RU2291493C2

RU2291493C2 - Method and device for detecting and tracing person in guarded zone

Info

Publication number: RU2291493C2
Application number: RU2005104848/09A
Authority: RU
Inventors: нов Борис Михайлович Емель (RU); Борис Михайлович Емельянов; Юрий Фирминович Зыков (RU); Юрий Фирминович Зыков; Дмитрий Дмитриевич Кашуба (RU); Дмитрий Дмитриевич Кашуба; Николай Васильевич Меркачев (RU); Николай Васильевич Меркачев; Сергей Михайлович Прохоров (RU); Сергей Михайлович Прохоров; Владимир Иванович Скрипак (RU); Владимир Иванович Скрипак
Original assignee: Борис Михайлович Емельянов; Юрий Фирминович Зыков; Дмитрий Дмитриевич Кашуба; Николай Васильевич Меркачев; Сергей Михайлович Прохоров; Владимир Иванович Скрипак
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2007-01-10
Also published as: RU2005104848A

Abstract

FIELD: guarding engineering.

SUBSTANCE: device comprises receiving member and equipment of observation station. The receiving system comprises modules made of geophones arranged over the boundary and inside the zone to be guarded in groups of three or more geophones, and unit of preamplifiers. The input of each preamplifier is connected with one or several geophones. The equipment of the observation station has unit of band-pass amplifiers connected with the unit of preamplifiers, arrangement for digital processing of signals, and power source.

EFFECT: enhanced reliability.

11 cl, 22 dwg

Description

Изобретение относится к охранной технике и может использоваться при создании средств скрытного наблюдения за движением людей на границах и в пределах охраняемых территорий.The invention relates to security equipment and can be used to create means of covert surveillance of the movement of people at the borders and within protected areas.

Известны электромагнитные и сейсмические средства скрытного обнаружения проникновения движущихся объектов на охраняемую территорию. Большинство из них способны зафиксировать только факт пересечения контура зоны охраны движущимся объектом без определения точного места и направления движения цели. Кроме того, из-за низкой помехозащищенности использование данных средств для охраны промышленных и других объектов, которые создают высокий уровень помех, ограниченно.Known electromagnetic and seismic means of secretive detection of the penetration of moving objects into a protected area. Most of them are able to record only the fact of crossing the contour of the security zone by a moving object without determining the exact location and direction of movement of the target. In addition, due to the low noise immunity, the use of these means for the protection of industrial and other objects that create a high level of interference is limited.

Известны несколько типов иностранных и отечественных сейсмических средств охраны рубежного типа.Several types of foreign and domestic seismic guards of the boundary type are known.

К ним относятся:These include:

«Система охраны периметров и классификации вторжения» ПСАЙКОН (PSICON - Perimeter Security and Intrusion Classification - см. рекламный лист фирмы Geoquip Ltd, опубликованный в декабре 1999 г. http://mail garnet ru/ (~geoquip)."Perimeter security and intrusion classification system" PSICON (PSICON - Perimeter Security and Intrusion Classification - see the advertising sheet of Geoquip Ltd, published in December 1999, http: // mail garnet ru / (~ geoquip).

«Сейсмическое средство обнаружения Годограф-СМ-С-1» (Статья, опубликованная в журнале «Современные технологии безопасности» №1, 2003 г.), разработчики ФГУП НИКИ РЭТ.“Hodograph-SM-S-1 Seismic Detection Tool” (Article published in the journal “Modern Security Technologies” No. 1, 2003), developers of FSUE NIKI RET.

«Сейсмомагнитометрическое средство обнаружения «Дуплет», разработанное ГУП «Дедал», г.Дубна, Московской обл. а/я 159 (http:/www.dedal.ru).“Duplet” seismic magnetometric detection tool developed by the State Unitary Enterprise “Dedal”, Dubna, Moscow Region PO Box 159 (http: /www.dedal.ru).

Сейсмическая система, защищенная патентом на изобретение Российской Федерации №2209467 от 27 июля 2003 г. с приоритетом с 28 декабря 2000 г. «Устройство и способ обнаружения проникновения человека через контур запрещенной зоны».The seismic system protected by the patent for the invention of the Russian Federation No. 2209467 dated July 27, 2003 with priority since December 28, 2000 "Device and method for detecting human penetration through the forbidden zone circuit."

В системе ПСАЙКОН в приемном устройстве используются геофоны электродинамического типа, которые устанавливаются вдоль рубежа охраны на расстоянии друг от друга 3 м. Радиус чувствительности единичного тракта 1,5 м. Приемная часть состоит из модулей. В одном модуле может содержаться до 64 геофонов, подключенных к модулю анализатора многожильными кабелями с витыми парами. Протяженность охраняемого рубежа одним модулем до 200 м при точности локализации цели не более 50 м. Распознавание цели производится в анализаторе путем сравнения с типовыми «образами», которые формируются в результате «обучения» системы по реальным целям.In the PSAYKON system, the receiver uses electrodynamic type geophones that are installed along the security line at a distance of 3 m from each other. The sensitivity radius of a single path is 1.5 m. The receiving part consists of modules. One module can contain up to 64 geophones connected to the analyzer module with multicore cables with twisted pairs. The length of the guarded line by one module is up to 200 m with a target localization accuracy of not more than 50 m. Target recognition is performed in the analyzer by comparison with typical “images” that are formed as a result of “training” the system for real goals.

В сейсмическом средстве обнаружения Годограф-СМ-С-1 приемная часть «набирается» из отдельных звеньев длиной по 25 м. Каждое звено содержит 4 точечных пьезоэлектрических сейсмических приемника, объединенных в шлейф соединительным кабелем. Одно изделие обеспечивает формирование сигнального рубежа охраны протяженностью до 300 м (двух участков по 150 м) с использованием от 1 до 6 звеньев на каждом из участков. Ширина зоны обнаружения от 6 до 12 м.In the Godograf-SM-S-1 seismic detection device, the receiving part is “recruited” from individual links 25 m long. Each link contains 4 point piezoelectric seismic receivers connected in a loop by a connecting cable. One product provides the formation of a security guard line with a length of up to 300 m (two sections of 150 m) using from 1 to 6 links in each of the sections. The width of the detection zone is from 6 to 12 m.

В сейсмомагнитометрическом средстве «Дуплет» регистрация колебаний земли (грунта) и изменений магнитного поля при перемещении ферромагнитных масс, например оружия, осуществляется с использованием в качестве чувствительного элемента специально разработанного кабеля с двумя экранами.In the Duplet seismic magnetometer, oscillations of the earth (soil) and changes in the magnetic field during the movement of ferromagnetic masses, such as weapons, are recorded using a specially designed cable with two screens as a sensitive element.

Средство из 6-ти чувствительных элементов, 2-х блоков усилителей и одного блока обработки сигналов обеспечивает формирование рубежа охраны протяженностью до 500 м при ширине 3 м.A means of 6 sensitive elements, 2 amplifier blocks and one signal processing unit provides the formation of a security line with a length of up to 500 m with a width of 3 m.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система, защищенная Патентом РФ №22009467 от 27 июля 2003 г. «Устройство и способ обнаружения проникновения человека через контур запрещенной зоны».Closest to the proposed invention is a system protected by RF Patent No. 22009467 dated July 27, 2003. “Device and method for detecting human penetration through the forbidden zone loop”.

Устройство состоит из расположенных по контуру сейсмоприемников с преимущественной чувствительностью к вертикальной составляющей сейсмических колебаний поверхности земли и аппаратуры поста наблюдения, соединенных между собой протяженным многожильным симметричным кабелем. Каждый сейсмоприемник состоит из геофона и предварительного усилителя, размещенных в одном корпусе.The device consists of geophones located along the contour with predominant sensitivity to the vertical component of seismic vibrations of the earth’s surface and observation post equipment, interconnected by an extended multicore symmetric cable. Each geophone consists of a geophone and a pre-amplifier located in one housing.

Устройство системы позволяет формировать рубежи охраны с протяженностью кабельной линии до 10÷15 км, при ширине зоны не менее 15 м и осуществлять дистанционное питание предварительных усилителей каждого канала в отдельности напряжением, не превышающим 15 В при токе потребления не более 1 мА. Рубежи охраны могут формироваться из одиночных сейсмических приемников или групп, состоящих из 2-х или 3-х сейсмоприемников, разнесенных на 8÷10 м.The device of the system allows the formation of security lines with a cable line length of up to 10-15 km, with a zone width of at least 15 m and remote control of the pre-amplifiers of each channel separately with a voltage not exceeding 15 V at a consumption current of not more than 1 mA. Guard lines can be formed from single seismic receivers or groups consisting of 2 or 3 seismic receivers spaced by 8 ÷ 10 m.

При разнесении двух сейсмоприемников по линии, перпендикулярной рубежу, обеспечивается определение направления (стороны) движения цели, а при разнесении 3-х сейсмоприемников по ортогональным направлениям, определение углового положения цели относительно рубежа. Особенностью построения приемной части является вынесение резисторов нагрузки выходного каскада каждого усилителя в аппаратуру поста наблюдения. При этом передача сигналов от усилителя и его дистанционное питание осуществляется по выделенной паре токоведущих жил симметричного низкочастотного кабеля.When two geophones are spaced along a line perpendicular to the boundary, the direction (side) of the target movement is determined, and when three geophones are spaced in orthogonal directions, the angular position of the target relative to the boundary is determined. A feature of constructing the receiving part is the removal of load resistors of the output stage of each amplifier in the equipment of the observation post. In this case, the transmission of signals from the amplifier and its remote power supply is carried out through a dedicated pair of current-carrying conductors of a symmetrical low-frequency cable.

Способ обнаружения проникновения человека через контур запрещенной зоны предусматривает следующую процедуру обработки сейсмических сигналов в каждом приемном канале.The method for detecting human penetration through the band gap provides the following procedure for processing seismic signals in each receiving channel.

Вначале, в аналоговом тракте производят усиление сигнала в полосе частот 5-100 Гц. После преобразования в цифровую форму осуществляют дополнительную фильтрацию, с целью увеличения отношения сигнал/помеха, путем ограничения полосы с учетом результатов калибровки района установки сейсмоприемников. Далее производят выделение максимумов сигналов с периодом колебаний длительностью 1·10^-2÷3·10^-2 с, определенных в результате сравнения сигнала, возникающего в каждые последующие промежутки времени, длительностью 6·10^-2÷7·10^-2 с, со средним значением сигнала, найденным за каждые 5 с с условием, что каждые последующие промежутки усреднения начинают в середине предыдущего. На следующем этапе сравнивают частоту следования обнаруженных импульсов с частотой воздействия на грунт человека при движении со скоростью 60-120 шагов в минуту и при 90% совпадении частот, а также наличии изменения амплитуды от возрастания до убывания при пересечении целью рубежа, принимают решение об обнаружении человека.Initially, in the analog path, the signal is amplified in the frequency band 5-100 Hz. After conversion to digital form, additional filtering is carried out in order to increase the signal-to-noise ratio by limiting the band taking into account the calibration results of the installation area of the geophones. Then, the maximums of the signals with a period of oscillation of 1 · 10 ^-2 ÷ 3 · 10 · ² s, determined as a result of comparing the signal arising at each subsequent time intervals, of 6 · 10 ^-2 ÷ 7 · 10 · ² s, with the average value of the signal found for every 5 s with the condition that every subsequent averaging intervals begin in the middle of the previous one. The next stage compares the repetition rate of the detected pulses with the frequency of exposure to human soil when moving at a speed of 60-120 steps per minute and at 90% coincidence of frequencies, as well as the presence of a change in amplitude from increasing to decreasing when the target crosses the line, make the decision to detect the person .

При использовании групп из двух разнесенных сейсмоприемников, расположенных по линии, перпендикулярной линии наблюдения, регистрируют момент приема ближайшим к движущемуся объекту сейсмическим приемником одной группы, затем следующим по ходу распространения сигнала той же группы и по величине промежутка времени между моментами приема сигнала приемниками одной группы определяют сторону нахождения человека относительно линии наблюдения, а по изменению промежутка времени между моментами приема сигнала определяют факт движения нарушителя.When using groups of two separated seismic receivers located along a line perpendicular to the observation line, the moment of reception of the seismic receiver of one group closest to the moving object is recorded, then the next one along the signal propagation of the same group and the size of the time interval between the moments of signal reception by the receivers of one group is determined the side of the person’s location relative to the observation line, and the fact of movement violation is determined by changing the time interval between the moments of signal reception of Tell.

При использовании групп, каждая из которых включает в себя три установленных в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника приемника сейсмических сигналов, по величине и знаку отношения значения временной задержки между моментами регистрации сигнала приемниками, расположенными по катету, ориентированному вдоль рубежа наблюдения, к значению временной задержки между моментами регистрации сигнала приемниками, расположенными в направлении другого катета, ориентировочно определяют угол между направлением на цель и линией рубежа, который пропорционален

When using groups, each of which includes three seismic signal receivers installed at the vertices of an isosceles right triangle, in magnitude and sign of the ratio of the time delay value between the moments of signal registration by the receivers located along the leg, oriented along the observation line, to the time delay between the moments signal registration by receivers located in the direction of the other leg, tentatively determine the angle between the direction to the target and the line rub Ms, which is proportional to

где Δt₁ и Δt₂ - значения указанных временных задержек, при этом по изменению значений временных задержек определяют факт движения нарушителя.where Δt ₁ and Δt ₂ are the values of the indicated time delays, while the fact of the movement of the intruder is determined by changing the values of the time delays.

При обнаружении цели место ее определяется с точностью до размеров расстояния между одиночными сейсмоприемниками или группами, состоящими из двух или трех разнесенных сейсмоприемников.When a target is detected, its location is determined to within the size of the distance between single geophones or groups consisting of two or three spaced geophones.

Контроль состояния кабелей производят путем измерения падения напряжения на резисторах нагрузки выходного каскада предварительного усилителя с использованием компараторов, которые при появлении неисправности типа короткого замыкания или обрыва токоведущих жил включают генераторы с частотами f₁ и f₂ соответственно. Кабели от сейсмоприемников подсоединяются к кабельной линии муфтами.The condition of the cables is monitored by measuring the voltage drop across the load resistors of the output stage of the preamplifier using comparators, which, when a malfunction occurs such as a short circuit or a break in current-carrying conductors, include generators with frequencies f ₁ and f _2, respectively. Cables from the geophones are connected to the cable line with couplings.

Основным недостатком прототипа является существенное уменьшение размеров зоны действия трактов при установке сейсмоприемников вблизи объектов, создающих высокие уровни сейсмических помех, например, дорог с интенсивным движением транспорта, цехов с мощными электродвигателями и турбинами и т.д. Кроме того, к недостаткам следует отнести снижение отношения сигнал/помеха при приближении цели к сейсмоприемникам, сложность монтажа и ремонта приемной части системы в полевых условиях, ограниченные возможности для создания рубежей охраны сложной конфигурации, недостаточная живучесть соединительных кабелей, отсутствие грозозащиты аппаратуры и сложность схемы контроля исправности приемной части системы.The main disadvantage of the prototype is a significant reduction in the size of the paths when installing geophones near objects that create high levels of seismic interference, for example, roads with heavy traffic, workshops with powerful electric motors and turbines, etc. In addition, the disadvantages include a decrease in the signal-to-noise ratio when the target approaches the geophones, the complexity of mounting and repair of the receiving part of the system in the field, the limited possibilities for creating security lines of complex configuration, the insufficient survivability of connecting cables, the lack of lightning protection equipment and the complexity of the control circuit serviceability of the receiving part of the system.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение помехоустойчивости трактов обнаружения и эффективности распознавания сигналов от человека среди сейсмических сигналов, возбужденных другими источниками, увеличение дальности действия трактов обнаружения и протяженности рубежей охраны, повышение точности определения места, направления движения и углового положения цели относительно рубежа, повышение живучести приемной части устройства и ее удешевление.The problem to which the present invention is directed, is to increase the noise immunity of the detection paths and the recognition efficiency of human signals among seismic signals excited by other sources, increase the range of the detection paths and the length of the security boundaries, improve the accuracy of determining the location, direction of movement and the angular position of the target relative to milestone, increasing the survivability of the receiving part of the device and its cost reduction.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении изобретения, который заключается в изменении величины разнесения геофонов друг от друга, в использовании пространственной обработки сигналов от пар геофонов, применении более эффективных методов фильтрации сейсмических сигналов и процедуры выработки пороговых значений для выделения сигналов в момент нахождения цели в зоне действия тракта, применении схем построения приемной части с использованием элементов защиты кабельных линий связи и входных цепей приемных трактов.The problem is solved by achieving a technical result in the implementation of the invention, which consists in changing the magnitude of the separation of geophones from each other, in the use of spatial processing of signals from pairs of geophones, the use of more effective methods of filtering seismic signals and the procedure for generating threshold values for isolating signals at the time of finding targets in the area of the tract, the use of schemes for constructing the receiving part using the protection elements of cable communication lines and inputs GOVERNMENTAL chains reception paths.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве обнаружения и слежения за перемещением человека в зоне охраны, содержащем приемную часть, состоящую из отдельных модулей, каждый из которых содержит геофоны, регистрирующие вертикальную составляющую колебаний поверхности земли, располагаемые по периметру зоны охраны и внутри зоны охраны группами из двух, трех и более геофонов, блок предварительных усилителей, с которым геофоны соединены однопарными симметричными низкочастотными экранированными кабелями, и аппаратуру поста наблюдения, содержащую блоки полосовых усилителей, соединенных с блоками предварительных усилителей многопарными симметричными низкочастотными экранированными кабелями, аппаратуру цифровой обработки сигналов и источники электропитания аппаратуры, при этом к входу каждого предварительного усилителя подключены один или несколько геофонов параллельно друг к другу с сохранением симметрии линий связи или два геофона в противофазе, геофоны и блоки предварительных усилителей помещены в экраны, которые соединены между собой и контуром заземления аппаратуры поста наблюдения изолированными экранами соединительных и магистральных кабелей, причем экраны контактируют с аппаратурой устройства и землей только через указанный контур заземления, а к дифференциальным входам каждого из полосовых усилителей блока подключен быстродействующий модуль грозозащиты.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for detecting and tracking the movement of a person in the protection zone, comprising a receiving part, consisting of separate modules, each of which contains geophones recording the vertical component of the oscillations of the earth’s surface, located along the perimeter of the protection zone and inside the protection zone groups of two, three or more geophones, a block of preamplifiers with which geophones are connected by single-pair symmetrical low-frequency shielded cables, and equipment an observation wafer containing blocks of strip amplifiers connected to preamplifier blocks with multi-pair symmetrical low-frequency shielded cables, digital signal processing equipment and power sources of the equipment, while one or several geophones are connected to the input of each preamplifier in parallel with each other while maintaining the symmetry of communication lines or two geophones in antiphase, geophones and blocks of preamplifiers are placed in screens that are interconnected with the circuit the grounding rum of the equipment of the observation post with insulated shields of connecting and trunk cables, the screens contacting the equipment of the device and the ground only through the specified ground loop, and a high-speed lightning protection module is connected to the differential inputs of each of the strip amplifiers of the unit.

Компараторы и генераторы частот f₁ и f₂ исключены.Comparators and frequency generators f ₁ and f _{2 are} excluded.

Два геофона в группе, подключенные к входам отдельных предварительных усилителей могут быть установлены на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны сейсмических колебаний, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта обнаружения, при этом геофоны разнесены по направлению, перпендикулярному рубежу охраны.Two geophones in a group connected to the inputs of individual preamplifiers can be installed at a distance from each other equal to a quarter of the seismic wavelength corresponding to the average frequency of the transparency band of the detection path, while the geophones are spaced in a direction perpendicular to the boundary of the guard.

Три геофона в группе, подключенные к входам отдельных предварительных усилителей, могут быть установлены в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника, при ориентации одного из катетов вдоль рубежа охраны при длине катетов, равных четверти длины волны сейсмических колебаний, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта обнаружения.Three geophones in a group, connected to the inputs of individual preamplifiers, can be installed at the vertices of an isosceles right triangle, with the orientation of one of the legs along the guard line with the length of the legs equal to a quarter of the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the detection path.

Группа из двух или более одиночных геофонов может быть подключена к соединительному кабелю и входу предварительного усилителя по схеме параллельного включения с сохранением симметрии кабельной линии связи, что позволит увеличить протяженность рубежа охраны. При этом расстояние между геофонами для создания непрерывной зоны наблюдения должно быть соизмеримо с зоной действия тракта с одиночным геофоном, т.е. зоны действия трактов должны перекрываться.A group of two or more single geophones can be connected to the connecting cable and the input of the pre-amplifier according to the parallel connection scheme while maintaining the symmetry of the cable communication line, which will increase the length of the guard line. In this case, the distance between geophones to create a continuous observation zone should be commensurate with the zone of operation of the path with a single geophone, i.e. path coverage should overlap.

Экраны соединительных кабелей изготовлены в виде оплетки с плотностью не менее 70% из тонких стальных проволок и изолированы внешней оболочкой из полиуретана, пропитанного составом, отпугивающим грызунов.The screens of the connecting cables are made in the form of a braid with a density of at least 70% of thin steel wires and insulated with an outer sheath of polyurethane, impregnated with a compound that repels rodents.

Указанный технический результат достигается также тем, что в способе обнаружения и слежения за перемещением человека в зоне охраны, при котором сейсмические колебания поверхности земли регистрируют геофонами и подают после преобразования в электрический сигнал в аппаратуру поста наблюдения, где производят фильтрацию сигналов, выделяют и распознают импульсные сигналы, возбужденные человеком при движении, и принимают решение об обнаружении цели, при этом временной обработке подвергают результирующие сигналы, которые получают путем непосредственного вычитания на входе предварительного усилителя реализации сигналов от двух геофонов, разнесенных друг от друга на половину длины волны сейсмических колебаний, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта при формировании характеристики направленности в горизонтальной плоскости в виде косинусоиды или путем вычитания реализации сигналов от двух геофонов, разнесенных друг от друга на четверть длины волны сейсмических колебаний, задержанных относительно друг друга на величину, равную

, при формировании характеристик направленности двух трактов в виде кардиоид с максимумами, направленными в противоположные стороны вдоль линии разноса геофонов и с минимумами, прилегающими к срединному перпендикуляру к отрезку, соединяющему геофоны, при этом по результатам калибровки района установки геофонов наряду с оптимизацией полосы частот трактов производят режекцию узкополосных составляющих в спектре помех от мощных источников, а в момент первичного обнаружения цели фиксируют средний уровень сигнала, который используют для выделения и измерения амплитуд импульсных сигналов до момента выхода цели из зоны действия тракта обнаружения.The specified technical result is also achieved by the fact that in the method of detecting and tracking the movement of a person in the protection zone, in which the seismic vibrations of the earth's surface are recorded by geophones and fed, after conversion into an electrical signal, to the monitoring station equipment, where the signals are filtered, pulse signals are extracted and recognized excited by a person during movement, and decide on the detection of the target, while the resulting signals are subjected to temporary processing, which are obtained by not mediocre subtraction at the input of the preliminary amplifier of the implementation of signals from two geophones spaced apart by half the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path when forming the directivity pattern in the horizontal plane in the form of a cosine wave or by subtracting the implementation of signals from two geophones spaced apart from each other by a quarter of the wavelength of seismic oscillations, delayed relative to each other by an amount equal to

, when forming the directivity characteristics of two paths in the form of cardioids with maxima directed in opposite directions along the separation line of geophones and with minima adjacent to the middle perpendicular to the segment connecting the geophones, while according to the calibration results of the geophones installation area, along with the optimization of the frequency band of the paths, rejection of narrow-band components in the spectrum of interference from powerful sources, and at the time of initial detection of the target, the average signal level is used, which is used to Highlighted and measuring the amplitudes of the pulse signals to the exit of the action target path detection zone.

При использовании группы из двух геофонов, подключенных к отдельным предварительным усилителям и разнесенных друг от друга по направлению, перпендикулярному рубежу охраны, на расстояние, равное четверти длины волны сейсмических колебаний, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта, для определения местоположения и направления движения цели формируют два независимых тракта обнаружения с кардиоидными характеристиками направленности, расположенными с противоположных сторон рубежа охраны, при этом местоположение цели относительно рубежа охраны определяют по положению кардиоидной характеристики тракта, обнаружившего цель, а направление движения цели относительно рубежа охраны определяют в момент обнаружения цели вторым трактом после пересечения рубежа охраны.When using a group of two geophones connected to separate preamplifiers and spaced from each other in a direction perpendicular to the guard line, to a distance equal to a quarter of the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path, two are formed to determine the location and direction of movement of the target independent detection paths with cardioid directivity characteristics located on opposite sides of the guard line, with the target location relative to the guard line is determined by the position of the cardioid characteristics of the path that detected the target, and the direction of the target relative to the guard line is determined at the moment the target is detected by the second path after crossing the guard line.

При использовании группы из трех геофонов, подключенных к отдельным трактам усиления и расположенных в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника и катета, ориентированного вдоль рубежа охраны с длинной катета, равной четверти длины волны сейсмических колебаний, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта, формируют четыре тракта с кардиоидными характеристиками направленности, максимумы которых развернуты относительно друг друга на 90°, а зоны действия трактов, расположенных ортогонально в каждом квадранте круговой зоны, попарно пересекаются, при этом текущее угловое положение цели относительно геофона, расположенного в вершине прямоугольного треугольника и катета прямоугольного треугольника, ориентированного вдоль рубежа охраны, определяют через отношение амплитуд импульсов U₁ и U₂, одновременно измеренных на выходе каналов, имеющих одновременный контакт с целью, согласно выражению

When using a group of three geophones connected to separate amplification paths and located at the tops of an isosceles right triangle and leg, oriented along the guard line with a long leg equal to a quarter of the seismic wavelength corresponding to the average frequency of the path transparency band, four paths with cardioid characteristics are formed directivity, the maxima of which are rotated relative to each other by 90 °, and the action areas of paths located orthogonally in each quadrant circular zones intersect in pairs, while the current angular position of the target relative to the geophone located at the top of the right triangle and the side of the right triangle, oriented along the guard line, is determined through the ratio of the amplitudes of the pulses U ₁ and U ₂ simultaneously measured at the output of channels having simultaneous contact with the purpose according to the expression

Контроль предварительного усилителя и кабельной линии связи каждого приемного тракта осуществляют путем сравнения среднего значения сигнала на интервале выборки с пороговыми значениями, установленными для фиксации неисправностей типа обрыв токоведущих жил, их короткое замыкание, замыкание жил на экран кабеля и нарушение сопротивления изоляции токоведущих жил, а также проводят анализ и сравнение спектров сигналов с типовыми и измеренными на выходе соседних исправных трактов.The pre-amplifier and cable communication line of each receiving path is controlled by comparing the average signal value in the sampling interval with the threshold values established for fixing faults such as open-circuit conductors, their short circuit, short circuit to the cable screen and violation of insulation resistance of the current-carrying conductors, as well as analyze and compare the spectra of signals with typical and measured at the output of adjacent healthy paths.

Использование пространственной обработки между парами геофонов позволило сформировать характеристики направленности на входе трактов временной обработки, обеспечивающие в поле изотропных помех увеличение отношения сигнал/помеха в

раз, а подавление сигналов от локальных источников при ориентации на них минимума характеристики направленности, по результатам экспериментов, на 10÷20 дБ. При этом так как в большинстве случаев изменение уровня сигналов с расстоянием происходит пропорционально отношению 1/r, где r - расстояние между геофоном и целью, то размеры зоны действия тракта также возрастут на величину, пропорциональную увеличению отношения сигнал/помеха до

раз.The use of spatial processing between pairs of geophones allowed us to form directivity characteristics at the input of temporary processing paths, which provide an increase in the signal / noise ratio in the field of isotropic noise

times, and suppression of signals from local sources when the minimum directivity characteristics are oriented to them, according to the experimental results, by 10 ÷ 20 dB. Moreover, since in most cases the change in the signal level with distance occurs in proportion to the ratio 1 / r, where r is the distance between the geophone and the target, the dimensions of the path zone will also increase by a value proportional to the increase in the signal / noise ratio to

time.

Использование пространственной обработки также приводит к увеличению точности и надежности определения направления на цель относительно рубежа. При этом увеличение точности определения текущего углового положения цели позволяет разделить одиночные цели от групповых, подвижные цели от неподвижных. Кроме того, так как разнос геофонов друг от друга превышает половину длины волны, приемная часть становится более компактной и может быть проложена вдоль рубежей сложной конфигурации. Например, для f_c=30 Гц и скорости распространения сейсмической волны по поверхности с=120 м/с,

The use of spatial processing also leads to an increase in the accuracy and reliability of determining the direction to the target relative to the boundary. At the same time, increasing the accuracy of determining the current angular position of the target allows you to separate single targets from group targets, moving targets from stationary ones. In addition, since the separation of geophones from each other exceeds half the wavelength, the receiving part becomes more compact and can be laid along the boundaries of a complex configuration. For example, for f _c = 30 Hz and the velocity of the seismic wave over the surface c = 120 m / s,

Увеличение зоны действия трактов не приведет к необходимости существенного увеличения числа геофонов и каналов в приемной части устройства при формировании рубежа охраны требуемой протяженности. Вынесение предварительных усилителей в отдельные блоки позволило упростить монтаж и ремонт приемной части устройства в полевых условиях.The increase in the tract coverage area will not lead to the need for a significant increase in the number of geophones and channels in the receiving part of the device when forming the border of protection of the required length. The removal of the preliminary amplifiers in separate blocks made it possible to simplify the installation and repair of the receiving part of the device in the field.

Протяженность приемной части системы может быть увеличена за счет использования приемных модулей, состоящих из двух или более геофонов, подключенных к соединительному кабелю и предварительному усилителю по схеме параллельного включения. При этом для создания непрерывной зоны наблюдения расстояния между геофонами должны быть меньше, чем диаметр зоны действия тракта с одиночным геофоном, т.е. геофоны должны устанавливаться с перекрытием зон действия.The length of the receiving part of the system can be increased through the use of receiving modules consisting of two or more geophones connected to the connecting cable and pre-amplifier according to the parallel connection scheme. In order to create a continuous observation zone, the distances between the geophones must be less than the diameter of the path zone with a single geophone, i.e. geophones should be installed with overlapping coverage areas.

Основой для применения пространственной обработки послужило экспериментальное подтверждение наличия высокой когерентности сигналов и отсутствие ее в распределенной помехе сейсмического фона. Экспериментально также было показано, что в большинстве районов скорость распространения сейсмической волны зависит от плотности грунта и возрастает от 100 до 120 м/с при ее увеличении. При этом максимум отношения сигнал/помеха, с учетом спектральной плотности сигналов и помех, с увеличением плотности грунта также смещается в более высокочастотную область диапазона от 10 до 120 Гц.The basis for the application of spatial processing was the experimental confirmation of the presence of high signal coherence and its absence in the distributed noise of the seismic background. It was also experimentally shown that in most areas the propagation velocity of a seismic wave depends on the density of the soil and increases from 100 to 120 m / s as it increases. In this case, the maximum signal-to-noise ratio, taking into account the spectral density of signals and interference, also shifts to a higher frequency region of the range from 10 to 120 Hz with increasing soil density.

В предлагаемом изобретении для более эффективного подавления сигналов от мощных локальных источников помех дополнительно к пространственной обработке использован метод режекции узкополосных составляющих спектра этих источников. Кроме того, так как средний уровень сигнала вычисляется для смеси помехи и сигнала то, чтобы исключить влияние увеличения вклада энергии сигнала при приближении цели к геофону на точность измерения амплитуды импульсов, особенно в условиях низкого уровня естественного фона помех, применен метод фиксации среднего значения в момент первичного обнаружения цели, когда вклад сигнала еще чрезвычайно мал, и сохранения его до потери контакта с целью.In the present invention, in order to more effectively suppress signals from high-power local interference sources, in addition to spatial processing, the notch method of narrow-band spectrum components of these sources is used. In addition, since the average signal level is calculated for a mixture of noise and signal, in order to exclude the influence of an increase in the contribution of the signal energy when the target approaches the geophone on the accuracy of measuring the pulse amplitude, especially in conditions of a low level of natural background noise, the method of fixing the average value at time primary detection of the target, when the contribution of the signal is still extremely small, and maintaining it until the contact with the target is lost.

Процедура временной обработки предусматривает вычисление среднего значения сигнала на интервале выборки длительностью порядка 5 секунд, значение которого используется при установлении порога обнаружения импульсных сигналов, возбуждаемых человеком при движении. При отсутствии цели среднее значение сигнала определяется помехой. При наличии целиThe time processing procedure involves calculating the average signal value over a sampling interval of about 5 seconds, the value of which is used to set the detection threshold for pulsed signals excited by a person during movement. If there is no target, the average signal value is determined by interference. If you have a goal

где U_c(t) и U_n(t) реализации сигналов от цели и помехи соответственно. На практике имели место случаи, когда U_n(t)≪U_c(t). Это явление наблюдалось, когда цель приближалась к геофону, в результате чего среднее значение сигнала при низком уровне сейсмических помех определялось сигналом от цели, что приводило к снижению отношения сигнал/помеха, т.к. выделение сигнала от цели происходило относительно среднего значения этого же сигнала.where U _c (t) and U _n (t) the implementation of the signals from the target and interference, respectively. In practice, there have been cases when U _n (t) ≪U _c (t). This phenomenon was observed when the target was approaching the geophone, as a result of which the average signal value at a low level of seismic interference was determined by the signal from the target, which led to a decrease in the signal / noise ratio, since the selection of the signal from the target occurred relative to the average value of the same signal.

На практике оказалось, что при использовании симметричной линии связи с передачей сигналов в дифференциальной форме представилось возможным отказаться от применения для контроля состояния кабелей компараторов и генераторов, которые неоправданно усложняют приемную аппаратуру. В предполагаемом изобретении данная задача решается одновременно со сквозным контролем трактов обнаружения в целом путем контроля среднего уровня сейсмического фона. Так как короткое замыкание пары токоведущих жил кабеля приводит к резкому уменьшению сигнала до уровня электрических шумов, а при обрыве жил или замыкании их на экран кабеля - к резкому увеличению уровня сигнала за счет наводок, что связано с нарушением симметрии канала связи, то представилась возможность установить пороговые значения сигналов так, что при превышении их будет надежно фиксироваться неисправность с указанием ее типа. Работоспособность метода подтверждена экспериментально. Также подтверждена и реализована возможность сравнения спектра сигнала в неисправном тракте с типовым и спектром сигнала в соседних исправных каналах. Большая протяженность кабельной линии потребовала решить задачу защиты приемной аппаратуры от наводок на кабель при грозовых разрядах. Для этого применена схема, исключающая образование высокой разности потенциалов между токоведущими жилами и экраном, а также на входе каждого канала включена быстродействующая схема снижения уровня электромагнитного импульса до величины, исключающей повреждение входных каскадов усилителей.In practice, it turned out that when using a symmetric communication line with transmitting signals in a differential form, it was possible to abandon the use of comparators and generators for monitoring the condition of cables, which unnecessarily complicate the receiving equipment. In the alleged invention, this problem is solved simultaneously with end-to-end monitoring of the detection paths as a whole by controlling the average level of the seismic background. Since a short circuit of a pair of live cable conductors leads to a sharp decrease in the signal to the level of electrical noise, and when the wires break or short to the cable screen, to a sharp increase in the signal level due to pickups, which is associated with a violation of the symmetry of the communication channel, it was possible to establish threshold values of signals so that if they are exceeded, a malfunction will be reliably recorded with an indication of its type. The efficiency of the method is confirmed experimentally. The possibility of comparing the spectrum of the signal in the faulty path with the typical and the spectrum of the signal in adjacent serviceable channels is also confirmed and implemented. The large length of the cable line required to solve the problem of protecting the receiving equipment from interference on the cable during lightning discharges. For this purpose, a circuit is applied that excludes the formation of a high potential difference between current-carrying conductors and the screen, and a fast circuit is included at the input of each channel to reduce the level of the electromagnetic pulse to a value that excludes damage to the input stages of the amplifiers.

Предусмотрена защита соединительных кабелей от подвижек грунта, например при промерзании, и грызунов. С этой целью, без увеличения габаритов кабелей, применен экран в виде оплетки плотностью не менее 70% из тонких стальных проволок, который покрыт оболочкой из полиуретана. Защита протяженной кабельной магистрали может осуществляться путем применения бронированных кабелей или прокладкой кабелей в специальных трубках.The connection cables are protected against movement of the ground, for example during freezing, and rodents. For this purpose, without increasing the dimensions of the cables, a shield in the form of a braid with a density of at least 70% of thin steel wires, which is covered with a sheath of polyurethane, is used. Long cable trunking can be protected by using armored cables or by laying cables in special tubes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность изображения поясняется чертежами.The essence of the image is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства.Figure 1 presents a block diagram of a device.

На фиг.2а - схема подключения пары геофонов к входу предварительного усилителя в противофазе.On figa - connection diagram of a pair of geophones to the input of the pre-amplifier in antiphase.

На фиг.2б - результирующая характеристика направленности для случая фиг.2а.On figb - the resulting directivity characteristic for the case of figa.

На фиг.2в представлены временные диаграммы, поясняющие процесс формирования характеристики направленности при движении цели по оси У.On figv presents time charts explaining the process of formation of the directivity characteristics when moving the target along the y-axis.

На фиг.2г - временные диаграммы, поясняющие процесс формирования характеристики направленности при движении цели по направлению оси Х в область отрицательных значений.On fig.2g - time diagrams explaining the process of forming the directivity characteristics when moving the target in the direction of the X axis in the region of negative values.

На фиг.3а представлена схема, поясняющая формирование двух характеристик направленности типа кардиоида с противоположной ориентацией максимумов относительно оси X.3 a is a diagram explaining the formation of two directivity characteristics of the cardioid type with the opposite orientation of the maxima relative to the X axis.

На фиг.3б представлены результирующие характеристики направленности.On figb presents the resulting characteristics of the directivity.

На фиг.3в - временные диаграммы, поясняющие процесс формирования характеристики направленности при движении цели по оси У сверху вниз для канала U_вых.1 On figv - time diagrams explaining the process of forming the directivity characteristics when moving the target along the Y axis from top to bottom for channel U _o

На фиг.3г - временные диаграммы, поясняющие процесс формирования характеристики направленности при движении цели по оси У снизу вверх для канала U_вых.1 In Fig.3g - timing diagrams explaining the process of forming the directivity characteristics when moving the target along the Y axis from the bottom up for the channel U _out.1

На фиг.4 представлена типичная осциллограмма реального сигнала выхода тракта усиления при пересечении зоны действия тракта с одиночным геофоном.Figure 4 presents a typical waveform of the real signal of the output of the amplification path at the intersection of the path zone with a single geophone.

На фиг.5 представлены осциллограммы импульсного сигнала на выходах трактов с одиночными геофонами, разнесенными на 2 м при движении цели по линии, перпендикулярной к базовой линии.Figure 5 presents the waveforms of the pulse signal at the outputs of the paths with single geophones, spaced 2 m when the target moves along a line perpendicular to the baseline.

На фиг.6 представлена схема, поясняющая метод определения угла между линией рубежа и линией положения цели.6 is a diagram illustrating a method for determining an angle between a line of a boundary and a line of a target position.

Лучший вариант осуществления изобретения.The best embodiment of the invention.

Устройство (фиг.1) состоит из приемной части и аппаратуры поста наблюдения 3. Модуль приемной части состоит из геофонов 1 и блока предварительных усилителей 2. Геофоны 1 с предварительными усилителями 7 соединены однопарными симметричными низкочастотными экранированными кабелями 4. При этом к входу каждого из предварительных усилителей 7 могут быть подключены один (варианты 3 и 4) или несколько (варианты 1 и 2) геофонов 1. Аппаратура поста наблюдения 3 содержит блок многоканальных полосовых усилителей 20, аппаратуру цифровой обработки 27 и источник электропитания аппаратуры 28. Предварительные усилители 7 соединены с входом блока многоканальных полосовых усилителей 18 симметричным низкочастотным кабелем 5.The device (Fig. 1) consists of the receiving part and the equipment of the observation post 3. The receiving part module consists of geophones 1 and a block of preamplifiers 2. Geophones 1 with preamplifiers 7 are connected by single-pair symmetrical low-frequency shielded cables 4. At the same time, to the input of each of the preliminary amplifiers 7 can be connected one (options 3 and 4) or several (options 1 and 2) geophones 1. The equipment of the observation post 3 contains a block of multi-channel strip amplifiers 20, digital processing equipment 27 and sources to the power supply of the equipment 28. Pre-amplifiers 7 are connected to the input of the block of multi-channel strip amplifiers 18 by a symmetrical low-frequency cable 5.

В группах из двух или трех геофонов расстояние между ними может быть выбрано равным

(вариант 1) и

(варианты 3 и 4). Вариант 2 предусматривает установку геофонов на расстояниях, обеспечивающих формирование непрерывной зоны наблюдения.In groups of two or three geophones, the distance between them can be chosen equal to

(option 1) and

(options 3 and 4). Option 2 provides for the installation of geophones at distances that ensure the formation of a continuous observation zone.

Предварительный усилитель 7 состоит из каскада усиления 8 с дифференциальным входом и выходного каскада 16 с использованием транзистора, у которого резисторы нагрузки 23 и 24 в коллекторной и эмиттерной целях вынесены в корпус 18 полосового усилителя 20. Питание первого каскада 8 предварительного усилителя осуществляется через резисторы 10 и 11, которые подключены к коллектору и эмиттеру выходного каскада. Резисторы нагрузки 23 и 24 выбраны большими, чем сопротивление токоведущих жил кабеля, что позволяет осуществлять питание усилителей, удаленных на различное расстояние по кабелю от источника с одним и тем же напряжением порядка ±15 В. На входе каждого из полосовых усилителей 20 блока установлен быстродействующий модуль грозозащиты 17, содержащий разрядники 29 и 30, варисторы 33 и 34 и резисторы 31 и 32. Дистанционное электропитание предварительных усилителей 7 осуществляется по сигнальным жилам кабеля 5 через стабилизаторы напряжения 21 и 22. Геофоны 1 и предварительные усилители 7 помещены в экраны, которые соединены между собой и контуром заземления 6 экранами соединительных 4 и магистрального 5 кабелей. При этом кроме единственной точки 6 экраны не имеют контакта ни с аппаратурой устройства, ни с землей.The preamplifier 7 consists of a amplification stage 8 with a differential input and an output stage 16 using a transistor, in which the load resistors 23 and 24 are for collector and emitter purposes placed in the housing 18 of the strip amplifier 20. The first stage 8 of the preliminary amplifier is powered through resistors 10 and 11, which are connected to the collector and emitter of the output stage. The load resistors 23 and 24 are selected to be larger than the resistance of the current-carrying cable conductors, which allows powering amplifiers remote to a different distance along the cable from a source with the same voltage of the order of ± 15 V. A high-speed module is installed at the input of each of the strip amplifiers 20 of the unit lightning protection 17, containing arresters 29 and 30, varistors 33 and 34 and resistors 31 and 32. Remote power supply of the pre-amplifiers 7 is carried out through the signal cores of cable 5 through voltage stabilizers 21 and 22. Geophones 1 and preamplifiers 7 are placed in screens that are interconnected with the ground loop 6 by shields of connecting 4 and trunk 5 cables. Moreover, in addition to a single point 6, the screens have no contact either with the device equipment or with the ground.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Геофон 1, жестко закрепленный в грунте строго вертикально, преобразует вертикальные колебания грунта в электрический сигнал, который после предварительного усиления по симметричной паре токоведущих жил кабеля 5 в дифференциальной форме поступает на дифференциальный вход полосового усилителя аппаратуры обработки 20 через разделительные конденсаторы 25 и 26. С выхода усилителя сигнал в полосе 10-120 Гц поступает на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя напряжения аппаратуры цифровой обработки сигналов 27, в которой формируются независимые тракты обнаружения с числом, равным числу приемных модулей.Geophone 1, rigidly fixed in the soil strictly vertically, converts the vertical vibrations of the soil into an electrical signal, which, after preliminary amplification by a symmetrical pair of current-carrying conductors of cable 5 in differential form, is fed to the differential input of a strip amplifier of processing equipment 20 through isolation capacitors 25 and 26. From the output amplifier signal in the band of 10-120 Hz is fed to the input of a multi-channel analog-to-digital voltage Converter equipment digital signal processing 27, in which I form There are independent detection paths with a number equal to the number of receiving modules.

Вид сейсмических сигналов, возбужденных в грунте человеком, приведен на фиг.4 и 5.The type of seismic signals excited in the ground by a person is shown in FIGS. 4 and 5.

При использовании группы из 2-х геофонов, разнесенных друг от друга на половину длины волны λ, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта f_c, и подключенных к входу предварительного усилителя в противофазе фиг.2а, формируется характеристика направленности тракта типа косинусоиды фиг.2б. На фиг.2в показаны временные диаграммы при движении цели по оси У, когда при суммировании сигналов противоположной полярности формируется минимум характеристики направленности. На фиг.2г приведены временные диаграммы, которые показывают, как при суммировании сигналов от цели, идущей по оси Х, формируется максимум характеристики направленности.When using a group of 2 geophones spaced apart by half the wavelength λ corresponding to the average frequency of the transparency band of the path f _c and connected to the input of the preamplifier in antiphase of FIG. 2a, a directivity characteristic of the cosine type path of FIG. 2b is formed. On figv shows time diagrams when moving the target along the Y axis, when when summing the signals of opposite polarity is formed minimum directional characteristics. Figure 2g shows timing diagrams that show how, when summing the signals from a target traveling along the X axis, the maximum directivity characteristics are formed.

При использовании групп из 2-х геофонов, разнесенных друг от друга на четверть длины волны, соответствующей средней частоте полосы прозрачности тракта, формирование характеристик направленности производится в аппаратуре цифровой обработки с реализацией метода, изображенного на фиг.3а, где

где с - скорость распространения сейсмической волны.When using groups of 2 geophones, spaced apart by a quarter of the wavelength corresponding to the average frequency of the transparency band of the path, the formation of directional characteristics is performed in digital processing equipment with the implementation of the method shown in figa, where

where c is the propagation velocity of the seismic wave.

Результирующие характеристики направленности для выходов I и II приведены на фиг.3б. Временные диаграммы, поясняющие процесс формирования минимума характеристик направленности, приведены на фиг.3в, а максимума - на фиг.3г. При использовании групп из 3-х геофонов, установленных в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника с длинной катетов, равной λ/4 (фиг.6), угол φ вычисляется согласно выражениюThe resulting directivity characteristics for outputs I and II are shown in Fig.3b. Timing diagrams explaining the process of forming the minimum directivity characteristics are shown in figv, and maximum - figg. When using groups of 3 geophones installed at the vertices of an isosceles right triangle with a leg length of λ / 4 (Fig.6), the angle φ is calculated according to the expression

где U₁ и U₂ - амплитуды импульсного сигнала, измеренные на выходе трактов с пересекающимися характеристиками направленности, максимумы которых сдвинуты относительно друг друга на 90°.where U ₁ and U ₂ are the amplitudes of the pulse signal measured at the output of the paths with intersecting directivity characteristics, the maxima of which are shifted relative to each other by 90 °.

В отличие от прототипа в устройстве применена более качественная фильтрация сигналов по данным калибровки района установки геофонов путем режекции в спектре узкополосных составляющих от интенсивных источников помех.In contrast to the prototype, the device uses better signal filtering according to calibration data of the geophones installation area by notching in the spectrum of narrow-band components from intense interference sources.

Повышение точности измерения углового положения цели позволило избежать ошибочных решений при определении стороны ее движения относительно рубежа, распознать среди целей одиночные и групповые, а также повысить точность распознавания сигналов от человека среди сигналов от неподвижных источников помех с аналогичными частотами возбуждения импульсных сигналов и животных.Improving the accuracy of measuring the angular position of the target made it possible to avoid erroneous decisions when determining the direction of its movement relative to the boundary, to recognize single and group ones among the targets, and also to increase the accuracy of recognition of signals from a person among signals from stationary sources of interference with similar excitation frequencies of pulsed signals and animals.

Также изменена процедура формирования опорного сигнала для выбора порога обнаружения после первичного обнаружения цели, исключающая влияние возрастающей интенсивности сигнала от цели при ее приближении к геофону на его величину. Новая процедура предусматривает фиксацию среднего значения сейсмического сигнала, используемого в качестве опорного

в момент первичного обнаружения цели, когда отношение

минимально, и сохранение его до момента выхода цели из зоны действия тракта (до потери контакта с целью). Если эту процедуру не применять, то при минимальных значениях сейсмического фона и возрастании интенсивности импульсных сигналов от цели при ее приближении к геофону, опорное напряжение будет существенно возрастать, а отношение между импульсным сигналом от цели и опорным сигналом будет уменьшаться, что может привести к потере контакта с целью в пределах рубежа охраны. Этот эффект был зафиксирован экспериментально.The procedure for generating a reference signal for selecting a detection threshold after primary target detection has also been changed, eliminating the influence of increasing signal intensity from a target when it approaches a geophon on its value. The new procedure provides for fixing the average value of the seismic signal used as a reference

at the time of initial target detection, when the ratio

minimum, and its preservation until the target leaves the path zone (until the contact with the target is lost). If this procedure is not applied, then with minimal values of the seismic background and an increase in the intensity of the pulsed signals from the target as it approaches the geophone, the reference voltage will increase significantly, and the ratio between the pulsed signal from the target and the reference signal will decrease, which can lead to loss of contact with a goal within the line of guard. This effect was recorded experimentally.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Модульное построение приемной части и использование многоканальной кабельной линии связи с минимумом аппаратуры в ней позволило решить проблему увеличения протяженности рубежей охраны до 15 и более километров при дистанционном питании напряжением, не превышающим 15 В.The modular construction of the receiving part and the use of a multi-channel cable communication line with a minimum of equipment in it made it possible to solve the problem of increasing the length of the security lines to 15 or more kilometers with remote power supply voltage not exceeding 15 V.

Использование пространственной обработки позволило увеличить размеры зоны действия трактов практически без существенного увеличения числа геофонов и каналов в линии связи. При этом существенно расширилась область применения устройства за счет возможности его использования вблизи промышленных и других объектов, сейсмические помехи, от которых ранее исключали применение средств, не обладающих пространственной избирательностью.The use of spatial processing made it possible to increase the size of the path coverage area with virtually no significant increase in the number of geophones and channels in the communication line. At the same time, the scope of the device has significantly expanded due to the possibility of its use near industrial and other objects, seismic interference, which previously excluded the use of means that do not have spatial selectivity.

Структура построения и состав устройства позволили существенно упростить монтаж и повысить живучесть, надежность и ремонтопригодность приемной части, снизить ее стоимость и безопасность при эксплуатации. В действующих образцах используются геофоны типа GS20DX, обладающие высокой идентичностью фазовых характеристик, что чрезвычайно важно при осуществлении пространственной обработки, а также современная элементная база и серийно-выпускаемые средства цифровой обработки сигналов.The structure of the construction and composition of the device made it possible to significantly simplify the installation and increase the survivability, reliability and maintainability of the receiving part, and reduce its cost and safety during operation. In the current samples, geophones of the GS20DX type are used, which have a high phase characteristics identity, which is extremely important when performing spatial processing, as well as modern elemental base and mass-produced digital signal processing facilities.

Эффективность предложенных технических решений подтверждена результатами многолетней эксплуатации нескольких образцов системы.The effectiveness of the proposed technical solutions is confirmed by the results of many years of operation of several samples of the system.

Claims

1. A device for detecting and tracking the movement of a person in a guard zone, comprising a receiving part consisting of separate modules, each of which contains geophones that record ground surface vibrations located along the perimeter of the guard zone and inside the guard zone in groups of two, three or more geophones , a block of preamplifiers with which geophones are connected by single-pair symmetric low-frequency shielded cables, and an observation station equipment containing blocks of strip amplifiers connected to blocks preamplifiers with multi-pair symmetrical low-frequency shielded cables, digital signal processing equipment and equipment power sources, characterized in that one or several geophones are connected to the input of each preamplifier, geophones and blocks of preamplifiers are placed in screens that are interconnected with the ground loop of the post equipment observation with insulated shields of connecting and trunk cables, and the screens are in contact with the device properties and ground only through the specified ground loop, and a high-speed lightning protection module is connected to the differential inputs of each of the strip amplifiers of the unit.

2. The device for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 1, characterized in that the two geophones in the group are installed at a distance from each other equal to half the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path in a direction perpendicular direction to the local source of interference, and are connected to the input of the pre-amplifier in antiphase.

3. The device for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 1, characterized in that two geophones in the group connected to the inputs of individual preamplifiers are installed at a distance from each other equal to a quarter of the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency path transparency bands, while the geophones are spaced in a direction perpendicular to the boundary of the guard.

4. The device for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 1, characterized in that the three geophones in the group connected to the inputs of individual preamplifiers are installed at the vertices of an isosceles right triangle with the orientation of one of the legs along the guard line and the length of the legs equal to a quarter wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path.

5. The device for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 1, characterized in that the geophones in a group of two or more geophones are spaced at a distance commensurate with the dimensions of the coverage area of the path with a single geophone and are connected to the input of the preamplifier according to parallel connection circuit while maintaining the symmetry of the cable line.

6. The device for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 1, characterized in that the connecting cable has a screen in the form of a braid of thin steel wires with a density of at least 70%, insulated with an outer sheath of polyurethane impregnated with a rodent repellent compound .

7. A method for detecting and tracking the movement of a person in a protected area, in which seismic vibrations of the earth's surface are recorded by groups of geophones and transmitted, after conversion into an electrical signal and amplification, to the monitoring station equipment, where the signals are filtered, the pulse signals excited by the person are isolated and recognized when movement, and decide on target detection, characterized in that the resulting signals are subjected to temporary processing, which are obtained by directly subtracting the implementation of signals from two geophones spaced by half the wavelength of seismic vibrations corresponding to the middle band f _c of the transparency band of the path when forming the directivity pattern in the horizontal plane in the form of a cosine wave, or by subtracting the implementation of signals from two geophones spaced a quarter of the length seismic wave oscillations corresponding to the mean frequency of the passband tract, delayed relative to each other by an amount equal to 1 / 4f _s, in the formation of the Features directivity histories of paths in the form of cardioids with maxima directed in opposite directions along the separation line of geophones and with minima adjacent to the median perpendicular to the segment connecting the geophones, while according to the calibration results of the geophones installation area, along with the optimization of the frequency band of the paths, narrow-band components are cut in the spectrum of interference from powerful sources, and at the time of initial detection of the target, the average signal level is fixed, which is used to extract and measure the amplitude pulse signal until the output of the target detection steps tract area.

8. The method for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 7, characterized in that in the case of using a group of two geophones spaced apart from each other by half the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path, to form characteristics directions of the cosine type with maxima located along the separation line of geophones and minima along the line of the middle perpendicular to the segment connecting the geophones, the signals from them are subtracted at the input of the preliminary Yelnia amplifier by connecting the geophones in opposition.

9. The method for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 7, characterized in that when using a group of two geophones connected to separate preamplifiers and spaced from each other in a direction perpendicular to the border of protection, a distance equal to a quarter wavelengths of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the path, form two independent detection paths with cardioid directivity characteristics located on opposite sides convinced protection, the location of the target with respect to protective boundary position is determined by a cardioid path characteristics that detected the target, and the direction of the target relative protective boundary determined at the time of detection of the target path after crossing the second boundary protection.

10. The method for detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 7, characterized in that when using a group of three geophones located at the vertices of an isosceles right triangle with one of the legs located along the line of protection, with a leg length equal to quarters of the wavelength of seismic vibrations corresponding to the average frequency of the transparency band of the tract form four paths with cardioid directivity characteristics, the maxima of which are 90 ° unfolded relative to each other, and us paths steps arranged orthogonally in each quadrant of the circular zone, disjoint, wherein the current angular position of the target relative to the geophone located at the vertex of a right triangle and leg rectangular triangle, oriented along the boundary of protection is determined by pulse-amplitude ratio U ₁ and U ₂ simultaneously measured at the output of channels having simultaneous contact with the target, according to the expression U ₁ / U ₂ .

11. The method of detecting and tracking the movement of a person in a protected area according to claim 7, characterized in that the health of the pre-amplifier and cable communication line is carried out by comparing the average signal value in the sampling interval with threshold values set for fixing faults such as open and short shorting current-carrying conductors, shorting conductors to a cable screen and breaking insulation resistance of current-carrying conductors, and also analyze and compare the spectra of signals with typical and measured output adjacent serviceable paths.