Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны

Изобретение относится к области тревожной сигнализации и предназначено для обнаружения нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны с срабатыванием средств тревожной сигнализации по факту прерывания инфракрасного барьера. Технический результат - повышение помехоустойчивости системы, снижение времени реакции системы и требуемой скорости передачи данных, упрощение электронного оборудования, снижение энергопотребления, а также расширение области применения системы для охраны протяженных рубежей и периметров особо важных объектов. Система состоит из центрального поста охраны и множества башен, размещенных последовательно на местности и образующих адресуемые участки из секций электронного светового барьера. Каждая башня содержит передатчики, приемники и блок электронный с процессором, блоком обработки, блоком памяти и интерфейсным блоком. Передатчики и приемники смежных башен разнесены по вертикали и образуют параллельные оптические каналы связи для передачи информации от одной башни к другой. Блок обработки каждого участка при этом формирует сигнал тревоги по определенному алгоритму. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны и вызвавшего срабатывания средства тревожной сигнализации по факту прерывания лучей многолучевого инфракрасного (ИК) барьера во время пересечения нарушителем этого рубежа охраны.

Общеизвестны способы и устройства обнаружения нарушителей, заключающиеся в делении протяженного рубежа охраны на участки с длинной (ориентировочно) от 10 до 300 м, и формировании на каждом из участков многолучевого ИК-барьера с количеством лучей от 2 до 16. Многолучевой ИК-барьер обычно состоит из передатчика, содержащего несколько вертикально разнесенных ИК-излучателей, образующих лучи, и приемника, содержащего несколько вертикально разнесенных чувствительных к ИК-излучению элементов. Передатчик и приемник обычно конструктивно выполнены в виде колонок или башен, размещаемых на рубеже охраны.

Обычно устройства тревожной сигнализации активного инфракрасного принципа действия, образующие участки, формируют сигналы тревоги, как правило, без локализации (указания) места пересечения рубежа охраны человеком-нарушителем.

При большом количестве устройств тревожной сигнализации, установленных на протяженных объектах охраны, традиционные способы контроля становятся неприемлемыми из-за сложности, большого объема и дороговизны оборудования и кабельных линий связи. Функциональная надежность таких систем по обнаружению нарушителя низка из-за низкой помехоустойчивости и неопределенности мест нарушения рубежа охраны, большого времени реакции системы, высокой требуемой скорости передачи данных и высокого энергопотребления. Таким образом, общеизвестные системы контроля протяженных рубежей охраны имеют сложное электронное оборудование, являются малоэффективными, дорогостоящими и не обладают достаточной помехозащищенностью.

К подобным системам можно отнести, например, лазерный забор «Laser fence», описанный в патенте US №3825916, МПК G08B 13/18, опубл. 1974 г. и содержащий станции (стойки), расположенные на участках местности вдоль охраняемого периметра. Станции содержат передатчики и приемники лазерного излучения, которые формируют в пространстве барьер из двух лучей, разнесенных в пространстве по вертикали и горизонтали. Сигналы тревоги, формируемые на участках при преодолении нарушителями рубежа охраны, передаются по кабельным линиям связи в групповой блок контроля (концентратор), в котором с помощью логической схемы обработки информации определяется место нарушения рубежа охраны и направление движения нарушителя.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются станции, содержащие передатчики и приемники лазерного излучения, логическая схема обработки информации.

Недостатком системы является возможность «засветки» передатчиками одного участка приемников другого, соседнего с ним, участка при расположении участков на местности по прямой линии. В этом случае за счет интерференции сигналов от передатчиков разных участков информация о нарушителе будет искажаться, что приведет к «пропускам» нарушителей и неправильному определению направления их движения. Другим недостатком является способ передачи сигналов тревоги от отдельных участков в групповой блок контроля по индивидуальным линиям связи. Этот способ удорожает в целом систему для контроля протяженных рубежей охраны.

Известна система, состоящая из виртуального электронного забора периметра с огнями, приводимыми в действие от солнца «Virtual electronic perimeter fence with solar powered lights», описанная в патенте US №2007/0012901, МПК A01K 3/00, опубл. 2007 г., содержащая стойки с излучателями и приемниками ИК-излучения, расположенными на углах периметра и формирующими между стойками виртуальный электронный забор (световой барьер). В каждой стойке расположены два излучателя, два приемника и процессор (блок электронный). Излучатели, так же как и приемники, разнесены по высоте стойки на базовое расстояние. Излучатели каждой из стоек излучают в пространство узкие ИК-импульсы (лучи), которые принимаются последующими стойками периметра, образуя при этом два замкнутых контура излучения (верхний и нижний). Направление прохождения лучей в верхнем и нижнем контурах противоположное друг другу (по часовой стрелке и против часовой стрелке). Длительность ИК-импульсов - единицы наносекунд. В каждом из контуров ИК-импульсы излучаются от стойке к стойки последовательно во времени и на разных частотах. Синхронизацией процессов приема и передачи ИК-импульсов в стойках управляет центральный процессор, который подключен к процессорам, размещенным в стойках, с помощью проводных линий связи по типу «звезда». При пересечении движущимся объектом охраняемого периметра формируется сигнал оповещения. В верхних частях стоек забора могут быть расположены панели солнечных батарей, лампы освещения и звуковые колонки. Кроме того, по меньшей мере, одна из стоек забора может быть снабжена камерой видеонаблюдения и прожектором.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: стойки, содержащие процессоры, а также излучатели и приемники ИК-излучения.

Недостатком системы является отсутствие возможности формирования сигнала оповещения с номером участка периметра для локализации места пересечения движущим объектом протяженного рубежа охраны.

Известен световой барьер для обнаружения объектов в контролируемой зоне «Light grid», описанный в патенте US №2005/0211883, МПК G06M 7/00, опубл. 2005 г. и содержащий первый корпус с заданным количеством передатчиков световых лучей с передающими оптическими объективами и второй корпус с заданным количеством приемников световых лучей с приемными объективами. Передатчики излучают световые лучи в инфракрасном диапазоне длин волн. Первый и второй корпуса светового барьера расположены на противоположенных краях контролируемой зоны. Для управления работой светового барьера используются блоки управления передатчиками и приемниками, расположенные соответственно, в первом и втором корпусах. Световые лучи передатчиков формируются таким образом, что попадают только на соответствующие приемники за счет узких пучков света. Световой барьер формирует сигнал обнаружения объекта при прерывании хотя бы одного светового луча.

Сходными существенными признаками являются: передатчики и приемники световых лучей, блоки управления передатчиками и приемниками.

Недостатком устройства является возможность формирования протяженных рубежей охраны на открытой местности лишь с применением множества однотипных устройств, объединенных групповыми концентраторами и проводными линиями связи, что существенно удорожает систему.

Другим недостатком является низкая помехоустойчивость из-за формирования сигнала обнаружения при перекрытии только одного светового луча, что возможно на открытой местности при листопаде и воздействии мелких животных и птиц. Третьим недостатком является ограниченная длина светового барьера вследствие узких световых лучей и недопустимости засветок одним передатчиком помимо основного приемника соседних с ним приемников на приемной стороне.

Известна система расположения светового барьера «Light barrier arrangement», описанная в патенте US №2007/0200699, МПК G08B 13/18, G01J 1/04, опубл. 2007 г., содержащая передающий и приемный блоки, образующие световой барьер. Передающий блок содержит определенное число передатчиков, излучающих световые лучи, а приемный блок содержит такое же число приемников для приема световых лучей. Передающий и приемный блоки кроме световых лучей связаны между собой еще дополнительным каналом интерфейса. Для организации канала интерфейса передающий блок содержит накопитель, блок управления (микропроцессор) и передающий модуль интерфейса, а приемный блок - запоминающее устройство, блок обработки и приемный модуль интерфейса. Канал интерфейса физически может быть выполнен в виде радиоканала связи, оптического канала или с помощью проводной линии связи.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: передающий и приемный блоки, содержащие, соответственно, передатчики и приемники световых лучей, блок управления и блок обработки.

Недостатком системы является отсутствие возможности формирования тревоги с номером участка для локализации места пересечения нарушителем протяженного рубежа охраны, оборудованного несколькими однотипными упомянутыми системами.

Известен световой барьер для обнаружения объектов в контролируемой зоне «Light grid for detecting objects in a monitored zone», описанный в патенте US №7741595, МПК G06M 7/00, опубл. 2010 г. и содержащий первый корпус с заданным количеством передатчиков световых сигналов и второй корпус с заданным количеством приемников световых сигналов. Световой барьер формируется между первым и вторым корпусами и используется в области техники безопасности для предотвращения попадания объектов (человека и его частей тела) в опасную зону. Передатчики первого корпуса активируются последовательно и циклически за счет генераторов кода, которые задают коды (или адреса) световых лучей. В состав второго корпуса входят усилители (по числу световых лучей) и блок обработки, содержащий два микроконтроллера, которые контролируют друг друга. Синхронизация световых лучей на приеме осуществляется за счет проверки правильности кодов световых лучей, которые хранятся в блоке обработки. Световой барьер формирует сигнал обнаружения объекта при прерывании хотя бы одного светового луча.

Сходными существенными признаками являются: передатчики и приемники световых сигналов, усилители и блок обработки.

Недостатком устройства является возможность формирования протяженных рубежей охраны на открытой местности лишь с применением множества однотипных устройств, объединенных групповыми концентраторами и проводными линиями связи, что существенно удорожает систему. Другим недостатком является низкая помехоустойчивость из-за формирования сигнала обнаружения при перекрытии только одного светового луча, что возможно на открытой местности при листопаде и воздействии мелких животных и птиц.

Известен способ сканирования и система с множеством лучей света «Scanning method and system for a multiple light beam system», описанная в патенте US №7960681, МПК G01N 21/86, опубл. 2011 г., которая содержит передающий модуль с передатчиком и множеством источников света, и приемный модуль с приемником и множеством детекторов света. Передающий и приемный модули формируют в пространстве световой барьер с множеством лучей света, по меньшей мере, два из которых обеспечивают передачу сигналов синхронизации (четного и нечетного). Сигналы синхронизации являются кодированными сигналами и несут в себе информацию о типе светового барьера, количестве лучей, разрешении светового барьера и другую служебную информацию (формат кодирования и код синхронизации). Синхронизация в системе работает поочередно, сначала от четного синхросигнала, потом от нечетного синхросигнала и так далее в циклической последовательности. В режиме синхронизма основные лучи светового барьера, излучаемые в виде импульсов последовательно друг относительно друга во времени, принимаются детекторами света приемника и анализируются на возможность их перекрытия посторонними объектами (частями тела человека - нарушителя). Перекрытие хотя бы одного основного луча приводит к формированию сигнала тревоги и остановку охраняемого производственного оборудования. При перекрытии лучей синхронизации сканирование основных лучей приостанавливается, и их состояние не анализируется.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: передающий модуль с передатчиком и множеством источников света, и приемный модуль с приемником и множеством детекторов света.

Недостатками системы являются отсутствие возможности формирования тревоги с номером участка и ее транслирование по лучу для протяженного рубежа охраны и высокое энергопотребление, связанное с большим количеством излучаемых импульсов в сигналах синхронизации (в качестве примера: 6 бит в четном синхросигнале и 14 бит в нечетном синхросигнале). Кроме того, исключено применение ИК-лазерных излучателей, требующих для работы достаточно больших интервалов (пауз) времени между излучаемыми импульсами синхросигналов (для обеспечения накачки лазера).

Известна система ретрансляции светового занавеса «Light curtain repeater system and method of operation)), описанная в патенте US №2003/0020616, МПК G08B 13/18, опубл. 2003 г., и содержащая передающую колонку (башню) с массивом светоизлучающих элементов (общее число n), приемную колонку (башню) с массивом светочувствительных элементов (общее число n) и промежуточную приемо-передающую колонку (башню) с массивами светочувствительных (общее число n) и светоизлучающих (общее число n) элементов, которая выполняет функцию ретрансляции светового занавеса. Система управления или центральный процессор, как правило, расположен в приемной колонке. Приемная и передающая колонки связаны оптическим или неоптическим средством синхронизации, в качестве которого могут быть: витая пара проводов, волоконно-оптический кабель или радиоканал. В приемо-передающей колонке каждый принятый световой луч поступает на электронную схему, содержащую компаратор, при превышении порогового уровня которого электронная схема включает соответствующий (по номеру n) светоизлучающий элемент для дальнейшей ретрансляции светового луча. Если интенсивность принятого светового луча уменьшилась, то пороговый уровень компаратора не будет превышен и электронная схема сформирует сигнал затенения светового луча (сигнал тревоги). Аналогичным образом сигнал тревоги будет сформирован при затенении каждого их световых лучей из общего числа n. В одном из вариантов системы используется интегральная (обобщенная) оценка степени интенсивности всех принятых световых лучей. Для этого приемо-передающая колонка содержит электронную схему сбора и обработки информации (блок обработки) и индикатор интенсивности света (в звуковой или визуальной форме). Указанная система формирует узкие световые лучи с углом расхождения не более 2,5 градусов и не допускает засветки одним лучом соседних светочувствительных элементов на приемной стороне. Основное применение системы - в качестве средства охраны в промышленных производствах для обнаружения человека или его частей тела при попадании их в опасную зону с выдачей команды на остановку производственного оборудования.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: передающая, приемо-передающая и приемная колонки со светоизлучающими (общее число n) и светочувствительными (общее число n) элементами, оптическое или неоптическое (проводное) средство синхронизации, электронные схемы, содержащие компараторы, электронная схема сбора и обработки информации, центральный процессор.

Недостатками системы являются отсутствие возможности формирования тревоги с номером участка для протяженного рубежа охраны и низкая помехоустойчивость при использовании системы на открытой местности. Другим недостатком является ограниченная длина участков светового занавеса вследствие узких световых лучей и недопустимости засветок одним световым излучателем помимо основного светочувствительного элемента соседних с ним светочувствительных элементов на приемной стороне.

Известно устройство «Многоступенчатый активный инфракрасный датчик» («Multistage active infrared sensor»), описанное в патенте US №6965109, МПК G01J 5/02, опубл. 2005 г.Устройство содержит множество многолучевых ИК-барьеров, соединенных последовательно, образуя при этом участки протяженного рубежа охраны. Каждый барьер (активный ИК-датчик) имеет излучатели и приемники света (ИК-сигналов) по числу формируемых лучей в барьере. Каждый излучатель в ИК-барьере формирует пакет данных, в котором содержится информация о номере участка (барьера) и номере луча в барьере. Эти пакеты данных в каждом барьере излучаются последовательно во времени с определенным временным сдвигом относительно друг друга, образуя информационные каналы передачи данных. Информация в каждом пакете данных представлена кодоимпульсным способом. Приемники ИК-сигналов, расположенные на приемной стороне каждого из барьеров, настроены на «свой» номер участка и «свой» номер луча в данном участке и осуществляют селекцию передаваемой информации. Сигналы других информационных каналов в этом случае не воспринимаются и, благодаря этому, исключается нежелательная «засветка» одних приемников ИК-сигналов другими ИК- излучателями. Для временного разделения информационных каналов на передающей стороне каждого барьера используются контроллеры (распределители) импульсов, а на приемной стороне - блоки распознавания (обработки). При пересечении любого из лучей на любом из участков нарушителем, формируется сигнал тревоги, который добавляется в пакет данных соответствующего информационного канала. Далее этот сигнал тревоги в составе соответствующего пакета данных последовательно транслируется от одного участка рубежа охраны к другому вплоть до приемной части конечного барьера, к которому подключены центральный приемник и сервер службы охраны.

Сходными существенными признаками заявленной системы и вышеуказанного устройства являются: активные ИК- датчики (многолучевые ИК-барьеры) соединенные последовательно и образующие участки протяженного рубежа охраны, излучатели и приемники ИК-сигналов в составе каждого ИК- барьера, наличие распределителей импульсов в передающей части и блоков распознавания в приемной части каждого многолучевого ИК-барьера, передача ИК-сигналов от излучателей к приемникам с временным сдвигом между информационными каналами, кодирование на передающей стороне номеров участков и номеров лучей на участке, селекция (выделение) на приемной стороне номеров «своего» участка и номеров «своего» луча этого участка, формирование сигнала тревоги и его трансляция от участка к участку по лучу.

Недостатками устройства являются высокое энергопотребление и низкая помехозащищенность. Высокое энергопотребление обуславливается наличием определенного количества кодовых импульсных посылок в пакете данных для кодирования номера участка, номера луча на участке и сигнала тревоги для каждого информационного канала. Такое количество импульсных посылок является избыточным и повышает общее энергопотребление устройства. Следует отметить, что кодовые импульсные посылки в пакете данных сосредоточены в узкой временной области, что исключает применения ИК-лазерных излучателей, требующих для работы достаточно больших интервалов (пауз) времени между излучаемыми импульсами (для обеспечения накачки лазера). Низкая помехоустойчивость обуславливается возможностью формирования ложных тревог при перекрытии одного из лучей мелкими объектами (птицами, падающей листвой, животными).

Известна «Инфракрасная система обнаружения вторжения» («Infra red intrusion detection system»), описанная в патенте ЕР №0919969, МПК G08 13/183, опубл. 1999 г. Система содержит передающий блок с множеством ИК-излучателей и приемный блок с множеством чувствительных к ИК-излучению элементов. Передающий и приемный блоки разнесены в пространстве на определенное расстояние (обычно до 150 м), образуя один участок рубежа охраны. Передающий блок содержит первый и второй автономные генераторы, первый счетчик/делитель (распределитель импульсов) и множество первых элементов И. Приемный блок формирует (по числу ИК-излучателей) и излучает в пространство пачки импульсов длительностью 2 мс, сдвинутые по времени относительно друг друга на 2 мс. Каждая пачка импульсов заполнена множеством коротких импульсов длительностью 12,5 мкс (общее количество 80). Каждый ИК-излучатель образует канал передачи пачек импульсов с периодом повторения 8 мс (на примере для четырех ИК- излучателей) и с общей скважностью не менее 50. Приемный блок содержит третий автономный генератор, второй счетчик /делитель (распределитель импульсов), множество вторых элементов И (по числу чувствительных к ИК-излучению элементов), элемент ИЛИ, реализованный на диодах и резисторе, первый и второй широтно-импульсные детекторы, первый и второй элементы задержки, полосовые фильтры, выход сигнала тревоги. Третий автономный генератор в приемном блоке имеет задающую частоту ниже, чем второй автономный генератор передающего блока, что в сочетании с применением элемента ИЛИ в приемном блоке, позволяет обойтись без использования линии синхронизации, соединяющей передающий и приемный блоки. Система обладает достаточной помехоустойчивостью за счет перекрестных засветок каждым из ИК-излучателей всех чувствительных к ИК-излучению элементов на приемной стороне. В этом случае может быть обеспечена селекция нарушителя (по краям и в центре участка) в зависимости от размеров нарушителя (как показано на Fig.3) и отстройка его от помеховых факторов (падающих листьев, мелких животных и птиц).

Сходными существенными признаками являются: передающий блок с множеством ИК-излучателей и приемный блок с множеством чувствительных к ИК-излучению элементов, формирование и излучение в пространство множеством ИК-излучателей импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на определенный временной интервал.

Недостатками системы являются отсутствие возможности формирования тревоги с номером участка для протяженного рубежа охраны и высокое энергопотребление, связанное с большим количеством излучаемых каждым ИК-излучателем импульсов в пачке (в качестве примера - 80). Кроме того, исключено применение ИК-лазерных излучателей, требующих для работы достаточно больших интервалов (пауз) времени между излучаемыми импульсами (для обеспечения накачки лазера).

Известна «Самоуправляемая периметровая система обнаружения вторжения» («Self-operated perimeter intrusion detection system»), описанная в патенте US №7511615, МПК G08B 13/18, опубл. 2009 г. Система формирует на местности периметровое заграждение, состоящее из множества постов (башен), оптически связанных друг с другом. Каждый пост содержит множество оптических приемопередатчиков, которые формируют на участке между соседними постами оптический занавес (барьер). Световые лучи на участке направлены встречно, каждый из которых «засвечивает» все приемопередатчики на противоположенной стороне участка. На примере восьми приемопередатчиков, расположенных на соседних башнях участка, показан световой барьер, содержащий 128 лучей (64 луча излучаются с одной стороны и 64 луча встречно излучаются с другой). На каждом посту расположена солнечная батарея и антенна для передачи информации в диспетчерскую систему. Длина волны излучаемого света от 750 нм до 1600 нм. Каждый приемопередатчик расположен в отдельном корпусе и содержит источник света, драйвер (модулятор), детектор света, чувствительный аналоговый усилитель, микропроцессор. Большое количество лучей позволяет повысить помехоустойчивость системы и использовать метод распознавания образов (для отстройки человека-нарушителя от животных и транспортных средств) с применением алгоритмов нечеткой логики, которые реализованы в локальном процессоре. Для снижения энергопотребления в системе используются обратные связи, которые обеспечивают автоматическую регулировку мощности излучения.

Сходными существенными признаками являются: посты, располагаемые на местности и формирующие оптические барьеры на участках периметра, источники излучения, модуляторы, приемники излучения, усилители, микропроцессоры.

Недостатком системы является возможность «засветки» излучателями одного участка приемопередатчиков другого, соседнего с ним, участка при расположении участков на местности по прямой линии. В этом случае за счет интерференции сигналов от излучателей разных участков информация о нарушителе будет искажаться, что приведет к неправильному распознаванию образа и ухудшению помехоустойчивости. Другим недостатком является высокая стоимость системы из-за большого количества лучей и наличия антенн и солнечных батарей на каждом из участков. В системе отсутствует возможность трансляции (ретрансляции) тревог с номерами участков по лучу от участка к участку, что могло бы существенно сэкономить на использовании аппаратных средств.

Упомянутые недостатки предыдущего патента частично устраняются в системе «Инфракрасная периметровая сигнализация» («Infra-red perimeter alarm»), описанной в патенте US №6806811, МПК G08B 13/00, опубл. 2004 г.Система состоит из нескольких однолучевых приемопередающих устройств, образующих на местности замкнутый периметровый контур рубежа охраны. Одно из устройств является базовым (ведущим) и формирует базовую последовательность кодированных зондирующих импульсов, излучаемых в пространство. Остальные приемопередающие устройства принимают и передают по очереди импульсные последовательности от участка к участку вплоть до базового приемопередающего устройства, замыкая таким образом периметр. В этой системе устраняется нежелательная «засветка» приемника на данном участке передатчиком другого участка за счет адресного кодирования зондирующих импульсов. Каждый участок имеет свой уникальный кодоимпульсный код (адрес или номер участка), который воспринимается только соответствующим приемником этого участка (приемниками других участков этот код игнорируется). Сформированная на определенном участке рубежа охраны тревога вставляется в виде «тревожного» импульса (alarm flag) с кодом номера этого участка в кодоимпульсную последовательность зондирующих импульсов, которая излучается в пространство на следующем участке. Таким образом, импульс тревоги с номером участка транслируется от участка к участку по лучу вплоть до базового устройства, где осуществляется его визуализация. Каждое приемопередающее устройство содержит ИК-приемник (IR detector), полосовой фильтр, ограничитель (sampler), логический блок контроля и ИК-передатчик (IR source). Указанная система отличается простотой и низкой стоимостью оборудования (использование одного луча при охране периметра объекта).

Сходными существенными признаками являются: приемопередающие устройства, содержащие ИК-приемник, полосовой фильтр, ограничитель, логический блок контроля и ИК-передатчик, кодоимпульсный метод формирования номера (адресного признака) участка, метод последовательной трансляции импульса тревоги с номером участка по лучу.

Недостатками системы являются высокое энергопотребление и низкая помехозащищенность. Высокое энергопотребление обуславливается наличием определенного количества кодовых импульсов в кодоимпульсной последовательности для кодирования номера участка и сигнала тревоги. Такое количество импульсов является избыточным и повышает общее энергопотребление системы. Кодоимпульсная последовательность сосредоточена в узкой временной области, что исключает применения ИК-лазерных излучателей, требующих для работы достаточно больших интервалов (пауз) времени между излучаемыми импульсами (для обеспечения накачки лазера). Низкая помехоустойчивость обуславливается возможностью формирования ложных тревог при перекрытии луча мелкими объектами (птицами, падающей листвой, животными).

Все упомянутые недостатки частично устраняются в другой, наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению, известной системе «Оптико-электронное охранное заграждение» («Opto-electronic security fence»), описанной в патенте US №5198799, МПК G08B 13/18, Н04В 1/38, опубл. 1993 г.

Система содержит: центральный пост охраны (headquarters), содержащий компьютер, и множество башен (стоек), размещенных на местности для организации электронного светового барьера. Одна башня из множества является базовой и соединена с центральным постом охраны с помощью линии интерфейса связи. Количество башен не ограничено и равно 2n, где n - целое число больше нуля. Расстояние между башнями от 50 до 1000 м. Между соседними башнями образованы участки (секции заграждения) за счет излучения и приема излучений соответствующими передатчиками и приемниками. Каждая башня содержит как минимум два передатчика и два приемника, а также блок электронный (электронный процессор) и аккумулятор. Передатчики могут излучать ИК-лучи в нижнем инфракрасном диапазоне длин волн или СВЧ-лучи в микроволновой области в диапазоне длин волн от 10 до 60 ГГц. Для исключения перекрестных засветок или засветок одним передатчиком других приемников (расположенных на смежных участках) передатчики имеют разные несущие частоты. Передатчики, так же как и приемники, закрепленные на башне, разнесены между собой по вертикали на определенное расстояние. Каждая башня имеет свой идентификационный номер, который служит для определения номера участка (секции заграждения), на котором возникает нарушение рубежа охраны. Лучи в системе излучаются последовательно от одной башни к другой башне, образуя при этом два параллельных канала связи. При прерывании нарушителем лучей на любом из участков заграждения - в башнях этого заграждения формируется сигнал тревоги. Если система не сможет передать данные о вторжении нарушителя, то эти данные будут храниться в блоке памяти, пока каналы связи не будут восстановлены. Каналы связи системы используются для синхронизации процессов приема-передачи информации, а также для трансляции от участка к участку сигнала тревоги с указанием номера участка (секции заграждения) и служебной информации (время событий, статус и др.). Передаваемые данные накладываются на ИК- луч путем модуляции его амплитуды. Тревога, сформированная на определенном участке, или тревога, принятая по каналам связи с предыдущего участка, добавляется в процесс модуляции луча для дальнейшей ее передачи по каналам связи. Таким образом, вся информации передается по лучам вплоть до базовой башни и далее по кабельной линии связи в центральный пост охраны. Блок электронный каждой башни содержит аналоговые и цифровые схемы необходимые для: обнаружения присутствия модулированных лучей света, извлечения данных из лучей света, выполнения команды от центрального поста охраны, генерирования ответа и модулирования источников света. Для реализации этих действий блок электронный содержит процессор, частотный модулятор, блок обработки, блок памяти, модуль извлечения данных (data extraction), интерфейсный блок (communication interface) и источник питания (преобразователь). Описанная в патенте система является мобильной (быстроразвертываемой), в конструкции башен используются треножники для быстрой установки их на местности. Для электропитания башен используются аккумуляторы. В качестве примера в патенте приведено воплощение системы, состоящей из шестнадцати башен.

Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: центральный пост охраны и группа башен, размещенных на местности вдоль протяженного рубежа охраны, а также входящие с состав каждой башни: приемники, передатчики и блок электронный, содержащий процессор, блок обработки, предназначенный для формирования сигналов тревоги, блок памяти, предназначенный для хранения сигналов тревоги и интерфейсный блок.

Недостатками системы являются: низкая помехоустойчивость, сложность электронного оборудования, большое время реакции системы, требуемая высокая скорость передачи данных и высокое энергопотребление, что снижает функциональную надежность системы в целом. Для примера системы, приведенной в патенте, должны быть выбраны 16 несущих частот, причем они должны быть достаточно разделены по частотам, чтобы минимизировать перекрестные помехи и повысить помехоустойчивость. Для этого же примера необходимо иметь 32 ИК- светодиода и 32 фотодиода, работающих на разных частотах, что уже является затруднительным. К тому же нужно иметь 32 разные схемы детекторов и модуляторов, настроенные на соответствующие частоты, или перестраивать эти схемы на каждом из участков. Высокое энергопотребление обуславливается непрерывным излучением энергии передатчиками, что является неблагоприятным фактором особенно для мобильных систем с электропитанием от аккумулятора. В указанном примере при обмене сообщениями используется 872 бита информации, что определяет максимально возможную скорость опроса системы, равную одному сообщению в секунду (время реакции системы велико). Большое количество бит в информационном пакете требует, к тому же, большой скорости передачи данных. В приведенном примере она равна 40 кГц, что определяет повышенные требования к каналам связи. Следует также отметить, что кодоимпульсная последовательность бит в информационном пакете сосредоточена в узкой временной области, что исключает применения ИК- лазерных излучателей, требующих для работы достаточно больших интервалов (пауз) времени между излучаемыми импульсами (для обеспечения накачки лазера).

Целью настоящего изобретения является повышение функциональной надежности системы.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют, во-первых, повысить помехоустойчивость системы, снизить время реакции системы и снизить требуемую скорость передачи данных, во-вторых, упростить электронное оборудование и снизить в целом материальные затраты на создание системы, в-третьих, снизить энергопотребление, а в целом - расширить область применения системы для охраны протяженных рубежей и периметров особо важных объектов, таких как, Государственная граница РФ, аэропорты, магистральные трубопроводы, железные дороги и т.п.

Повышение функциональной надежности достигнуто в предложенном варианте инфракрасной активной системы для контроля протяженных рубежей охраны, которая содержит центральный пост охраны, в состав которого входит компьютер, и множество башен (общее число n), размещенных последовательно на местности и образующих участки из секций электронного светового барьера с адресами участков (У1, У2,… Уn), одна из башен соединена с центральным постом охраны с помощью линии интерфейса связи, каждая башня содержит передатчики (общее число m) для излучения электромагнитной энергии (лучей), приемники (общее число m) для приема электромагнитной энергии (лучей) и блок электронный, передатчики и приемники смежных башен разнесены по вертикали на определенные расстояния и оптически связаны между собой для передачи информации от одной башни к другой, образуя при этом m параллельных каналов связи, блок электронный каждой башни содержит процессор, выполненный с возможностью управления процессами приема-передачи информации по каналам связи, блок обработки, предназначенный для формирования сигналов тревоги, блок памяти, предназначенный для хранения сигналов тревоги, и интерфейсный блок, другие блоки из указанного множества n подключены к линии интерфейса связи, процессор в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью обеспечения селекции адреса предыдущего участка (Уn) при приеме лучей по каналам связи путем выделения числового значения временного интервала №ПРД из импульсных последовательностей и сравнения его с числовым значением временного интервала №ПРМ, записанного в блоке памяти, а числовые значения временных интервалов №ПРД и №ПРМ, предназначенные для определения адреса участка (Уn) секции электронного светового барьера, передаются от центрального поста охраны в блок электронный каждой башни посредством линии интерфейса связи и записываются в блок памяти.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 приведена структурная схема инфракрасной активной системы для контроля протяженных рубежей охраны, где введены обозначения: центральный пост охраны - 1, башни - 2, приемники - 3, передатчики - 4, блоки электронные - 5, лучи - 6, первые информационные шины - 7, вторые информационные шины - 8, линия интерфейса связи - 9, нарушитель (злоумышленник) - 10. Нарушитель 10 движется в направлении пересечения рубежа охраны.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока электронного 5, который содержит процессор - 11, блок обработки - 12, блок памяти - 13, интерфейсный блок - 14.

На фиг. 3 приведены для примера временные диаграммы приема и передачи импульсных последовательностей сигналов одной башней 2 системы для четырех лучевого электронного светового барьера. Импульсы принимаемых лучей и лучей на передачу имеют одинаковый постоянный период следования Тcл, причем импульсы на передачу сдвинуты относительно импульсов на приеме на постоянную величину (например, между импульсами верхних лучей приема и передачи временной сдвиг равен величине Y).

На фиг. 4 приведен фрагмент временных диаграмм, изображенных на фиг. 3, выполненных в более крупном масштабе. Все четыре импульса на приеме сгруппированы в достаточно узкой временной области с условным названием «адресное поле» (заштриховано). Временной интервал между верхним и следующим за ним лучом определяет адрес предыдущего участка (№ПРМ) по приему. Аналогично, все четыре импульса на передачу также сгруппированы в достаточно узкой временной области (адресном поле), а временной интервал между верхним и следующим за ним лучом определяет адрес последующего участка (№ПРД) на передачу. На данной фиг. 4 период следования указан в числовом виде (Тcл=8 мс), а временной сдвиг между импульсами верхних лучей приема и передачи Y равен 1 мс.

На фиг. 5 приведен пример временной диаграммы приема-передачи импульсных последовательностей для системы, состоящей из восьми электронных световых барьеров (участков). Период следования Тсл разбит на 8 равных временных интервалов Y1…Y8, каждый из которых равен 1 мс. Участки электронных световых барьеров на фиг. 5 обозначены как У1…У8. Адресные поля с расположенными внутри них группами импульсов заштрихованы. На фиг. 5 изображен принцип трансляции в системе сигналов тревоги от участка к участку (сигналы тревоги третьего и пятого участка, обозначены пунктиром).

На фиг. 6 приведен пример организации двух вариантов контроля протяженных рубежей охраны. На фиг. 6 а) представлен линейный рубеж охраны, а на фиг. 6 б) представлен замкнутый контур (периметр) рубежа охраны.

Работа системы основана на использовании принципа приемо-передачи информации по каналам связи во временной области в отличие от прототипа, в котором применен частотный способ приема-передачи информации. Для этого в предлагаемой системе используется временное разделение приемо-передающих сигналов вместо методики частотной модуляции лучей и кодоимпульсного кодирования информации.

Предложенная система работает следующим образом.

При организации охраны протяженного рубежа (фиг. 1), весь рубеж разделяется на множество участков, на которых образуются секции электронного светового барьера с помощью множества башен 2 (общее число n), размещенных последовательно на местности на границах этих участков. Каждой секции электронного светового барьера присваивается адрес участка (У1, У2,… Уn). Каждая башня 2 содержит передатчики 3 (общее число m) для излучения электромагнитной энергии (лучей) 6, приемники 4 (общее число m) для приема электромагнитной энергии (лучей) 6 и блок электронный 5. Передатчики 3 и приемники 4 смежных башен 2 разнесены по вертикали на определенные расстояния и оптически связаны между собой для передачи информации от одной башни к другой, образуя при этом m параллельных каналов связи.

Блок электронный 5 каждой башни 2 содержит (фиг. 2): процессор 11, предназначенный для выполнения функции управления процессами приема-передачи информации по каналам связи во временной области, блок обработки 12, предназначенный для формирования сигналов тревоги, блок памяти 13, предназначенный для хранения сигналов тревоги. Блоки электронные 5 каждой башни 2 подключены посредством линии интерфейса 9 к центральному посту охраны 1, в состав которого входит компьютер. Процессор 11 в блоке электроном 5 каждой башни 2 формирует для передачи лучей 6 по каналам связи импульсные последовательности зондирующих сигналов с постоянным периодом следования Тел (фиг. 3), сдвинутых относительно друг друга на определенные временные интервалы. На фиг. 3 а) и фиг. 3 б) приведены для примера временные диаграммы структуры импульсных последовательностей сигналов одной башни 2 на приеме и передаче, формируемые для четырех лучевого электронного светового барьера.

Числовое значение периода следования Тел зондирующих сигналов обычно выбирается из условия обеспечения контроля быстро передвигающего человека-нарушителя, проникающего через секцию электронного светового барьера. Человек-нарушитель с поперечным размером 20-40 см, движущийся со скоростью 7-10 метров в секунду, при пересечении электронного светового барьера может прервать лучи на короткое время (не более 20-30 мс). Для надежного функционирования системы должно быть зафиксировано пропадание не менее трех импульсов зондирующего сигнала, поэтому оптимальное числовое значение Тсл может быть выбрано из интервала 6-10 мс. Увеличение периода следования грозит возможностью «пропуска» нарушителя, а уменьшение - сжатием временных информационных интервалов и увеличением энергопотребления. В изображенных на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 примерах, Тсл=8 мс. Верхний луч, по заднему фронту импульсов которого отмечены интервалы Тсл, условно назван базовым.

В каждой башне 2 импульсные последовательности зондирующих сигналов с выходных портов процессора 11 блока электронного 5 посредством второй информационной шины 8 поступают на соответствующие входы передатчиков 4 и далее изучаются ими в пространство в виде электромагнитной энергии (лучей) 6. Числовое значение временного интервала №ПРД, записанное в блоке памяти 13, используется для формирования адреса участка на передачу (Уn) путем сдвига по времени двух отдельных импульсных последовательностей между собой на указанное числовое значение. В целях экономии электроэнергии длительность импульсов в импульсных последовательностях должна быть небольшой. В приведенном примере длительность всех импульсов равна 4 мкс. Излучаемые лучи по каналам связи поступают на приемную сторону секции электронного светового барьера, где принимаются соответствующими приемниками 4 башни 2. С выходов приемников 4 импульсные последовательности принятых сигналов посредством первой информационной шины 7 подаются в блок электронный 5 на соответствующие входы блока обработки 12 и соответствующие входные порты процессора 11.

Процессор 11 в блоке электроном 5 каждой башни 2 обеспечивает селекцию адреса предыдущего участка (Уn) при приеме лучей по каналам связи путем выделения числовых значений временных интервалов из импульсных последовательностей и сравнении их с числовым значением временного интервала №ПРМ, записанного в блоке памяти 13. На фиг. 4 приведен фрагмент временных диаграмм, изображенных на фиг. 3, выполненных в более крупном масштабе. Все четыре импульса на приеме сгруппированы в достаточно узкой временной области с условным названием «адресное поле» (заштриховано). Временной интервал между верхним и следующим за ним лучом определяет адрес предыдущего участка №ПРМ по приему. Аналогично, все четыре импульса на передачу также сгруппированы в достаточно узкой временной области (адресном поле), а временной интервал между верхним и следующим за ним лучом определяет адрес последующего участка №ПРД на передачу. На данной фиг. 4 временной сдвиг между импульсами верхних (базовых) лучей приема и передачи Y равен 1 мс. Зондирующие импульсы базового луча должны образовывать базовую импульсную последовательность. Другие три импульсных последовательности в начале такта передачи должны быть сдвинуты относительно базового луча в сторону опережения на некоторый временной интервал (в данном примере он равен 8 мкс). Максимальная длительность адресного поля (АП) в приведенном примере для восьми участков равна 160 мкс, а числовые значения временных интервалов №ПРД и №ПРМ, соответствующие адресам участков Уn приведены в таблице 1. Числовые значения временных интервалов №ПРД и №ПРМ для каждой секции электронного светового барьера должны совпадать.

На фиг. 5 приведен пример временных диаграмм приема-передачи импульсных последовательностей для системы, состоящей из восьми электронных световых барьеров (участков). Период следования Тсл разбит на 8 равных временных интервалов Y1…Y8, каждый из которых равен 1 мс. Участки электронных световых барьеров на фиг. 5 обозначены как У1…У8. На фиг. 5 импульсные последовательности всех лучей одной башни 2 на приеме и передаче для наглядности совмещены в одной групповой временной диаграмме с обозначением адресного поля (АП), где сосредоточены эти импульсы. Адресные поля с расположенными внутри них группами импульсов заштрихованы. Например, на участке, обозначенном как У2, башня 2, расположенная в конце этого участка, принимает импульсы адресного поля АП2 и через задержку Y2 излучает импульсы адресного поля АП3. Аналогично функционируют остальные башни 2 на восьми участках.

Процессор 11 в блоке электроном 5 каждой башни 2 обеспечивает синхронизацию процессов приема-передачи путем обеспечения постоянного временного сдвига между приемными и передающими импульсными последовательностями после осуществления селекции адреса участка на приеме. На фиг. 3 этот временной сдвиг обозначен как Y.

Процессор 11 в блоке электроном 5 каждой башни 2 обеспечивает трансляцию сигнала тревоги данного участка и сигналов тревоги, принятых от предыдущих участков, путем вставки «тревожных» импульсов в определенные места импульсной последовательности зондирующих сигналов на передачу, соответствующие адресам этих участков. При этом каждая последующая башня 2 должна обеспечить задержку сигнала тревоги, как показано на фиг. 5. Пример формирования сигналов тревоги на третьем (ТР3) и пятом (ТР5) участках, а также их дальнейшая трансляция по лучу, представлены на фиг. 5. Тревожные импульсы ТР1…ТР8 вставляются, например, в середине соответствующего интервала Y1…Y8. Особенность предлагаемой структуры сигналов заключается в том, что при синхронизме всей системы, состоящей из восьми участков, все тревожные импульсы с одинаковым номером должны находиться по времени в одинаковых местах независимо от адреса участка Уn, что позволяет однозначно идентифицировать номер тревоги с любого места (участка) при анализе тревожной ситуации и исключить интерференцию сигналов тревоги. Числовые значения адресов участков (Уn) выбраны таким образом, чтобы любой возможный интервал времени, образуемый вставкой одного или нескольких тревожных импульсов, не мог восприниматься как адресный интервал и приводить к сбою синхронизации на участках. Следует отметить, что возможны другие воплощения структуры импульсных последовательностей приемо-передающих сигналов (например, по числовым значениям длительности импульсов и временным интервалам между ними), не противоречащие принципам, изложенным в данном изобретении.

При преодолении нарушителем 10 протяженного рубежа охраны (на определенном его участке), в блоке обработки 12 блока электронного 5 башни 2 соответствующей секции электронного светового барьера будет сформирован сигнал тревоги по определенному алгоритму с учетом одновременного прерывания нескольких лучей и анализа времен прерывания. В качестве примера для четырехлучевого светового барьера может быть использован алгоритм, описанный нижеследующим выражением:

где TP n - сигнал тревоги на участке Уn,

& - знак конъюнкции, v - знак дизъюнкции.

В данном выражении буквами Л1…Л4 обозначены лучи, пронумерованные сверху вниз (Л1 - верхний, а Л4 - нижний). В скобках указаны временные интервалы прерывания соответствующих лучей в миллисекундах. Взаимный сдвиг между лучами в выражении Л1(24) & Л2(24) & Л3(24) должен быть не более 256 мс (для фиксирования движений рук и ног нарушителя). Увеличение временных интервалов прерывания лучей Л3 и Л4 необходимо для обнаружения ползущего нарушителя.

Сформированный на участке Уn сигнал тревоги передается (транслируется) от башни к башне по лучу вплоть до конечной башни, и далее по линии интерфейса связи 9 поступает в центральный пост охраны 1. Временное расположение «тревожного» импульса в импульсных последовательностях приема-передачи на каждом из участков свидетельствует об адресе участка, на котором произошло нарушение рубежа охраны. Таким образом, центральный пост охраны 1 фиксирует факт преодоления протяженного рубежа охраны нарушителем на определенном его участке.

Процессор 11 и блок обработки 12 могут быть выполнены, например, на основе микроконтроллеров XMEGA фирмы Atmel. После установок башен 2 на местности и перед введением системы в эксплуатацию, числовые значения временных интервалов №ПРД и №ПРМ, предназначенные для определения адреса участка (Уn) секции электронного светового барьера, передаются от центрального поста охраны 1 в блок электронный 5 каждой башни 2 посредством линии интерфейса связи 9 и записываются посредством интерфейсного блока 14 и процессора 11 в блок памяти 13.

Использование принципа цифровой передачи информации по малопроводной линии интерфейса связи 9 в соответствии с протоколом последовательного интерфейса (RS-485 или CAN) позволяет осуществлять передачу в полосе 3 КГц, что допускает применение любых типов кабелей связи. Учитывая удаленное расположение протяженных рубежей ораны, этот факт позволяет снизить материальные затраты на создание системы в целом (используя более дешевые кабели связи).

Башни 2 на местности могут образовывать линейный рубеж охраны, при этом при числе башен n можно организовать n-1 участков рубежа охраны, а приемники 3 первой башни и передатчики 4 последней башни будут не задействованы. Такое расположение башен 2 представлено на фиг. 6 а). Башни 2 могут также образовывать замкнутый контур (периметр) рубежа охраны, при этом число башен 2 и число участков будут одинаковыми. Такое расположение башен 2 представлено на фиг. 6 б).

Действующий лабораторный макет предлагаемой системы подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета по обнаружению нарушителей на фоне помех, вызванных изменением погодных условий.

Введенные в известную систему дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать предлагаемой системе новые существенные свойства и расширить область применения системы.

1. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны, содержащая центральный пост охраны, в состав которого входит компьютер, и множество башен (общее число n), размещенных последовательно на местности и образующих участки из секций электронного светового барьера с адресами участков (У1, У2,… Уn), одна из башен соединена с центральным постом охраны с помощью линии интерфейса связи, каждая башня содержит передатчики (общее число m) для излучения электромагнитной энергии (лучей), приемники (общее число m) для приема электромагнитной энергии (лучей) и блок электронный, передатчики и приемники смежных башен разнесены по вертикали на определенные расстояния и оптически связаны между собой для передачи информации от одной башни к другой, образуя при этом m параллельных каналов связи, блок электронный каждой башни содержит процессор, выполненный с возможностью управления процессами приема-передачи информации по каналам связи, блок обработки, предназначенный для формирования сигналов тревоги, блок памяти, предназначенный для хранения сигналов тревоги, и интерфейсный блок, отличающаяся тем, что другие башни из указанного множества n подключены к линии интерфейса связи, процессор в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью обеспечения селекции адреса предыдущего участка (Уn) при приеме лучей по каналам связи путем выделения числового значения временного интервала №ПРД из импульсных последовательностей и сравнения его с числовым значением временного интервала №ПРМ, записанного в блоке памяти, а числовые значения временных интервалов №ПРД и №ПРМ, предназначенные для определения адреса участка (Уn) секции электронного светового барьера, передаются от центрального поста охраны в блок электронный каждой башни посредством линии интерфейса связи и записываются в блок памяти.

2. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что процессор в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью формирования для передачи лучей по каналам связи импульсных последовательностей зондирующих сигналов с постоянным периодом следования, сдвинутых относительно друг друга на определенные временные интервалы, причем числовое значение временного интервала (№ ПРД), записанное в блоке памяти, используется для формирования адреса участка на передачу (Уn) путем сдвига по времени двух отдельных импульсных последовательностей между собой на указанное числовое значение.

3. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что процессор в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью обеспечения синхронизации процессов приема-передачи путем обеспечения постоянного временного сдвига между приемными и передающими импульсными последовательностями после осуществления селекции адреса участка на приеме.

4. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что процессор в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью обеспечения трансляции сигнала тревоги данного участка и сигналов тревоги, принятых от предыдущих участков, путем вставки «тревожных» импульсов в определенные места импульсной последовательности зондирующих сигналов на передачу, соответствующие адресам этих участков.

5. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки (детектор прерывания лучей) в блоке электронном каждой башни выполнен с возможностью формирования сигнала тревоги по определенному алгоритму с учетом одновременного прерывания нескольких лучей и анализа времен прерывания.

6. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что башни образуют линейный рубеж охраны, при этом при числе башен n будет организовано n-1 участков рубежа охраны, а приемники первой башни и передатчики последней башни будут не задействованы.

7. Инфракрасная активная система для контроля протяженных рубежей охраны по п.1, отличающаяся тем, что башни образуют замкнутый контур (периметр) рубежа охраны, при этом число башен и число участков будут одинаковыми.