RU221646U1 - Радиолучевой датчик охранной сигнализации - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области обнаружения движущихся объектов в контролируемой зоне, в частности - к датчикам охранной сигнализации. Технический результат заключается в повышении точности измерения скорости движущихся объектов в охраняемой зоне. Радиолучевой датчик охранной сигнализации содержит генератор качающейся частоты, соединенный с антенным блоком и через смеситель с блоком обработки сигналов, соединяющийся с блоком вычислений, устройством записи и хранения данных и формирователем выходного сигнала, при этом блок обработки сигналов и блок вычислений выполнен с возможностью фактического определения скорости в численном выражении каждого объекта движения в охраняемой зоне и дальности до него, с возможностью изменения длины охраняемых зон на участки длиной от 0,5 до 5 метров каждый, с возможностью расчетов плавающего спектра принимаемых сигналов и формирования откликов для распознавания габаритов цели. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области обнаружения движущихся объектов в контролируемой зоне, в частности - к датчикам охранной сигнализации [G08В 13/00].

Из уровня техники известен РАДИОЛУЧЕВОЙ ДАТЧИК ОХРАНЫ [RU 2079889 С1, опубл.: 20.05.1997 г.], содержащий генератор опорной частоты, блок контроля, синтезатор синхрочастот, блок контроля, блок анализа частот, компаратор амплитудного приоритета и исполнительные блоки.

Недостатком указанного технического решения является то, что оно относится к радиолокационным извещателям периметровой охраны, предназначенного для регистрации фактов вторжения без возможности идентификации объекта движения.

Из уровня техники известен, принятый в качестве прототипа, РАДИОЛУЧЕВОЙ ДАТЧИК ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ [RU 2554526 С1, опубл.: 27.06.2015 г.], содержащий генератор опорной частоты, формирователь линейно изменяющегося напряжения, управляемый генератор СВЧ-сигнала с приемопередающей антенной, смеситель сигналов, последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, блок анализа частот, блок обработки сигналов гармоник спектра частот, связанных с расстоянием от точки излучения до цели (гармоник дальности), выключатели участков зоны обнаружения, формирователь выходного сигнала датчика охраны, устройство записи и хранения данных, задающее режимы блока обработки сигналов гармоник дальности отдельно для каждой гармоники дальности, блок корреляционного анализа и обработки сигналов гармоник дальности, совместно обрабатывающий сигналы блока анализа частот, анализирующий их корреляционные параметры и вырабатывающий сигнал на второй вход формирователя выходного сигнала датчика охраны.

Основной технической проблемой прототипа являются:

его низкая помехозащищенность, связанная с непереносимостью вибраций, воздействующих на датчик, как возникающих при неустойчивой опоре, так и от внешних объектов, что влечет за собой отсутствие возможности его крепления на легкий забор или тонкую штангу; со сложной отстройкой в ближней зоне или в случае одиноко стоящих помех - деревьев или кустов, колышущихся на ветру, а также в случаях использования нескольких датчиков - с необходимостью разносить датчики по несущей частоте на две ширины спектра, для создания литерности;

отсутствие возможности распознавания в охраняемой зоне крупных объектов, движущихся с любой скоростью, в том числе и со скоростью человека, необходимость в которой возникает, например, при применении его для охраны периметров, прилегающих к проезжей части или железнодорожному полотну, а также отсутствие возможности контроля движения объектов в охраняемой зоне с заданными скоростями, игнорируя при этом движения, не входящие по скорости в заданные пороги;

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности создания радиолучевого датчика охранной сигнализации, повышающего его помехозащищённость путем точного определения скорости движущихся объектов в охраняемой зоне, а также повышающего универсальность его использования.

Указанный технический результат достигается за счет того, что радиолучевой датчик охранной сигнализации содержит генератор качающейся частоты, соединенный с антенным блоком и через смеситель с блоком обработки сигналов, соединяющийся с блоком вычислений, устройством записи и хранения данных и формирователем выходного сигнала, при этом блок обработки сигналов и блок вычислений выполнен с возможностью фактического определения скорости в численном выражении каждого объекта движения в охраняемой зоне и дальности до него с последующей записью параметров в устройстве записи и хранения данных.

В частном случае, блок обработки сигналов и блок вычислений выполнены с возможностью определения скорости каждого движущегося элемента в объекте движения и дальности до него.

В частном случае, блок обработки сигналов выполнен с возможностью изменения длины охраняемых зон на участки длиной от 0,5 до 5 метров каждый.

В частном случае, блок обработки сигналов и блок вычислений выполнены с возможностью расчетов плавающего спектра принимаемых сигналов и формирования сложных откликов для распознавания габаритов цели.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1. представлена структурная схема радиолучевого датчика охранной сигнализации.

На фиг. 2 представлена фотография опытного образца радиолучевого датчика охранной сигнализации.

На фиг. 3 представлена фотография низкочастотной платы опытного образца радиолучевого датчика охранной сигнализации.

На фиг. 4 представлена фотография СВЧ платы опытного образца радиолучевого датчика охранной сигнализации.

На фигурах обозначено:

1 - генератор качающейся частоты; 2 - формирователь линейно изменяющегося напряжения; 3 - блок контроля; 4 - генератор СВЧ-сигнала; 5 - ответвитель сигналов; 6 - антенный блок; 7 - смеситель сигналов; 8 - усилитель; 9 - полосовой фильтр; 10 - блок анализа частот и вычисления скоростей; 11 - блок обработки сигналов; 12 - блок вычислений; 13 - формирователь выходного сигнала; 14 - устройство записи и хранения данных; 15 - персональный компьютер; 16 - устройство связи; 17 - объект движения.

Осуществление полезной модели.

Радиолучевой датчик охранной сигнализации (см. фиг. 1) содержит генератор качающейся частоты 1 соединенный с формирователем линейно изменяющегося напряжения 2 и блоком контроля 3, при этом формирователь линейно изменяющегося напряжения 2 соединен с генератором СВЧ-сигнала 4, который имеет сообщение через ответвитель сигналов 5 с антенным блоком 6 и со смесителем сигналов 7, а блок контроля 3 - с генератором СВЧ-сигнала 4. Смеситель сигналов 7 сообщается через соединенные последовательно усилитель 8 и полосовой фильтр 9 с блоком анализа частот и вычисления скоростей 10, с которым соединен блок контроля 3. Блок анализа частот и вычисления скоростей 10 подключен к блоку обработки сигналов 11, который с одной стороны сообщается с блоком вычислений 12, а с другой - с формирователем выходного сигнала 13, с устройством записи и хранения данных 14, а также с персональным компьютером 15 через устройство связи 16, при этом блок обработки сигналов 11 и блок вычислений 12 выполнены с возможностью фактического определения скорости в численном выражении каждого объекта движения 17 в охраняемой зоне и дальности до него, распознавания характеристик объектов движения 17 в соответствии с установленными параметрами в устройстве записи и хранения данных 14, причем фактическое определение скорости в численном выражении и дальности реализовано не только для самого объекта движения 17, но и отдельных движущихся элементов на нем, например, если рассматривать в качестве объекта движения 17 человека - то определяется не только скорость человека и дальность до него, но также и скорость движения рук и ног и дальность до них. К тому же блок обработки сигналов 11 и блок вычислений 12 выполнены с возможностью расчетов плавающего спектра принимаемых сигналов и формирования сложных откликов для распознавания габаритов цели, а блок обработки сигналов 11 дополнительно выполнен с возможностью изменения длины охраняемых зон на участки длиной от 0,5 до 5 метров каждый.

Радиолучевой датчик охранной сигнализации используют следующим образом.

Конструкцию заявленной полезной модели устанавливают в местах охраняемой зоны таким образом, чтобы весь участок местности охраняемой зоны попадал в зону действия радиолучевого датчика, при необходимости - количество датчиков увеличивают. После чего на радиолучевые датчики охранной сигнализации подают питание и используют их по предназначению. При этом генератор качающейся частоты 1 вырабатывает высокостабильные колебания, которые управляют формирователем линейно изменяющегося напряжения 2 и синхронизируют работу блока контроля 3, а формирователь линейно изменяющегося напряжения 2 вырабатывает колебания пилообразной формы и управляет частотой генератора СВЧ-сигнала 4, которая меняется пропорционально входному напряжению, вырабатывая тем самым линейно-частотно-модулированное (ЛЧМ) колебание. Причем через направленный ответвитель сигналов 5 СВЧ-колебания поступают в антенный блок 6 и излучаются в пространство охраняемой зоны.

При попадании в охраняемую зону объекта движения 17 отраженный от него сигнал принимается антенным блоком 6 и через направленный ответвитель сигналов 5 поступает на первый вход балансного смесителя сигналов 7. Смеситель сигналов 7 формирует суммарно-разностные сигналы, которые через усилитель 8 поступают на полосовой фильтр 9.

Полосовой фильтр 9 выделяет полосу разностных частот, соответствующую максимальным размерам зоны обнаружения радиолучевого датчика, вытянутой вдоль направления излучения. В результате этого на блок анализа частот и вычисления скоростей 10 поступает набор (спектр) частот, имеющий линейчатую структуру, из которых им выбирается N полос частот с центральными гармониками, каждая из которых точно соответствует середине определенного участка (из N-участков) зоны обнаружения, последовательно располагаемых (от 1 до N) от антенного блока 6 вдоль зоны обнаружения, ограниченной диаграммой направленности антенны. Движущиеся объекты в зоне обнаружения вызывают появление доплеровского сдвига частот отраженных сигналов относительно излучаемых, что обуславливает появление боковых спектральных составляющих в районе центральной частоты гармоники. Блок анализа частот и вычисления скоростей 10 выделяет доплеровские сигналы в N гармониках, выполняя синхронное детектирование сигнала под управлением генератора качающейся частоты 1, фильтрацию и пересчет разностной частоты в скорость соответствующего скорости объекта движения 17. При этом блок анализа частот и вычисления скоростей 10 выполнен на основе цифрового сигнального процессора (быстродействующего микропроцессорного устройства с аналогово-цифровыми и цифроаналоговыми входами/выходами) и под управлением соответствующего программного обеспечения осуществляет вышеуказанные преобразования и вычисления, в том числе процесс цифровой фильтрации сигналов и формирование аналоговых сигналов на выходах, соответствующих вычисленным скоростям и дальностям вероятных целей.

С выхода блока анализа частот и вычисления скоростей 10 параметры дальности и скорости поступают на блок обработки сигналов 11 и параллельно через устройство связи 16 с персональным компьютером 15 для прямой обработки сигналов в этом устройстве, например, для определения вероятного места вторжения и идентификации объекта движения 17.

На блок вычислений 12 с персонального компьютера 15 через устройство связи 16 задаются параметры вычисляемых сигналов (дальность, скорость), которые дают микропроцессору информацию о включении или выключении из процесса обработки и вычислений необходимые параметры дальности и скорости, позволяя изменить зону обнаружения, выключить из обработки не соответствующие нарушителю скорости, в соответствии с заранее заложенными параметрами в устройстве записи и хранения данных 14, а так же обеспечить разрешенные дальности - санкционированные проходы в зоне обнаружения, разрешенные скорости - санкционированные объекты движения. Устройство записи и хранения 14 на длительное время сохраняет значения параметров и передает их в блок обработки сигналов 11.

Учитывая это, в случае попадании в зону обнаружения движущихся объектов 17 с заданными параметрами скорости, заранее установленными как санкционированные, например, летающие насекомые или движущийся поезд, или сигналы с заданными параметрами дальности как разрешенные, данные движения будут исключены из процесса обработки.

Таким образом, технический результат полезной модели, заключающийся в обеспечении возможности создания радиолучевого датчика охранной сигнализации, повышающего его помехозащищённость путем точного определения скорости движущихся объектов в охраняемой зоне, а также повышающего универсальность его использования достигается за счет того, что благодаря использованию заявленной конструкции полезной модели повышена его помехозащищенность и универсальность его использования путем точного вычисления параметров принятого сигнала, его скорости и дальности, а также исключения реакции на мелкие вибраций как самого датчика, возникающих при креплении его на неустойчивой опоре, так и мелкие возмущения от внешних объектов, благодаря чему имеется возможность крепления датчика на легкий забор или тонкую штангу, упрощения отстройки в ближней зоне или в случае одиноко стоящих помех - деревьев или кустов, колышущихся на ветру, а в случаях применения нескольких датчиков - в отсутствии необходимости разносить датчики по несущей частоте на две ширины спектра, для создания литерности, а также путем создания возможности распознавания в охраняемой зоне крупных объектов, движущихся с любой скоростью, в том числе и со скоростью человека, необходимость в которой возникает, например, при использовании датчика для охраны периметров, прилегающих к проезжей части или железнодорожному полотну, благодаря чему имеется возможность контроля движения объектов в охраняемой зоне с заданными скоростями и дальностями, игнорируя при этом движения, не входящие по скорости или дальности в заданные пороги.

Примером достижения технического результата является создание автором конструкции опытного образца заявленной полезной модели (см. фиг. 2, 3, 4) с применением которой было обеспечено создание возможности распознавания в охраняемой зоне крупных объектов, движущихся с любой скоростью, контроля движения объектов в охраняемой зоне с заданными скоростями, игнорируя при этом движения, не входящие по скорости в заданные пороги, исключения непереносимости вибраций как от самого датчика, возникающих при неустойчивой опоре, так и от внешних объектов, при этом помехозащищённость разработанного датчика была повышена на 40-50 %.

Claims (2)

1. Радиолучевой датчик охранной сигнализации, содержащий генератор качающейся частоты, соединенный с блоком контроля и формирователем линейно изменяющегося напряжения, соединенным с генератором СВЧ-сигнала, имеющим сообщение через ответвитель сигналов с антенным блоком и со смесителем сигналов, причем блок контроля соединен с генератором СВЧ-сигнала и с блоком анализа частот и вычисления скоростей, смеситель сигналов соединен через соединенные последовательно усилитель и полосовой фильтр с блоком анализа частот и вычисления скоростей, выполненным с возможностью выделения доплеровских сигналов в N гармониках из спектра частот, имеющего линейчатую структуру, с возможностью синхронного детектирования сигнала под управлением генератора качающейся частоты, с возможностью фильтрации и пересчета разностной частоты в скорость соответствующего объекта движения, при этом блок обработки сигналов и блок вычислений выполнены с возможностью фактического определения скорости в численном выражении каждого объекта движения в охраняемой зоне и дальности до него с последующей записью параметров в устройстве записи и хранения данных, а также с возможностью расчетов плавающего спектра принимаемых сигналов и формирования откликов для распознавания габаритов цели и изменения длины охраняемых зон на участки длиной от 0,5 до 5 метров каждый, причем блок вычислений выполнен с возможностью приема с персонального компьютера через устройство связи заданных параметров дальности и скорости, дающих информацию о включении или выключении из процесса обработки и вычислений необходимых параметров дальности и скорости, для обеспечения изменения зоны обнаружения, выключения из обработки не соответствующих нарушителю параметров скоростей в соответствии с заранее заложенными параметрами в устройстве записи и хранения данных.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что блок обработки сигналов и блок вычислений выполнены с возможностью фактического определения скорости в численном выражении каждого элемента в объекте движения в охраняемой зоне и дальности до него.