

и

соответственно. Анализируя одномодовую волну 35, можно видеть, что зоны "обнаружения" чередуются с зонами "необнаружения". В совокупности всех мод участки зон "обнаружения" полностью перекрывают по длине участки зон "необнаружения", при условии, что максимальная девиация изменения фазы Δφmax составляет величину не менее 90 град и не менее Δφ = 22,5 град при каждом переключении фазы. В реальных условиях цель 34 движется через зону обнаружения в поперечном направлении N при r=const, при условии, что во время нахождения цели осуществлено многократное циклическое переключение фазы в соответствии с требованиями теоремы отсчетов В.Н.Котельникова, в нагрузке линии будут выделены четыре модуляционных сигнала в виде дискретных решетчатых функций с огибающими амплитуд 39, 40, 41 и 42. Амплитуда по крайней мере двух из них превысит или принизит уровни "+U_пор" и "-U_пор". Следовательно, цель 34 будет обнаружена в любой точке r на участке R.

Предложенный способ реализован в устройстве (фиг. 1), в котором генератор 15 вырабатывает периодическую последовательность НЧ опорных импульсов, поступающих на управляющий вход синтезатора синхроимпульсов 16 и элементы схем цифровой логики устройства. Синтезатор 16 вырабатывает шесть последовательностей синхроимпульсов единичной амплитуды, в том числе: на выходе 1 (фиг. 4) - частоту тактов 60 с периодом T_т; на выходе 2 - частоту пусковых импульсов 61 с периодом T_с и временным смещением ΔT; на выходах 3, 4, 5 и 6 - частоты модовых циклов синхроимпульсов 62, 63, 64 и 65 соответственно, смещенных во времени относительно друг друга на один такт T_т. За один цикл опроса вырабатывается четыре тактовых синхроимпульса. Функциональная схема синтезатора выполнена на общеизвестных элементах и схемах цифровой логики. С выхода 1 синтезатора 16 синхроимпульсы 60 (фиг.4) подаются на первые управляющие входы второго формирователя позиционного кода 17 (фиг. 1) и первой ключевой схемы 19, а с выхода 2 - на второй управляющий вход формирователя 17 и первый управляющий вход ключевой схемы 18. Синхроимпульсы с 3-го, 4-го, 5-го и 6-го выходов синтезатора 16 подаются на 3-й, 4-й, 5-й и 6-й управляющие входы функционального усилителя-детектора 22. Первый вход схемы 18 подключен к первому выходу первого преобразователя напряжения питания 28. Выход схемы 28 подключен к клемме "b" шины 2. Второй выход преобразователя 28 через корпус приемника и индуктивный дроссель L13 подключен к клемме "d" шины 3. Таким образом, на клеммы "b" и "d" линии с выхода схемы 18 и через корпус приемника подается пульсирующее напряжение 66 (фиг.4), содержащее постоянную составляющую напряжения питания "U_п", пусковые синхроимпульсы 61 и синхроимпульсы тактов 62. Формирователь позиционного кода 17 после каждого пускового импульса 61 вырабатывает на первом и втором выходах одновременно синхроимпульсы бинарного кода формы 69 и 70 (фиг.4), причем на каждом 1, 2, 3 и 4-м тактах соответственно: "0,0"; "0,1"; "1,0" и "1,1". Функциональная схема формирователя 17 выполнена на общеизвестных элементах цифровой логики. Напряжение 66 через клеммы "c" и "d" шин 2 и 3 и индуктивный дроссель L11 подается на корпусную шину передатчика 1 и входы формирователя синхроимпульсов 8 и второго преобразователя напряжения питания 10. Формирователь синхроимпульсов 8 вырабатывает последовательность тактовых импульсов формы 60, подаваемых через первый выход на первые входы формирователя радиоимпульсов 6 и первого формирователя позиционного кода 9. На первом и втором выходах формирователя 9, подключенных к первому и второму входам блока 7, одновременно вырабатываются синхроимпульсы бинарного кода формы 67 и 68, на каждом 1, 2, 3 и 4-м тактах соответственно, "1,1", "0,1", "1,0" и "0,0". Второй преобразователь питающего напряжения 10 преобразует пульсирующее напряжение формы 66 в постоянное напряжение "U_п" для энергопитания передатчика 1. Приемо-передающий тракт устройства работает следующим образом. Кварцевый ВЧ генератор 5 вырабатывает высокостабилизированное по частоте и амплитуде напряжение, подаваемое на вход формирователя 6. Формирователь 6 выполнен на ключевой схеме с использованием ВЧ переключающих pin-диодов. С выхода формирователя 6 радиоимпульсы с тактовой частотой 60 поступают на вход первого блока фазовой задержки 7, к первому ВЧ выходу которого подключена клемма "c" шины 3. Дроссель L11 служит изолятором по ВЧ сигналу между клеммой "c" и корпусом передатчика "1". Второй ВЧ выход блока 7 через корпус передатчика 1 и ВЧ конденсатор связи C12 подключен к клемме "a" шины 2. Через клеммы "a" и "c" ВЧ радиоимпульсы поступают в линию. На стороне приемника 2 ВЧ напряжение через клемму "d" поступает на первый ВЧ вход второго блока 20 и через клемму "b", конденсатор ВЧ связи C14 и корпус приемника - на второй ВЧ вход блока 20. Дроссель L13 служит изолятором по ВЧ напряжению между первым и вторым ВЧ входами блока 20. Синхронная работа блоков 7 и 20 поясняется принципиальной и эквивалентной схемами фиг.5а и фиг. 5б. Управляющие импульсы тока (фиг.5а) с выходов первого и второго формирователей позиционного кода 9 и 20 проходят через ВЧ pin-диоды D50, D51, D54 и D55, изолирующие дроссели L45 и L52, открывая диоды для прохождения ВЧ сигнала. В отсутствии управляющих импульсов диоды заперты. В момент прохождения импульсов тока соответствующие диоды полностью открыты. Последовательные цепи C46, D50; C47, D51; C52, D54 и C53, D55 шунтируют по ВЧ сигналам индуктивные дроссели фазовой задержки L43, L44, L56, L57. Конденсаторы связи C48 и C51 замыкают ВЧ цепи по переменной составляющей. Резисторы R49 и R59 соответственно, являются нагрузочными сопротивлениями линии. Переключающие pin-диоды на эквивалентной схеме (фиг.5б) заменены контактами переключателей, при этом элементы ВЧ изоляции и НЧ связи удалены. На каждом такте цикла суммарная величина фазовой задержки (L43+L44) в линии остается неизменной, а фазовая задержка поверхностной волны на участке R изменяется согласно 1, 2, 3 и 4-му тактам эквивалентной схемы фиг.3. На выходе второго блока фазовой задержки формируется четыре последовательности радиоимпульсов с циклами повторения 62, 63, 64 и 65 (фиг.4), смещенные между собой на один период тактовой частоты T_т. Огибающая амплитуд каждой последовательности соответствует формам модуляции полезного сигнала 39, 40, 41 и 42 (фиг.3) соответственно. В устройстве выбраны параметры: несущая ВЧ частота - 40, 68 МГц; длительность тактового импульса - 200 мкс; длительность такта T_т - 12 мс; длительность цикла T_с - 50 мс; ΔT - 100 мкс. Величина фазовой задержки поверхностной волны не менее 90 град с шагом изменения на каждом такте не менее 22,5 град. Выделение модуляционного сигнала в виде

при

и U_оп=const (нормирующий множитель по напряжению) осуществляет функциональный усилитель - детектор 22 с автоматической инерционной регулировкой усиления (АРУ) и задержкой регулировки по напряжению, равной величине U_оп=const. Цепь АРУ компенсирует медленные изменения U_но в диапазоне до 40 дБ. Последовательность радиоимпульсов с выхода блока 20 через ВЧ узкополосный фильтр 21 подается на вход усилителя-детектора 22. Пример функциональной схемы многоканального функционального усилителя-детектора с инерционной АРУ представлен на фиг.6. Радиоимпульсы с выхода блока 20 поступают на сигнальный вход ВЧ аттенюатора 71, выполненного на ВЧ pin-диодах. С выхода аттенюатора радиоимпульсы проходят через ВЧ детектор 72, выполненный на диоде Шотки, детектируются по амплитуде и преобразуются в видеоимпульсы, огибающая которых повторяет форму НЧ модуляции. Эти видеоимпульсы усиливаются НЧ усилителем 73, поступают на разностную схему регулирования задержки АРУ по минимуму напряжения 74 и на выход детектора-усилителя. На второй вход схемы 74 подается нормирующее опорное напряжение задержки U_оп= const. Разностные импульсы с выхода 74 поступают на четыре входа схем автоматической регулировки усиления 75, 76, 77 и 78, каждая из которых управляется частотами циклов 62, 63, 64 и 65 (фиг.3) соответственно. Через сумматор 79 на управляющий вход ВЧ аттенюатора 71 поступает соответствующий управляющий импульс тока, амплитуда которого определяет коэффициент ослабления аттенюатора. Таким образом, для каждой из четырех последовательностей ВЧ радиоимпульсов в детекторе-усилителе 22 устанавливается собственный коэффициент усиления в зависимости от величины U_но каждой моды, а на выходе усилителя в отсутствие цели 34 будет выделена последовательность видеоимпульсов с постоянной составляющей амплитуды, равной U_оп. Схемы инерционной АРУ 75, 76, 77, 78 аналогичны по устройству и могут быть выполнены в аналоговом или цифровом вариантах на общеизвестных принципах. Время инерционной постоянной АРУ выбирается много больше времени движения нарушителя через зону чувствительности. С выхода усилителя-детектора 22 последовательность видеоимпульсов поступает на дискретно-аналоговую разностную схему 23, где сравнивается по амплитуде с напряжением U_оп= const. При равенстве напряжений в отсутствие цели 34 на выходе схемы 23 видеоимпульсы разности напряжений отсутствуют. При движении цели 34 через зону обнаружения на выходе схемы 23 выделяются разнополярные видеоимпульсы с амплитудами напряжений, повторяющих огибающие модуляционных сигналов 39, 40, 41, 42 (фиг.3) в форме решетчатых функций. В интервале каждого цикла T_с на выходе схемы 23 выделяется четыре разностных видеоимпульса, по порядку номеров соответствующих глубине модуляции ВЧ амплитуды каждой из четырех мод пространственной волны. Эти импульсы поступают на вход инверсной амплитудно- пороговой схемы 24 и сравниваются с постоянными пороговыми уровнями напряжения "+U_пор" и "-U_пор", каждый из которых пропорционален заданным ВЧ пороговым уровням "+U_пор" и "-U_пор" (фиг.3). При превышении и принижении амплитудами видеоимпульса любого из пороговых уровней, на выходе схемы 24 вырабатывается единичный видеоимпульс постоянной амплитуды. Первый единичный сигнальный импульс с выхода схемы 23 запускает цифровой счетчик 25 с заданной постоянной времени накопления (счета) единичных импульсов T_пор. При полном заполнении счетчика, например при поступлении 64-х единичных импульсов за время не более T_пор, счетчик 25 вырабатывает единичный импульс, включающий схему управления исполнительного реле 26. Схема 26 управляет переключением исполнительных сигнальных цепей охраны, например исполнительных контактов реле 27, включенных во внешние сигнальные линии станционных пультов охраны.

Способ обнаружения направления движения нарушителя поясняется чертежом фиг. 7. Пусть цель движется в поперечном направлении через два открытых волновода с перекрывающимися по пространству сечениями 80 и 81 (заштриховано), образованных шинами линии a1b1 и c1d1 и шинами линии a2b1 и c2b2. При движении цели сначала через волновод 80 на выходе устройства формируется сигнал единичной амплитуды с длительностью T1 и затем через волновод 81 - сигнал длительностью T2. Приоритет времени появления сигналов позволяет принять решение о том, что направление движения нарушителя - "к нам", если сначала появляется сигнал T1, затем сигнал T2 и существует некоторый интервал времени ΔT, в течение которого оба сигнала T1 и T2 перекрываются во времени. Если сначала появляется сигнал T2, затем сигнал T1 и существует некоторый интервал времени ΔT , в течение которого оба сигнала перекрываются во времени, то эта последовательность событий позволяет принять решение о том, что направление движения нарушителя - "от нас". Данный алгоритм существенно увеличивает помехоустойчивость способа обнаружения.

Пример устройства, реализующего предлагаемый способ определения направления движения нарушителя, представлен функциональной схемой на фиг.8.

Передатчики 82 и 84 установлены на передающем конце линии, приемники 83 и 85 - на приемном конце линии. Проводные шины линии a1b1 и c1d1 образуют первый волноводный канал, а шины линии a2b2 и c2d2 - второй волноводный канал. Сечения каналов перекрываются в пространстве, как показано на фиг.7. К выходам схем 24 (фиг. 1) приемников 83 и 85 подключена решающая схема 94, содержащая два формирователя единичного сигнала - 86 и 87, первую схему "И" - 88, две схемы "запрета" - 89 и 90, схему временной задержки - 91, вторую и третью схемы "И" - 92 и 93 соответственно. Последовательности видеоимпульсов с выхода схем приемников 83 и 85 с помощью формирователей 86 и 87 преобразуются в единичные сигналы T1 и T2 (фиг.7). Выход формирователя 86 подключен к первому входу первой схемы "запрета" 89, второму управляющему входу второй схемы "запрета" 90, к первому входу схемы "И" 88. Выход формирователя 87 подключен ко второму управляющему входу схемы "запрета" 89, к первому входу схемы "запрета" 90 и второму входу схемы "И" 88. Выход схемы "И" 88 подключен к входу схемы первый временной задержки 91. Выходы схем 89 и 90 подключены к первым входам второй и третьей схем "И" 92 и 93 соответственно. Выход схемы 91 подключен к вторым входам схем 92 и 93 соответственно. Пусть пришедший первым сигнал T1 поступает на схему "И" 88 и "запрещает" прохождение сигнала T2 через схему 90. Пришедший позже сигнал T2 через схему "И" 88 запускает схему временной задержки 91 и "запрещает" прохождение сигнала T1 через схему 89. После окончания сигнала T1 сигнал T2 и единичный сигнал от схемы 91 проходят через схему "И" 93 и поступают на выход устройства "движение от нас". И, наоборот, пришедший первым сигнал T2 поступает на схему "И" 88 и "запрещает" прохождение сигнала T1 через схему 89. Пришедший позже сигнал T1 через схему "И" 88 запускает схему 91 и "запрещает" прохождение сигнала T2 через схему "запрета" 90. После окончания сигнала T2 сигнал T1 и единичный сигнал от схемы 91 проходит через схему "И" 92, поступает на выход устройства "движение к нам". Схемы 86, 87 и 91 представлены ждущими мультивибраторами. Разделение ВЧ сигналов во времени достигается тем, что в одном из приемников, например 83, генератор опорной частоты 15 (фиг. 1) заменяется инвертором, на вход которого через цепь синхронизации (фиг. 8) подается опорная частота от генератора 15 приемника 85, поэтому опорная частота в приемнике 83 на выходе инвертора вырабатывается в противофазе с опорной частотой в приемнике 85 и ВЧ радиоимпульсы в радиоканалах смещены во времени на половину периода опорной частоты.

Введенные нами в известный способ дополнительные признаки и функциональные связи, в общем, известны, однако в предложенном способе и устройстве позволяют придать устройству новые существенные и полезные в охране периметров объектов свойства, в том числе:
- возможность технической реализации устройства с разнесенными в пространстве передатчиком и приемником, в котором линия поверхностной волны выполняет несколько функций: чувствительного ВЧ элемента, линии НЧ синхронизации и линии энергопитания передатчика.

Claims (4)

1. Способ радиоволнового обнаружения нарушителя, заключающийся в том, что проводную линию электросвязи в режиме открытого волновода поверхностных радиоволн с передатчиком и приемником ВЧ колебаний электромагнитного поля используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень амплитуды ВЧ колебаний электромагнитного поля в точке приема с опорным уровнем и формируют сигнал тревоги при заданном отклонении указанной амплитуды от опорного уровня, отличающийся тем, что элементы конструкции металлопроволочного заграждения охраны размещают в существенном для распространения указанных радиоволн пространстве в качестве дополнительной волноводоформирующей чувствительной к механическим деформациям проводной шины.

2. Способ радиоволнового обнаружения нарушителя, заключающийся в том, что проводную линию электросвязи в режиме открытого волновода поверхностных радиоволн с передатчиком и приемником ВЧ колебаний электромагнитного поля используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень амплитуды ВЧ колебаний электромагнитного поля в точке приема с опорным уровнем, формируют сигнал тревоги при заданном отклонении указанной амплитуды от опорного уровня, при этом изменяют фазу указанной поверхностной радиоволны, отличающийся тем, что фазу поверхностной радиоволны изменяют циклически с величиной девиации не менее 90^o, не менее 22,5^o на каждом такте цикла дискретного переключения при изменении фазы и периодом повторения цикла, не менее чем в три - пять раз меньшим минимального времени нахождения тела нарушителя в пространстве указанного волновода.

3. Способ радиоволнового обнаружения нарушителя, заключающийся в том, что проводную линию электросвязи в режиме открытого волновода поверхностных радиоволн с передатчиком и приемником ВЧ колебаний электромагнитного поля используют в качестве чувствительного элемента извещателя охраны, сравнивают уровень амплитуды ВЧ колебаний электромагнитного поля в точке приема с опорным уровнем и формируют сигнал тревоги при заданном отклонении указанной амплитуды от опорного уровня, отличающийся тем, что указанную линию выполняют из нескольких волноводоформирующих шин, с помощью которых формируют не менее двух частично перекрывающихся в пространстве по поперечному сечению волноводов, разделяют ВЧ колебания электромагнитного поля в каждой волноводоформирующей шине по времени и формируют сигнал тревоги с указанием направления движения нарушителя через рубеж охраны, принимая решения по порядку чередования и временной разнице появления полезных сигналов модуляции в каждой волноводоформирующей шине по мере последовательного перемещения тела нарушителя через пространство указанных волноводов.

4. Устройство радиоволнового обнаружения, содержащее передатчик и приемник ВЧ колебаний электромагнитного поля, чувствительный элемент в виде проводной линии поверхностных радиоволн, состоящей из двух направляющих радиоволн шин, подключенных к передатчику и приемнику соответственно, в указанном передатчике размещены генератор непрерывных ВЧ колебаний и первый блок фазовой задержки поверхностной волны, в указанном приемнике размещены второй блок фазовой задержки поверхностной волны, первый преобразователь напряжения питания, генератор опорных НЧ импульсов, к выходу второго блока фазовой задержки поверхностной волны последовательно подключены полосовой ВЧ фильтр, функциональный усилитель-детектор, дискретно-аналоговая разностная схема, инверсная амплитудно-пороговая схема, пороговый счетчик-интегратор, отличающееся тем, что в указанный передатчик дополнительно введены формирователь синхроимпульсов, формирователь радиоимпульсов, первый формирователь позиционного кода и второй преобразователь питающего напряжения, разделительный конденсатор и индуктивный дроссель, в указанный приемник дополнительно введены синтезатор синхроимпульсов, второй формирователь позиционного кода, первая и вторая ключевые схемы, разделительный конденсатор и индуктивный дроссель, схема управления исполнительным реле, контакты реле являются сигнальным выходом приемника и устройства в целом, причем в передатчике выход генератора непрерывных ВЧ колебаний через формирователь радиоимпульсов подключен к входу первого блока фазовой задержки поверхностной волны, выход которого подключен к первой шине указанной линии и через индуктивный дроссель - к корпусу указанного передатчика, входы второго преобразователя напряжения и формирователя синхроимпульсов подключены к второй шине указанной линии и через первый разделительный конденсатор - к корпусу указанного передатчика, первый выход формирователя синхроимпульсов подключен к второму управляющему входу формирователя радиоимпульсов и первому входу первого формирователя позиционного кода, второй выход формирователя синхроимпульсов подключен к второму входу первого формирователя позиционного кода, первый и второй выходы первого формирователя позиционного кода подключены к второму и третьему управляющим входам первого блока фазовой задержки поверхностной волны соответственно, в указанном приемнике первая шина подключена к входу второго блока фазовой задержки поверхностной волны и через второй индуктивный дроссель - к корпусу указанного приемника, вторая шина подключена к выходу первой ключевой схемы и через второй разделительный конденсатор - к корпусу приемника, выход генератора опорных НЧ импульсов подключен к входу синтезатора синхроимпульсов, первый выход указанного синтезатора подключен к первым управляющим входам второй ключевой схемы и второго формирователя позиционного кода, второй выход указанного синтезатора подключен к первому управляющему входу первой ключевой схемы и второму входу второго формирователя позиционного кода, третий, четвертый, пятый и шестой выходы указанного синтезатора выполнены с возможностью подачи на входы функционального усилителя-детектора синхроимпульсов, первый и второй выходы второго формирователя позиционного кода подключены к второму и третьему входам второго блока фазовой задержки поверхностной волны соответственно, выход первого преобразователя напряжения питания подключен к второму входу второй ключевой схемы, выход которой подключен к второму входу первой ключевой схемы, схема управления исполнительным реле связана с пороговым счетчиком-интегратором.

Images