Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации

 

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика. Заявленный извещатель содержит малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, дополнительный интегратор, амплитудный детектор, интегратор, компаратор, блок опорного напряжения, формирователь сигнала тревоги и СВЧ-блок, состоящий из задающего генератора, передающей антенны, приемной антенны, доплеровского смесителя, балансного смесителя, фильтра нижних частот, усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и генератора опорной частоты. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение точности и чувствительности, а также увеличение дальности действия извещателя. 1 ил.

Предлагаемый извещатель относится к радиолокации и может использоваться в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика.

Известны устройства для охранно-пожарной тревожной сигнализации (авт. свид. СССР 339928, 386416, 571821, 788136, 824252, 924735, 1117673, 1661815, 1783561, 1836707; патенты РФ 2054690, 02117962; патент США 5281953; патент Великобритании 2-269970; патент Германии 4242973; патент Японии 5-52999 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации" (патент РФ 02117962, G 01 S 13/56, 1993), который и выбран в качестве прототипа.

Данный извещатель содержит приемопередающий с доплеровским 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 ограничения.

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

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

На точность измерения доплеровской частоты оказывают влияние уходы частоты СВЧ-блока 1. В то же время уходы частоты приводят к необходимости расширять полосу пропускания СВЧ-блока, в результате чего ухудшается его чувствительность и снижается дальность действия извещателя за счет понижения энергетического потенциала. Для сужения полосы пропускания до величины, близкой к ширине спектра сигнала, используется система АПЧ, которая естественно усложняет СВЧ-блок 1.

Технической задачей изобретения является повышение точности и чувствительности, а также увеличение дальности действия извещателя за счет сужения полосы пропускания СВЧ-блока.

Поставленная задача решается тем, что извещатель, содержащий СВЧ-блок, состоящий из задающего генератора, передающей антенны, последовательно включенных приемной антенны и доплеровского смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, а также последовательно соединенные малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор, второй вход которого соединен с выходом блока опорного напряжения, и формирователь сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя, снабжен генератором опорной частоты, балансным смесителем, фильтром нижних частот, усилителем промежуточной частоты и фазовым детектором.

Причем к первому выходу генератора опорной частоты последовательно подключены балансный смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, фильтр нижних частот и передающая антенна, к выходу доплеровского смесителя последовательно подключены усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора опорной частоты, а выход подключен к входу малошумящего усилителя.

СВЧ-блок предлагаемого извещателя, построенный по принципу гетеродинирования боковых составляющих, относится к системам с внутренней когерентностью, в которых непрерывные эталонные колебания сохраняют фазу и частоту зондирующего сигнала. Это обстоятельство обеспечивает снижение влияния уходов частоты СВЧ-блока на точность измерения доплеровской частоты и сужение его полосы пропускания, что увеличивает чувствительность и дальность действия извещателя за счет повышения энергетического потенциала.

Структурная схема извещателя представлена на чертеже.

Извещатель имеет СВЧ-блок 1, состоящий из последовательно включенных генератора опорной частоты 16, балансного смесителя 17, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора 2, фильтра 18 нижних частот и передающей антенны 4, из последовательно включенных приемной антенны 5, доплеровского смесителя 3, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора 2, усилителя 19 промежуточной частоты и фазового детектора 20, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора опорной частоты 16. К выходу фазового детектора 20 последовательно подключены малошумящий усилитель 6, режекторный фильтр 7, усилитель 8 низкой частоты, ограничитель 9, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором 10, амплитудный детектор 11, интегратор 12, компаратор 13, второй вход которого соединен с выходом блока 14 опорного напряжения, и формирователе 15 сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя.

Извещатель работает следующим образом. Задающий маломощный генератор 2 генерирует колебания с частотой f_о, близкой к несущей. В качестве задающего генератора 2 могут использоваться отражательные клистроны и полупроводниковые генераторы с устройствами стабилизации частоты. Для повышения стабильности могут применяться транзисторные с кварцевой стабилизацией генераторы и последующими умножителями частоты.

Генератор опорной частоты 16 является источником стабильных колебаний промежуточной частоты f_пр.

Балансный смеситель 17 преобразует два входных колебания, в результате чего на его выходе выделяются боковые полосы f_o±f_пр. Несущая подавляется балансной схемой. Одна из боковых полос должна быть подавлена. Это делается с помощью фильтра 18 нижних частот, который выделяет колебания с боковой частотой f_о-f_пр, а колебания с боковой частотой f_o+f_пр подавляются.

Колебания с боковой частотой в f_o-f_пр изучаются с помощью передающей антенны 4 в пространство в охраняемой зоне.

Приемная часть СВЧ-блока 1 (приемная антенна 5 и смеситель 3) принимает отраженное излучение и выделяет доплеровский сигнал, возникающий при наличии движущегося объекта в охраняемой зоне. Принимаемый сигнал имеет частоту: f_o-f_пр+f_g.

На выходе доплеровского смесителя 3 в результате преобразования выделяется сигнал с частотой колебаний f_пр+f_g, который усиливается в усилителе 19 промежуточной частоты, а затем подается на сигнальный вход фазового детектора 20, на опорный вход которого поступают колебания с частотой f_пр с второго выхода генератора опорной частоты 16. В результате совместного детектирования с опорным колебанием частоты f_пр выделяется доплеровский сигнал с частотой f_g.

Низкочастотный доплеровский сигнал, поступающий с выхода фазового детектора 20, 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 доплеровских 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 в усилителе 8 сигнал поступает на диодный ограничитель 9. Уровень ограничения задается интегратором 10, на который поступает продетектированный ограничителем 9 доплеровский сигнал.

Ограничитель 9 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 усилителя 8 низкой частоты и не подавляемых режекторным фильтром 7. В этом случае ограничитель 9 работает следующим образом.

При поступлении на его вход сигнала уровень ограничения, задаваемый интегратором 10, мал и доплеровский сигнал практически не поступает в последующую часть схемы. При длительном сигнале напряжение на выходе интегратора 10, определяющее уровень ограничения, повышается с постоянной времени τ₁ и через интервал времени, примерно равный 3τ₁, ограничитель 9 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 9 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 lmin, которое должен пройти объект до его обнаружения. Так, при скорости объекта V=1 м/с имеет lmin ≈ 3τ₁, V =0,3 м.

После ограничения доплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор 11 и интегратор 12.

Дисперсия флуктуации напряжения на выходе интегратора 12 обратно пропорциональна величине где ΔF - полоса пропускания усилителя 8 низкой частоты.

Чем больше τ₂, тем выше отношение сигнал-шум на выходе интегратора 12. Увеличение τ₂ ограничивается заданным значением максимального расстояния lmax, которое может пройти объект до его обнаружения.

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

Использование режекторного фильтра 7 и ограничителя 9 с интегратором 10 обеспечивает повышенную помехозащищенность извещателя.

Таким образом, предлагаемый доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации по сравнению с прототипом и другими устройствами аналогичного назначения обеспечивает повышение точности и чувствительности, а также увеличение дальности действия извещателя за счет сужения полосы пропускания СВЧ-блока. При этом СВЧ-блок, построенный по принципу гетеродирования боковых составляющих, относится к системе с внутренней когерентностью, в которой непрерывные эталонные колебания сохраняют фазу и частоту зондирующего сигнала.

Формула изобретения

Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации, содержащий СВЧ-блок, состоящий из задающего генератора, передающей антенны и последовательно включенных приемной антенны и доплеровского смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, а также последовательно соединенные малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор, второй вход которого соединен с выходом блока опорного напряжения, и формирователь сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя, отличающийся тем, что он снабжен генератором опорной частоты, балансным смесителем, фильтром нижних частот, усилителем промежуточной частоты и фазовым детектором, причем к первому выходу генератора опорной частоты последовательно подключены балансный смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, фильтр нижних частот и передающая антенна, к выходу доплеровского смесителя последовательно подключены усилитель промежуточной частоты и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора опорной частоты, а выход подключен к выходу малошумящего усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1