RU2618491C1

RU2618491C1 - Device for detecting intruder

Info

Publication number: RU2618491C1
Application number: RU2015151163A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Токарев; Вячеслав Петрович Гнусарев
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-05-03

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device for detecting an intruder, comprising a transmitter of the pulsed wideband sounding signal at one end of the blocked line, a receiver of the pulsed wideband signal at the other end of the blocked line, generating an alarm, while changing the received signal level caused by the intruder appearance on the blocked line, wherein the transmitter and the receiver are discreetly located on or under the ground, an insulated wire line is introduced, located between the transmitter and the receiver over the ground along the blocked security line.

EFFECT: increasing the length of the blocked line and, respectively, decreasing the line equipment cost in the device for detecting an intruder with the transmitter and the receiver discreetly located.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к устройствам для обнаружения нарушителей, использующим в качестве чувствительного элемента проводные линии, располагаемые на некоторой высоте вдоль блокируемого рубежа охраны. Проводные линии удобны тем, что они достаточно дешевы, могут устанавливаться стационарно или оперативно на заграждениях, стойках, местных предметах, например на стволах деревьев, формируемая ими объемная зона обнаружения легко сопрягается с конфигурацией (поворотами) рубежа охраны и рельефом местности.The invention relates to the field of security alarm, in particular to devices for detecting intruders using wire lines located at a certain height along a blocked security line as a sensitive element. Wire lines are convenient in that they are quite cheap, can be installed permanently or operatively on barriers, racks, local objects, for example, on tree trunks, the volumetric detection zone they form is easily interfaced with the configuration (turns) of the guard line and the terrain.

Известны различные варианты использования проводных линий в качестве чувствительных элементов устройств для обнаружения нарушителя. Простейшими из них являются устройства, реагирующие на обрыв или замыкание проводных линий (обычно в виде нитей колючей проволоки, располагаемых стационарно на опорах в виде заграждения). Быстроразвертываемый вариант такого устройства реагирует на обрыв нарушителем тонкой малозаметной проводной линии, закрепляемой на стойках или ветвях кустов, деревьев на пути движения нарушителя. Известно устройство, определяющее расстояние до места обрыва провода (до нарушителя) рефлектометрическим способом, описанное в патенте РФ №1826788, МКИ G08B 13/12, 1993 г. «Сигнализационное устройство». Главными недостатками таких устройств являются легкость их обхода нарушителем, а также необходимость восстанавливать целостность проводной линии после обрыва.There are various options for using wire lines as sensitive elements of devices for detecting an intruder. The simplest of these are devices that respond to open or shorted wire lines (usually in the form of barbed wire strands that are stationary on supports in the form of a fence). A quick-deploy version of such a device responds to an intruder breaking a thin, inconspicuous wire line fixed to racks or branches of bushes, trees along the path of the intruder. A device is known that determines the distance to the point of wire breakage (to the intruder) by reflectometry, described in RF patent No. 1826788, MKI G08B 13/12, 1993. “Alarm device”. The main disadvantages of such devices are the ease of their circumvention by the intruder, as well as the need to restore the integrity of the wire line after a break.

Известны устройства емкостного типа, реагирующие на изменение емкости проводной линии, установленной на некоторой высоте вдоль блокируемого рубежа, при приближении нарушителя. Такое устройство описано, например, в патенте США №4366473, НКИ 340/562, 1982 г. «Емкостная электромагнитная система охранной сигнализации». Недостатками емкостного устройства для охранной сигнализации являются низкая помехоустойчивость при раскачивании проводной линии под действием ветра, налипании на нее мокрого снега, намокании и появлении утечек, и в связи с этим высокие требования к конструкции, натяжению провода, изоляции его от земли.Known capacitive devices that respond to changes in the capacitance of a wire line installed at a certain height along a blocked line, when the intruder approaches. Such a device is described, for example, in US patent No. 4366473, NKI 340/562, 1982, "Capacitive electromagnetic alarm system." The disadvantages of a capacitive device for burglar alarms are low noise immunity when the wire line sways under the influence of wind, wet snow sticks to it, gets wet and leaks appear, and therefore there are high requirements for the design, tension of the wire, its isolation from the ground.

Наиболее совершенными являются радиоволновые (или проводноволновые) устройства, основанные на регистрации изменения затухания электромагнитной волны, распространяющейся в проводной линии, при приближении к ней нарушителя. В патенте РФ №2122238, МКИ G08B 13/24, 1998 г. «Устройство для охранной сигнализации» для ослабления эффектов «стоячей» волны в линии, обусловленной неоднородностями линии и вызывающей неравномерность чувствительности по длине линии, используется импульсный широкополосный зондирующий сигнал. За счет малой (10-20 нс) длительности импульсного зондирующего сигнала он не подвержен интерференции с отраженными от неоднородностей сигналами, которые запаздывают по времени и не накладываются на прямой сигнал. Устройство содержит проводную линию, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсного зондирующего сигнала, подключенный к одному концу проводной линии, и приемник импульсного сигнала, подключенный к другому концу проводной линии, выделяющий заданные приращения амплитуды принятого импульсного сигнала во время появления вблизи линии нарушителя и формирующий сигнал тревоги.The most advanced are radio-wave (or wire-wave) devices based on recording changes in the attenuation of an electromagnetic wave propagating in a wire line when an intruder approaches it. In the patent of the Russian Federation No. 2122238, MKI G08B 13/24, 1998, “Security alarm device”, a pulsed broadband sounding signal is used to attenuate the effects of a “standing” wave in a line due to line inhomogeneities and causing sensitivity unevenness along the line. Due to the short (10-20 ns) duration of the pulsed probe signal, it is not subject to interference with signals reflected from inhomogeneities, which are delayed in time and do not overlap with the direct signal. The device contains a wire line located along the guarded line, a pulse probe signal generator connected to one end of the wire line, and a pulse signal receiver connected to the other end of the wire line, highlighting the specified amplitude increments of the received pulse signal during the appearance of the intruder near the line and generating a signal anxiety.

Одним из недостатков таких устройств является необходимость защищать место соединения проводной линии с электронным блоком и снижение помехоустойчивости при его недостаточной защищенности. В этом месте наиболее высокая концентрация электромагнитного поля и наибольшая чувствительность устройства к его изменению. Изменения электромагнитного поля в месте соединения и принимаемого сигнала могут вызываться воздействием мокрого снега, дождя и могут быть соизмеримы с изменениями, вызываемыми нарушителем, и приводить к ложным срабатываниям устройства.One of the disadvantages of such devices is the need to protect the junction of the wired line with the electronic unit and the reduction of noise immunity in case of insufficient protection. In this place, the highest concentration of the electromagnetic field and the greatest sensitivity of the device to its change. Changes in the electromagnetic field at the junction and the received signal can be caused by the influence of wet snow, rain and can be commensurate with the changes caused by the intruder and lead to false alarms of the device.

Другим недостатком радиоволновых устройств с проводной линией является незащищенность электронных блоков от вандализма. Проводная линия чувствительна к приближению нарушителя по всей длине, поэтому электронные блоки (генератор зондирующего сигнала и приемник) должны располагаться непосредственно на охраняемом рубеже. Часто охране подлежат удаленные или необслуживаемые объекты, и открыто установленная электронная часть устройств охраны подвержена вандализму, может быть повреждена или похищена.Another disadvantage of wireline devices is the exposure of electronic components to vandalism. The wire line is sensitive to the intruder's approach along the entire length, therefore the electronic units (probe signal generator and receiver) should be located directly at the guarded line. Often remote or maintenance-free objects are subject to protection, and the openly installed electronic part of the security devices is subject to vandalism, may be damaged or stolen.

От указанных недостатков свободны радиоволновые устройства другого типа, электронные блоки которых могут размещаться в земле и невидимы для вандалов. Такое устройство описано в патенте РФ №2480837, МКИ G08B 13/24, 2013 г. «Способ скрытного обнаружения нарушителя в контролируемой зоне». Устройство содержит передатчик с антенной в точке излучения и приемник с антенной в точке приема на некоторой глубине в земле по сторонам контролируемой зоны. Передатчик создает над поверхностью земли электромагнитное поле, которое принимается приемником. Появление нарушителя в контролируемой зоне приводит к изменению структуры электромагнитного поля и принимаемого сигнала в приемнике. При заданных изменениях амплитуды принимаемого сигнала приемник вырабатывает сигнал тревоги. Для того чтобы устройство сохраняло работоспособность при изменениях параметров земли в широких пределах (от сухой и мерзлой до затапливаемой дождевыми и талыми водами), в нем используется широкополосный зондирующий сигнал с шириной спектра, в пределах которого антенны передатчика и приемника оптимальны при различных состояниях земли. Это устройство свободно от всех указанных выше недостатков, но имеет свой недостаток - малую длину блокируемого участка, которая обычно не превышает 30 метров, в то время как описанные выше устройства с проводными линиями имеют длину блокируемого участка в сотни метров. Это объясняется двумя факторами. Во-первых, достаточно большим затуханием электромагнитной волны при распространении вблизи поверхности земли и влиянием состояния земли на степень затухания. Во-вторых, значительным уменьшением отраженного от нарушителя поля при увеличении расстояния между нарушителем и передатчиком или приемником.Other types of radio waves are free from these shortcomings, the electronic units of which can be placed in the ground and are invisible to vandals. Such a device is described in the patent of the Russian Federation No. 2480837, MKI G08B 13/24, 2013 "Method for the secretive detection of an intruder in a controlled area." The device comprises a transmitter with an antenna at the point of radiation and a receiver with an antenna at the point of reception at a certain depth in the ground on the sides of the controlled area. The transmitter creates an electromagnetic field above the surface of the earth, which is received by the receiver. The appearance of the intruder in the controlled area leads to a change in the structure of the electromagnetic field and the received signal in the receiver. For given changes in the amplitude of the received signal, the receiver generates an alarm. In order for the device to maintain operability when changing the parameters of the earth over a wide range (from dry and frozen to flooded by rain and meltwater), it uses a broadband probing signal with a spectral width within which the transmitter and receiver antennas are optimal for different earth conditions. This device is free from all the above disadvantages, but has its drawback - the small length of the blocked section, which usually does not exceed 30 meters, while the above-described devices with wired lines have a length of the blocked section of hundreds of meters. This is due to two factors. Firstly, a sufficiently large attenuation of the electromagnetic wave during propagation near the surface of the earth and the influence of the state of the earth on the degree of attenuation. Secondly, a significant decrease in the field reflected from the intruder with an increase in the distance between the intruder and the transmitter or receiver.

Целью и техническим результатом настоящего изобретения является увеличение длины блокируемого рубежа устройства для обнаружения нарушителя и, соответственно, снижение стоимости оборудования на единицу длины рубежа при скрытном расположении электронных блоков устройства.The purpose and technical result of the present invention is to increase the length of the blocked line of the device for detecting an intruder and, accordingly, reduce the cost of equipment per unit length of the line with a secret location of the electronic units of the device.

Для достижения этого результата в устройство для обнаружения нарушителя, содержащее передатчик импульсного широкополосного зондирующего сигнала на одном конце блокируемого рубежа, приемник импульсного широкополосного сигнала на другом конце блокируемого рубежа, формирующий сигнал тревоги при изменении уровня принимаемого сигнала, вызываемом появлением на блокируемом рубеже нарушителя, причем передатчик и приемник расположены скрытно на или под поверхностью земли, введена изолированная проводная линия, расположенная между передатчиком и приемником над поверхностью земли вдоль блокируемого рубежа охраны.To achieve this result, a device for detecting an intruder containing a transmitter of a pulsed broadband sounding signal at one end of a blocked line, a receiver of a pulsed broadband signal at the other end of a blocked line, which generates an alarm when the level of the received signal changes due to the appearance of an intruder at the blocked line, and the transmitter and the receiver is located secretly on or below the surface of the earth, an insulated wire line located between the front Chick and receiver above the ground along the blocked protective boundary.

Таким образом, заявляемое устройство содержит признаки прототипа - передатчик и приемник, скрытно располагаемые в земле на краях блокируемого рубежа, и признак аналогов - проводную линию передачи, располагаемую вдоль блокируемого рубежа. Возможность получения технического результата - значительного увеличения длины блокируемого рубежа в устройстве-прототипе с помощью проводной линии, расположенной на некоторой высоте между передатчиком и приемником, явно не следует из сопоставления признаков прототипа и аналогов. Проведенные исследования показали достаточно низкое затухание электромагнитной волны в области между подземной антенной передатчика (или приемника) и надземной проводной линией. Это обусловлено тем, что формируемое подземной антенной электромагнитное поле на поверхности земли в соответствии с граничными условиями Леонтовича имеет преимущественно вертикальную поляризацию электрической составляющей [Лавров Г.А., Князев А.С. Приземные и подземные антенны. - М.: Сов. радио, 1965, с. 46]. Такое же поле является основным при распространении в поднятой над землей проводной линии [Оленин Ю.А., Токарев Н.Н. Анализ поля в линии передачи проводно-волнового средства обнаружения // Новые промышленные технологии. Вып. 4-5 (291-292), Москва, 1999, с. 55]. Согласованность структур поля и определяет достаточно сильную электромагнитную связь передатчика и приемника с проводной линией и возможность использования проводной линии для увеличения длины блокируемого рубежа.Thus, the claimed device contains the features of the prototype - the transmitter and receiver, secretly located in the ground at the edges of the blocked line, and the sign of analogues is a wired transmission line located along the blocked line. The possibility of obtaining a technical result - a significant increase in the length of the blocked line in the prototype device using a wire line located at a certain height between the transmitter and the receiver, clearly does not follow from a comparison of the features of the prototype and analogues. The studies showed a fairly low attenuation of the electromagnetic wave in the area between the underground antenna of the transmitter (or receiver) and the above-ground wire line. This is due to the fact that the electromagnetic field formed by the underground antenna on the earth's surface in accordance with the Leontovich boundary conditions has mainly vertical polarization of the electric component [G. Lavrov, A. Knyazev. Ground and underground antennas. - M .: Owls. radio, 1965, p. 46]. The same field is the main one when propagating in a wire line raised above the ground [Olenin Yu.A., Tokarev N.N. Field analysis in the transmission line of a wire-wave detection means // New Industrial Technologies. Vol. 4-5 (291-292), Moscow, 1999, p. 55]. The consistency of the field structures determines a sufficiently strong electromagnetic connection between the transmitter and the receiver with the wire line and the possibility of using the wire line to increase the length of the blocked line.

Работа устройства поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1 и 2.The operation of the device is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 показана схема размещения составных частей устройства на охраняемом рубеже.In FIG. 1 shows the layout of the components of the device at a guarded line.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов устройства.In FIG. 2 shows the timing diagrams of the device signals.

Устройство содержит передатчик 1 и приемник 2, расположенные скрытно в земле на концах участка рубежа охраны (см. фиг. 1). Между ними вдоль рубежа установлена проводная линия 3, расположенная на диэлектрических стойках 4 на некоторой высоте (обычно от 1,5 до 2 м) от поверхности земли. Приемник с помощью кабеля связи 5 подключен к системе сбора и обработки информации.The device comprises a transmitter 1 and a receiver 2, located secretly in the ground at the ends of the boundary line of the guard (see Fig. 1). Between them along the boundary there is a wire line 3 located on dielectric racks 4 at a certain height (usually from 1.5 to 2 m) from the surface of the earth. The receiver using a communication cable 5 is connected to a system for collecting and processing information.

Передатчик 1 создает над поверхностью земли электромагнитное поле, которое наводит в проводной линии 3 ток, показанный стрелками 6. Ток в линии и создаваемое им поле распространяются вдоль проводной линии до ее конца. Электромагнитное поле в конце линии принимается приемником 2.The transmitter 1 creates an electromagnetic field above the surface of the earth, which induces a current in the wire line 3, indicated by arrows 6. The current in the line and the field created by it propagate along the wire line to its end. The electromagnetic field at the end of the line is received by the receiver 2.

В устройстве используется импульсный широкополосный зондирующий сигнал 7 (см. фиг. 2), как в прототипе. В приемнике принятый сигнал детектируется и выделяется его огибающая 8. На фиг. 2 верхняя диаграмма сигнала 7 показана в развернутом наносекундном масштабе, чтобы показать временную форму сигнала. Остальные диаграммы показаны в секундном масштабе.The device uses a pulsed broadband probe signal 7 (see Fig. 2), as in the prototype. At the receiver, the received signal is detected and its envelope 8 is extracted. FIG. 2, the upper waveform of signal 7 is shown in expanded nanosecond scale to show the temporal waveform. The remaining diagrams are shown in second scale.

При появлении на рубеже нарушителя 9 (см. фиг. 1) он вносит неоднородность в распространяющееся в проводной линии электромагнитное поле, что может быть продемонстрировано ответвлением части тока, распространяющегося в линии, обозначенного пунктирной стрелкой 10. Это приводит к уменьшению амплитуды импульсного сигнала, принимаемого приемником и, соответственно, к уменьшению уровня огибающей 8 детектированного сигнала. Уменьшение огибающей показано на временной диаграмме провалом 11 ее уровня на величину ΔU. Это уменьшение составляет единицы процентов, в приемнике оно выделяется в виде усиленного сигнала 12. Сигнал 12, соответствующий появлению нарушителя, сравнивается с пороговым уровнем 13 и при его превышении приемник формирует сигнал тревоги, поступающий по кабелю связи 5 на систему сбора и обработки информации.When the intruder 9 appears at the boundary (see Fig. 1), he introduces inhomogeneity in the electromagnetic field propagating in the wire line, which can be demonstrated by branching off a part of the current propagating in the line indicated by dashed arrow 10. This leads to a decrease in the amplitude of the pulse signal received the receiver and, accordingly, to reduce the level of the envelope 8 of the detected signal. The reduction of the envelope is shown in the time diagram by a dip of its level 11 by ΔU. This decrease is a few percent, in the receiver it is allocated in the form of an amplified signal 12. The signal 12, corresponding to the appearance of the intruder, is compared with the threshold level 13 and when it is exceeded, the receiver generates an alarm signal, which is transmitted through the communication cable 5 to the information collection and processing system.

Максимальное расстояние между передатчиком 1 и приемником 2 (длина проводной линии), и протяженность блокируемого участка рубежа охраны определяются ослаблением сигнала в проводной линии. Ослабление на порядок (около 20 дБ) в проводной линии достигается при длине проводной линии не менее 200 м на сухой земле и 300 м на мокрой земле при высоте установки линии более 1 м [Оленин Ю.А., Токарев Н.Н. Моделирование сигналов в канале распространения проводно-волнового средства обнаружения // Новые промышленные технологии. Вып. 4-5 (291-292), Москва, 1999, с. 44-45, рис. 8, 9]. Такое же ослабление сигнала между заглубленными передатчиком и приемником без проводной линии достигается при расстоянии между ними около 30 м и дополнительно до 2-х порядков (40 дБ) за счет намокания земли [Токарев Н.Н. Моделирование прямого сигнала радиоволновых средств обнаружения с подземными антеннами // Радиотехника (Журнал в журнале). 2013. №2. с. 101, рис. 3]. Эти теоретические данные подтверждены многочисленными экспериментами.The maximum distance between the transmitter 1 and receiver 2 (the length of the wire line), and the length of the blocked section of the guard line are determined by the attenuation of the signal in the wire line. The attenuation by an order of magnitude (about 20 dB) in the wire line is achieved with a wire line length of at least 200 m on dry ground and 300 m on wet ground with a line installation height of more than 1 m [Olenin Yu.A., Tokarev N.N. Modeling signals in the propagation channel of a wire-wave detection means // New Industrial Technologies. Vol. 4-5 (291-292), Moscow, 1999, p. 44-45, fig. 8, 9]. The same signal attenuation between a buried transmitter and a receiver without a wire line is achieved with a distance between them of about 30 m and additionally up to 2 orders of magnitude (40 dB) due to wetting of the ground [N. Tokarev Modeling the direct signal of radio wave detection means with underground antennas // Radio Engineering (Journal in the Journal). 2013. No2. from. 101, fig. 3]. These theoretical data are confirmed by numerous experiments.

Таким образом, введение в устройство-прототип проводной линии, уменьшающей потери распространения сигнала, обеспечивает увеличение протяженности блокируемого им участка рубежа охраны с десятков до сотен метров. Соответственно, сокращаются расходы на оборудование рубежа. Кроме того, заявляемое устройство сохраняет все достоинства, свойственные средствам обнаружения с проводной линией: отслеживание неровностей рельефа местности и поворотов линии рубежа, возможности установки проводной линии как на стационарных участках (на стойках, опорах, на заграждении), так и на временных рубежах, в т.ч. в лесу на стволах деревьев.Thus, the introduction of a wire line into the prototype device, which reduces the signal propagation loss, provides an increase in the length of the section of the guard line that it blocks from tens to hundreds of meters. Accordingly, the cost of equipment abroad is reduced. In addition, the inventive device retains all the advantages inherent in detection tools with a wire line: tracking uneven terrain and turns of the boundary line, the ability to install a wire line both in stationary areas (on racks, supports, at the fence), and at temporary borders, including in the forest on tree trunks.

По сравнению с аналогом (проводноволновым средством обнаружения) заявляемое устройство за счет скрытности электронных блоков (передатчика и приемника) обеспечивает их защиту от вандализма (повреждения, кражи), а за счет отсутствия соединений блоков с проводной линией исключает влияние помеховых факторов (дождя, мокрого снега) на места соединений.Compared with the analogue (wire-wave detection means), the claimed device, due to the secrecy of the electronic units (transmitter and receiver), provides their protection against vandalism (damage, theft), and due to the lack of connection of the units with the wired line eliminates the influence of interference factors (rain, wet snow) ) to the joints.

Claims

A device for detecting an intruder comprising a transmitter of a pulsed broadband sounding signal at one end of a blocked line, a receiver of a pulsed broadband signal at the other end of a blocked line, which generates an alarm when the level of the received signal changes due to the appearance of an intruder at the blocked line, the transmitter and receiver being hidden or below the surface of the earth, characterized in that an insulated wire line is inserted into it, located between the transmitter and a receiver above the surface of the earth along a blocked guard line.