Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации

 

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Извещатель содержит приемо-передающий с допплеровским смесителем блок, последовательно соединенные усилитель, режекторный фильтр, устройство усиления низкой частоты, ограничитель, амплитудный детектор, первый интегратор, компаратор и формирователь сигнала тревоги, а также дополнительный интегратор, задающий уровень ограничителя. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, более точно к радиолокации, в частности к устройствам контроля за перемещением объектов.

Изобретение может быть использовано в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика.

Широко известно использование таких устройств, работа которых основана на эффекте Допплера для обнаружения движущихся объектов (з-ка ФРГ N 3495295, G 01 S 17/15), для слежения за объектами (з-ка ФРГ N 3907296, G 01 S 13/08; 15/08), для определения скорости перемещения объектов (з-ка ФРГ N 3937851, G 01 S 17/58) и т.п.

Важным требованием для подобных извещателей является сочетание высокой вероятности обнаружения при всех способах вторжения в охраняемую зону и малой вероятности возникновения ложной тревоги в любой окружающей среде.

Известен радиолокационный приемо-передатчик с малой дальностью действия (з-ка PCT (WO) N 90/13049, G 01 S 13/34; 7/03). Этот приемо-передатчик имеет генератор на полевом транзисторе на Ga As. Генератор перестраивается варактором и выполняет функцию источника сигнала передатчика и гетеродина. Приемо-передатчик может работать при малых дальностях на низкой промежуточной частоте и обнаруживать цели на расстоянии менее 10 м.

Известно устройство обнаружения людей (Патент Великобритании N 2218591, G 01 S 13/56, H4D). Указанное устройство - импульсная допплеровская РЛС для обнаружения людей характерна малой мощностью излучения, что позволяет избежать создания радиопомех и применять несущую частоту выделенного канала устройства. Для восстановления чистого ЭХО-сигнала низкого уровня в устройстве используется корреляционный принцип обработки. Описанные конструкции достаточно сложны, что ограничивает их применение в системах охранной тревожной сигнализации массового применения. Кроме того, предложенные в этих устройствах способы повышения чувствительности не решают в полной мере задачу повышения их помехозащищенности при воздействии на вход СВЧ сигнала с широким спектром.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому извещателю является радиолокационная система (з-ка ФРГ N 3539105 A 1; G 01 S 13/50). Система содержит СВЧ приемо-передающий блок, состоящий из генератора несущей частоты радиолокаицонного сигнала, приемного устройства для приема отраженного от цели сигнала, смесителя для смешивания генерируемого и отраженного сигналов, с целью получения допплеровских сигналов, набор допплеровских фильтров и набор устройств для выдачи по нескольким каналам сигналов тревоги.

СВЧ-блок последовательно соединен с усилителем, набором допплеровских фильтров, набором детекторов, набором компараторов, подключенных к формирователям опорных напряжений и сигнала тревоги. Система содержит также интегратор. Система отличается тем, что содержит устройство для создания частотной модуляции в генерируемом СВЧ-сигнале, который поступает на передающую антенну и на смеситель в качестве сигнала гетеродина. Благодаря этому принимаемые приемником сигналы помех на выходе смесителя оказываются промодулированным по частоте. Причем девиация частоты больше всей полосы пропускания линейки допплеровских фильтров. Такое построение системы позволяет отличить сигнал, отраженный от истинной цели, от сигналов помех, т.е. обеспечивает помехозащищенность устройства. Однако существуют сигналы помех, обладающие широким спектром частот. Наиболее распространенным источником подобных помех, крайне мешающим работе радиоволновых извещателей, является СВЧ-излучение люминесцентных источников дневного света, промодулированное переменным напряжением питающей сети. Описанное выше устройство не защищено от воздействия подобного рода помех.

Эта задача решена в предлагаемом нами извещателе, пригодном для использования в относительно недорогих системах охранной тревожной сигнализации массового применения.

Эта задача решена тем, что в извещателе, содержащем приемо-передающий с допплеровским смесителем блок, последовательно соединенный с усилителем, фильтром, амплитудным детектором, компаратором с формирователями опорного напряжения и сигнала тревоги, и интегратор, интегратор включен между детектором и компаратором, при этом извещатель включает в себя связанные между собой дополнительный интегратор и ограничитель, вход которого соединен с фильтром, выход с амплитудным детектором, а фильтр выполнен режекторным с частотами подавления соответствующими гармониками питающей сети.

При этом режекторный фильтр исключает прохождение на вход детектора длительно действующих сигналов помехи, промодулированных гармониками напряжения питающей сети, а ограничитель и дополнительный интегратор исключают воздействие на схему кратковременных сигналов помехи, принимаемых приемником во всем диапазоне частот. В этом случае интегратор играет роль устройства, вырабатывающего уровень ограничения сигнала ограничителем. Выполнение такой функции интегратором нам неизвестно.

Сущность изобретения пояснена чертежом, где представлена блок-схема предлагаемого извещателя.

Извещатель имеет СВЧ-блок 1, состоящий из задающего генератора 2, связанного с допплеровским смесителем 3, передающей 4 и приемной 5 антенн. Низкочастотный допплеровский сигнал поступает с выхода смесителя на малошумящий усилитель 6, далее на режекторный фильтр 7, затем усиленный в устройстве низкой частоты (УНЧ) 8 сигнал поступает на ограничитель 9. Уровень ограничения задается интегратором 10.

После ограничения допплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор 11, интегратор 12. С выхода интегратора 12 сигнал в виде постоянного напряжения подают на вход компаратора 13, который соединен с блоком опорного напряжения 14, а с его выхода - на формирователь сигнала тревоги 13.

Работает извещатель следующим образом.

Передающая часть (генератор 2 и антенна 4) формируют СВЧ-излучение в охраняемой зоне.

Приемная часть (антенна 5 и смеситель 3) принимает отраженное излучение и выделяет допплеровский сигнал, возникающий при наличии движущегося объекта в охраняемой зоне.

Низкочастотный допплеровский сигнал, поступающий с выхода смесителя 3, усиливается малошумящим усилителем 6 и подается на режекторный фильтр 7, который предназначен для подавления помех с частотами, соответствующими гармоникам сетевого напряжения 50, 100, 150 Гц, попадающими в полосу усиливаемых допплеровских частот.

Глубина подавления гармоник сетевого напряжения составляет 10 - 15 дБ. Благодаря этому извещатель сохраняет свои основные характеристики (дальность действия и вероятность возникновения ложной тревоги) при нахождении в непосредственной близости (на расстоянии до 1 м) от такого наиболее интенсивного источника помех, как лампа дневного света. Далее усиленный сигнал поступает на диодный ограничитель 9. Уровень ограничения задается интегратором 10, на который поступает продетектированный ограничителем допплеровский сигнал.

Ограничитель служит для подавления кратковременных помех, которые могут возникать при включении и выключении, иногда самопроизвольно, люминесцентных источников света. Во время переходного процесса в СВЧ излучении этих источников света содержится широкий спектр частот, попадающий в полосу усиления УНЧ и не подавляемых режекторным фильтром. В этом случае ограничитель работает следующим образом.

При поступлении на его вход сигнала уровень ограничения, задаваемый интегратором, мал и допплеровский сигнал практически не поступает в последующую часть схемы. При длительном сигнале напряжение на выходе интегратора, определяющее уровень ограничения, повышается с постоянной времени τ₁ и через интервал времени, примерно равный 3τ₁, ограничитель без ослабления пропускает сигнал в последующую часть схемы.

Постоянная времени интегрирования τ₁ выбрана исходя из длительности переходного процесса при включении и выключении люминесцентных источников света и составляет 0,1 с.

Ограничитель дополнительно выполняет и еще одну функцию. Он повышает помехозащищенность извещателя, не допуская вырабатывания сигнала тревоги при незначительных перемещениях предметов в охраняемой зоне (движение портьер при колебаниях воздуха и т.п.). При этом постоянная времени τ₁ определяет минимальное расстояние l_min, которое должен пройти объект до его обнаружения. Так, при скорости объекта V = 1 м/с имеем l_min≈ 3Vτ₁= 0,3 м. После ограничения допплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор 11 и интегратор 12.

Дисперсия флуктуаций напряжения на выходе интегратора 12 обратно пропорциональна величине , где ΔF - полоса пропускания УНЧ. Чем больше τ₂ , тем выше отношение сигнал-шум на выходе интегратора. Увеличение τ₂ ограничивается заданным значением максимального расстояния l_max, которое может пройти объект до его обнаружения.

При l_max = 3 м и максимальной скорости объекта V_max = 3 м/с имеем τ₂≈ l_max(3V_max) ≈ 0,3 c . С выхода интегратора 12 сигнал в виде постоянного напряжения подают на вход компаратора 13. При превышении этим напряжением опорного значения, задаваемого формирователем 14, состояние на выходе компаратора 13 переключается и схема формирователя сигнала тревоги 15 выдает тревожное извещение заданной длительности и заданного вида.

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря использованию режекторного фильтра и ограничителя с интегратором 10 обладает повышенной помехозащищенностью.

Формула изобретения

Извещатель, содержащий СВЧ приемопередающий с доплеровским смесителем блок, сигнал с выхода которого усиливается малошумящим усилителем и подается на фильтр, амплитудный детектор, интегратор, компаратор, который соединен с блоком опорного напряжения, с выхода которого сигнал поступает на формирователь сигнала тревоги, отличающийся тем, что сигнал с амплитудного детектора поступает в интегратор, с выхода которого сигнал поступает на вход компаратора, при этом извещатель включает в себя ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, в ограничитель сигнал поступает с фильтра после усиления в устройстве низкой частоты, после ограничения сигнал поступает на амплитудный детектор, а фильтр выполнен режекторным с частотами подавления, соответствующими гармоникам питающей сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1