Система охраны периметра и территории



Система охраны периметра и территории
Система охраны периметра и территории
Система охраны периметра и территории
Система охраны периметра и территории

 


Владельцы патента RU 2447459:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

Система содержит систему телевизионного наблюдения, центральный пост с анализатором изображения и источник электромагнитного излучения (ЭМИ). Система телевизионного наблюдения включает по крайней мере одну выносную телевизионную камеру с оптической системой и приемником излучения. Ретрорефлекторы электромагнитного излучения установлены вдоль охраняемой зоны. Ретрорефлекторы размещены в поле зрения телевизионной камеры так, чтобы объект проникновения в охраняемую зону при своем перемещении перекрывал не менее одного из пучков излучения. Диаграмма направленности источника ЭМИ охватывает все ретрорефлекторы. Источник ЭМИ расположен по отношению к телевизионной камере так, чтобы выполнялось условие s<(Dпр+Dи)/2+Dр+βR, где s - расстояние между оптическими осями телевизионной камеры и источника ЭМИ, Dпр - диаметр входного зрачка оптической системы телевизионной камеры, Dи - диаметр выходного зрачка оптической системы источника ЭМИ, Dp - световой диаметр ретрорефлектора, β - угловое уширение отраженного ретрорефлектором пучка в направлении оси телевизионной камеры, R - дальность до ретрорефлектора. Технический результат - обеспечение высокой вероятности обнаружения посторонних объектов и их локализация в пространстве в большом диапазоне дальностей и в различных погодных условиях. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к системам определения наличия и местоположения посторонних объектов в охраняемых зонах, например на железных дорогах, в частности к локационным системам обнаружения и определения местоположения посторонних объектов в охраняемой зоне.

Известны системы обнаружения посторонних объектов в охраняемой зоне на базе систем телевизионного наблюдения [1]. Такие системы обеспечивают возможность наблюдения за охраняемой зоной и автоматического выявления в ней посторонних объектов. Недостаток таких систем - низкая вероятность обнаружения объектов при их малом контрасте, слабой освещенности или плохой прозрачности атмосферы на трассе наблюдения.

Этот недостаток устранен в системе охраны периметра и территории (зоны) путем определения наличия и местоположения посторонних объектов, содержащей систему телевизионного наблюдения, включающую выносную телевизионную камеру с оптической системой и приемником излучения и центральный пост с анализатором изображения, а также источник электромагнитного излучения (ЭМИ), направленный на охраняемую зону [2]. В этой системе используется принцип радиолокации - приема обратно отраженного объектами охраняемой зоны ЭМИ радиопередатчика и выделения из принятого сигнала информации о посторонних объектах.

Радиоизлучение обладает невысоким пространственным разрешением. Работа таких систем может быть нарушена помехами от соседних систем охраны и постановкой специальных радиопомех. Кроме того, радиоизлучение опасно для работающих на охраняемой территории, что требует снижения мощности источника излучения, а это приводит к сокращению радиуса действия системы. При этом данные радиолокационной системы несовместимы с данными системы телевизионного наблюдения вследствие их конструктивной и физической разнородности.

Задачей изобретения является обеспечение высокой вероятности обнаружения посторонних объектов и их локализация в пространстве в большом диапазоне дальностей и в различных погодных условиях при высокой информационной совместимости данных телевизионной и локационной систем.

Данная задача решается тем, что в известной системе охраны периметра и территории (зоны) путем определения наличия и местоположения посторонних объектов, содержащей систему телевизионного наблюдения, включающую по крайней мере одну выносную телевизионную камеру с оптической системой и приемником излучения и центральный пост с анализатором изображения, а также источник электромагнитного излучения (ЭМИ), направленный на охраняемую зону, введены ретрорефлекторы электромагнитного излучения, установленные вдоль охраняемой зоны, длина волны источника ЭМИ находится в пределах спектральной характеристики приемника излучения телевизионной камеры, ретрорефлекторы размещены в поле зрения телевизионной камеры так, чтобы объект проникновения в охраняемую зону при своем перемещении перекрывал не менее одного из пучков излучения, падающих на каждый ретрорефлектор от источника ЭМИ, а диаграмма направленности источника ЭМИ охватывает все ретрорефлекторы, причем источник ЭМИ расположен по отношению к телевизионной камере так, чтобы выполнялось условие

s<(Dпр+Dи)/2+Dp+βR,

где

s - расстояние между оптическими осями телевизионной камеры и источника ЭМИ;

Dпр - диаметр входного зрачка оптической системы телевизионной камеры;

Dи - диаметр выходного зрачка оптической системы источника ЭМИ;

Dр - световой диаметр ретрорефлектора;

β - угловое уширение отраженного ретрорефлектором пучка в направлении оси телевизионной камеры;

R - дальность до ретрорефлектора.

Система охраны периметра и территории может быть установлена с двух противоположных сторон охраняемой зоны.

Рабочий спектральный диапазон телевизионной камеры и источника ЭМИ может находиться в окне прозрачности атмосферы 8-14 мкм.

Пример конкретного исполнения.

На чертеже Фиг.1 представлена принципиальная схема системы охраны. Фиг.2 показывает телевизионное изображение охраняемой зоны. Фиг.3 иллюстрирует результат обработки изображения. На Фиг.4 показан ход лучей в системе (условно развернуто).

Система охраны содержит размещенную на мачте выносную телевизионную камеру, работающую в инфракрасном диапазоне (тепловизор) 1 и установленный в непосредственной близости от камеры источник электромагнитного излучения (CO2 лазер) 2. На охраняемой территории установлены ретрорефлекторы (уголковые отражатели) 3. Тепловизор и лазер связаны с центральным постом, не показанным на рисунке.

Система работает следующим образом.

Тепловизионная камера 1 получает и передает на центральный пост изображение охраняемой местности. Это изображение может контролироваться оператором с помощью телевизионного монитора или анализатором изображения с помощью электронной программы, решающей задачи обнаружения, локализации положения и опознавания посторонних объектов, проникших в охраняемую зону. Для выявления малоконтрастных объектов в условиях плохой видимости или при их специальной маскировке служит комплексированная с тепловизором активная система, включающая лазер 2 для подсветки охраняемой зоны и установленные на ней уголковые отражатели 3. Отраженное ими излучение лазера собирается оптической системой тепловизора и создает реперные отметки 5 на тепловизионном изображении. Их яркость значительно (на несколько порядков) превышает яркость местных предметов, особенно в условиях плохой видимости, снижающей контраст изображения. Обладая высоким контрастом, реперные отметки могут быть эффективно выделены из телевизионного сигнала. Результат такой обработки изображения представлен на Фиг.3. Посторонний объект 4, проникший в охраняемую зону, может не выделяться на фоне местности в силу своего малого контраста. Однако если он перекрывает ось между уголковым отражателем 3 и лазером 2, то на изображении исчезает соответствующая реперная отметка, что легко выявляется автоматическим анализатором изображения с высокой надежностью обнаружения. На Фиг.2б показан такой объект, а на Фиг.3 - изображение реперных отметок в картинной плоскости наблюдаемой зоны при отсутствии и наличии постороннего объекта. На Фиг.3б показано исчезновение двух реперных отметок, перекрытых объектом 4. На фиг.3а эти отметки показаны стрелками. Поскольку каждая реперная отметка привязана к местности, ее отсутствие на изображении локализует обнаруженный объект - указывает, на каком участке охраняемой зоны произошло проникновение. Попытка подмены уголкового отражателя имитатором может быть обнаружена при последовательном анализе изображений путем выявления перемещения имитатора при его установке. Для еще более надежного исключения таких попыток целесообразно контролировать охраняемую зону с двух сторон, установив с ее противоположной стороны аналогичное оборудование. Период между включениями источника ЭМИ не должен превышать времени пересечения объектом луча, падающего на ретрорефлектор от источника ЭМИ.

Пример.

Высота мачты (Фиг.1a) H=3 м. Расстояние до ближней границы охраняемой зоны Rmin=200 м. Расстояние до дальней границы охраняемой зоны Rmax=1700 м. Угол визирования ближнего отражателя αmin=arctg(Rmin/H)=89,14°. Угол визирования дальнего отражателя αmax=arctg(Rmax/H)=89,99°. Угловое поле охраняемой зоны α=αmaxmin~0,76°. Эффективное угловое поле излучения, поступающего в оптическую систему от дальнего отражателя, φ=arctg(ηпрDпр/Rmax)~(1,5·10-5)°,

где ηпр~0,5 - коэффициент использования отраженного излучения;

Dпр=0,05 м - диаметр приемного объектива.

Мощность излучения, поступающего на приемную площадку тепловизионного приемника Рпр=Pτ(φ/α)2,

где Р - мощность излучаемого лазером пучка;

τ - коэффициент потерь на трассе.

При указанных выше значениях φ и α, а также при Р=104 Вт и τ=0,7

Рпр=2·10-5 Вт.

Мощность фонового излучения Рф, падающего на приемную площадку тепловизионного приемника от местного объекта или от объекта проникновения в охраняемую зону, в первом приближении составляет [3]:

,

где

М=σТ4 - энергетическая светимость фонового объекта;

σ=5,7·10-8 Вт·м-2·K-4 - постоянная Стефана-Больцмана;

Т~300 К - абсолютная температура объекта;

ζ~π срад - телесный угол, в котором распространяется излучение фонового объекта;

Λ~10 мкм - спектральная полоса излучения фонового объекта;

Sпр=2,5·10-9 м2 - площадь приемной площадки фотоприемника;

θ=1:2 - относительное отверстие приемного объектива;

Δλ~5 мкм - рабочая спектральная полоса фотоприемника.

При этих данных Рф=3,6·10-8 Вт.

Если разность температур объекта проникновения и местного фона ΔТ=1°, то разность соответствующих значений мощности на приемнике ΔРф~5·10-10 Вт, что соответствует контрасту ΔРфф~1%. Реально эта величина еще меньше, поскольку приведенный расчет не учитывает «серости» объекта [3] и потерь излучения в атмосфере. При таком контрасте выделение такого объекта затруднительно, а обычно вообще невозможно.

Мощность излучения, падающего на элемент фотоприемника от подсвеченного лазером уголкового отражателя, на три порядка превышает мощность фонового излучения, что позволяет регистрировать появление в охраняемой зоне постороннего объекта с практически стопроцентной вероятностью.

Количество уголковых отражателей на охраняемой трассе может быть определено из условия одновременного перекрытия объектом нескольких отражателей. Чтобы объект высотой h м перекрыл не менее М отражателей, разность высот Δh между линиями визирования отражателей со стороны лазера должна составлять Δh=h/(M+1) м. Например, при Н=1,5 и М=2 Δh=0,5 м. При этом расстояние L между соседними k-м и (k+1)-м отражателями можно определить по формуле L=Rk+1·Δh/H*, где Rk+1 - дальность до (k+1)-го отражателя; Н* - разность высот между лазером и уровнем установки отражателей. Если, например, отражатели устанавливаются на высоте 0,5 м, то Н*=2,5 м.

Указанным условиям на трассе от 200 до 1700 метров соответствует установка отражателей на дальностях 228; 286; 357; 557; 697; 871; 1088; 1360; 1700 м. Таким образом, на дистанции 1500 м необходимо установить всего 9 отражателей, что вполне реализуемо в условиях железной дороги и других протяженных объектов охраны.

Для того чтобы часть отраженного ретрорефлектором излучения лазера попала в оптическую систему телевизионной камеры, должно выполняться условие, следующее из хода лучей, представленного на Фиг.4.

s<(Dпр+Dи)/2+Dp+βR,

где

s - расстояние между оптическими осями телевизионной камеры и источника ЭМИ;

Dпр - диаметр входного зрачка оптической системы телевизионной камеры;

Dи - диаметр выходного зрачка оптической системы источника ЭМИ;

Dр - световой диаметр ретрорефлектора;

β - угловое уширение отраженного ретрорефлектором пучка в направлении оси телевизионной камеры;

R - дальность до ретрорефлектора.

Всепогодность и всесуточность предлагаемого решения проверена экспериментально - в условиях полной темноты и в условиях дымки и тумана, а также при искусственном задымлении трассы - белым дымом от дымовых шашек и черным от сжигаемой вулканизированной резины.

Таким образом, при сравнительной простоте аппаратуры данное техническое решение обеспечивает высокую вероятность обнаружения посторонних объектов и их локализацию в пространстве в большом диапазоне дальностей и в различных погодных условиях при высокой информационной совместимости данных телевизионной и локационной систем.

Источники информации

1. А.В.Пименов. Системы видеонаблюдения на базе ПК и аппаратных видеорегистраторов. Системы безопасности, №2, 2010 г., стр.68.

2. А.В.Пименов. Охрана протяженных участков железных дорог. Системы безопасности, №3, 2010 г., стр.46 - прототип.

3. Ю.Г.Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов. Учебник. М.: Логос, 2004 г.

1. Система охраны периметра и территории (зоны) путем определения наличия и местоположения посторонних объектов, содержащая систему телевизионного наблюдения, включающую по крайней мере одну выносную телевизионную камеру с оптической системой и приемником излучения и центральный пост с анализатором изображения, а также источник электромагнитного излучения (ЭМИ), направленный на охраняемую зону, отличающаяся тем, что введены ретрорефлекторы электромагнитного излучения, установленные вдоль охраняемой зоны, длина волны источника ЭМИ находится в пределах спектральной характеристики приемника излучения телевизионной камеры, ретрорефлекторы размещены в поле зрения телевизионной камеры так, чтобы объект проникновения в охраняемую зону при своем перемещении перекрывал не менее одного из пучков излучения, падающих на каждый ретрорефлектор от источника ЭМИ, а диаграмма направленности источника ЭМИ охватывает все ретрорефлекторы, причем источник ЭМИ расположен по отношению к телевизионной камере так, чтобы выполнялось условие
s<(Dпр+Dи)/2+Dp+βR,
где s - расстояние между оптическими осями телевизионной камеры и источника ЭМИ;
Dпр - диаметр входного зрачка оптической системы телевизионной камеры;
Dи - диаметр выходного зрачка оптической системы источника ЭМИ;
Dр - световой диаметр ретрорефлектора;
β - угловое уширение отраженного ретрорефлектором пучка в направлении оси телевизионной камеры;
R - дальность до ретрорефлектора.

2. Система охраны периметра и территории по п.1, отличающаяся тем, что она установлена с двух противоположных сторон охраняемой зоны.

3. Система охраны периметра и территории по п.1, отличающаяся тем, что рабочий спектральный диапазон телевизионной камеры и источника ЭМИ находится в окне прозрачности атмосферы 8-14 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике сопровождения цели по направлению и дистанционной оценки параметров вибраций объектов по пространственным колебаниям отраженного от них оптического луча.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерений и может быть использовано в лазерных локационных системах, системах точного нацеливания узких лазерных лучей, в частности системах точного определения направления на источники лазерного излучения или оптико-электронный прибор.

Изобретение относится к способам обнаружения объекта с построением кадра изображения при разработке систем автоматического анализа и классификации изображений. .

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах, которые построены на основе матричных фотоприемников и выполняют измерение угловых координат точечных целей в условиях воздействия фоновых помех повышенного уровня.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к способам измерения расстояний и формы объектов, и может использоваться в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации. .

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах, которые выполняют поиск и обнаружение точечных целей в условиях повышенного уровня фоновых помех.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, которые обеспечивают обнаружение различных объектов и наблюдения за ними в условиях ограниченной видимости.

Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта.

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения объекта на плоскости

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано для обеспечения информационной безопасности служебных помещений, офисов фирм, банковских учреждений и т.п

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения материального объекта в пространстве

Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй - его измерителем и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов, теодолитов, телескопов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения

Изобретение относится к области обнаружения в пространстве и определения местоположения объектов в воздушной среде и воде при помощи визуально-оптического контроля лазерного сканирования, которое осуществляется с помощью активного телеметрического наблюдения за траекторией распространения лазерного луча

Использование: относится к области визуализации распределения в пространстве электрических полей СВЧ диапазона. Сущность: в установке визуализации СВЧ полей применены измерительная камера «открытого» типа из двух расположенных горизонтально параллельных медных дисков, антенна-зонд, перемещающаяся при помощи двух шаговых двигателей, управляемых компьютерной программой, как по дуге окружности, так и по ее радиусу, опорный канал, включенный параллельно измерительному при помощи двух делителей мощности СВЧ. Технический результат: обеспечивается возможность получения картины величины СВЧ поля в полярных координатах, а также значительно увеличивается чувствительность и помехозащищенность измерительного процесса. 2 ил.

Изобретение относится к области оптической электроники и может быть использовано в прецизионных системах обеспечения вхождения в связь, в системах точного нацеливания узких оптических лучей, системах траекторных измерений, а также в системах обеспечения устойчивости оптического канала передачи информации, размещенных на подвижных средствах. Достигаемый технический результат - получение возможности определения угловых координат источника оптического излучения подвижными пеленгационными средствами. Сущность способа определения направления на источник оптического излучения подвижными средствами заключается в следующем. Два оптико-электронных координатора (ОЭК) устанавливают на подвижные носители (автомобили, бронемашины и др.). При этом положение ОЭК стабилизируют в вертикальной и горизонтальной плоскостях с целью удержания ортогональной ориентации приемных полей ОЭК в системе координат. С помощью навигационной системы определяют текущие координаты местоположения ОЭК и относительно них координаты фотоэлементов матричных приемников. Принимают рассеянное аэрозольным образованием оптическое излучение источника и вычисляют его угловые координаты по текущим координатам фотоэлементов, имеющих максимальное значение выходных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть использовано в системах обнаружения оптических и оптико-электронных (ОЭ) средств наблюдения в естественных условиях и их идентификации. Перед зондированием осуществляют прием сигналов естественного фонового излучения, в котором измеряют спектральное распределение излучения и определяют в нем соотношение между интенсивностями спектральных компонент на трех выбранных длинах волн. Генерируют пучки лазерного излучения на этих длинах волн с соотношением интенсивностей пучков, соответствующим соотношению интенсивностей спектральных компонент в принятом фоновом излучении. Формируют суммарный пучок лазерного излучения и осуществляют зондирование и прием отраженного лазерного излучения на трех длинах волн и в широкой спектральной полосе. Измеряют уровни принятых оптических сигналов и определяют величины показателей световозвращения для трех длин волн и для широкой полосы длин волн. По указанным величинам формируют спектральный портрет показателя световозвращения, по которому осуществляют обнаружение и распознавание оптических и ОЭ средств наблюдения. Технический результат - повышение вероятности обнаружения и распознавания оптических и ОЭ приборов и средств наблюдения и определение их принадлежности к известным классам ОЭ приборов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптической локации и касается системы импульсной лазерной локации. Система содержит импульсный лазер, два однокоординатных сканирующих устройства, акустооптический дефлектор, выходную оптическую систему, вычислительное устройство, блок управления акустооптическим дефлектором, призменный светоделитель, измерительный канал, массив фотоприемных устройств, объектив массива фотоприемных устройств и волоконно-оптические жгуты. Волоконно-оптические жгуты с одной стороны смонтированы вместе и обращены торцами к фотоприемным устройствам, а с другой стороны волокна каждого жгута смонтированы в однорядные линейки, которые суммарно образуют однорядную линейку из волокон, торцы которой расположены в фокальной плоскости объектива фотоприемного устройства. Призменный светоделитель размещен между выходом акустооптического дефлектора и входом выходной оптической системы. Оптический вход измерительного канала соединен с выходом призменного светоделителя, а выход соединен с входом компенсации угловых ошибок вычислительного устройства. Технический результат заключается в уменьшении габаритно-весовых характеристик, повышении надежности и информативности лазерного локатора. 3 ил.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, расположенных и замаскированных на местности, а также для обнаружения различных объектов, например, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры. Система обнаружения содержит лазерные генераторы на нескольких длинах волн генерации, дефлекторы лазерного излучения, динамические спектральные фильтры, фотоприемные блоки, приемо-передатчик СВЧ-диапазона, блок эталонных отражателей и приемники сигналов спутниковой глобальной навигационной системы. Технический результат - повышение эффективности обнаружения и вероятности правильного обнаружения и распознавания оптических и оптоэлектронных приборов и средств наблюдения при отсутствии бликов отраженных сигналов, повышение точности определения координат обнаруженных объектов и привязки их координат к глобальной навигационной системе координат. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх