Проложенная в земле волоконно-оптическая телекоммуникационная система абонентского доступа и волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта (варианты) с использованием проложенной в земле волоконно-оптической телекоммуникационной системы абонентского доступа



Проложенная в земле волоконно-оптическая телекоммуникационная система абонентского доступа и волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта (варианты) с использованием проложенной в земле волоконно-оптической телекоммуникационной системы абонентского доступа
Проложенная в земле волоконно-оптическая телекоммуникационная система абонентского доступа и волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта (варианты) с использованием проложенной в земле волоконно-оптической телекоммуникационной системы абонентского доступа
Проложенная в земле волоконно-оптическая телекоммуникационная система абонентского доступа и волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта (варианты) с использованием проложенной в земле волоконно-оптической телекоммуникационной системы абонентского доступа
Проложенная в земле волоконно-оптическая телекоммуникационная система абонентского доступа и волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта (варианты) с использованием проложенной в земле волоконно-оптической телекоммуникационной системы абонентского доступа

 

H04B10/25 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2591205:

Белкин Михаил Евсеевич (RU)

Изобретение относится к области связи, в частности к мультисервисным сетям абонентского доступа (МСАД) на базе интерактивной волоконно-эфирной архитектуры. Технический результат состоит в обеспечении защиты от преднамеренного повреждения кабеля; в повышении точности определения места проникновения одноучастковой когерентной волоконно-оптической охранной системы (ВООС). Для этого разбивают охраняемую территорию крупного хозяйственного объекта как протяженной, так и локальной конфигурации на большое число связанных периметральных участков с длиной периметра каждого участка не более 10-15 км, что позволяет значительно расширить зону обслуживания, разбивают оборудования волоконно-оптической охранной системы на взаимоувязанные подсистему охраны кольцевой топологии, реализующую на каждом участке функцию зондирования периметра с помощью когерентной рефлектометрии, и подсистему связи двойной шинной топологии, реализующую функцию предварительной обработки и последовательной передачи между участками результатов зондирования подсистемы охраны в единый центр управления с использованием временного и спектрального разделения каналов и регенерации сигналов на каждом участке. Вводят в сенсорный волоконно-оптический кабель двух дополнительных одномодовых волокон для раздельной передачи сигналов исходящего и входящего направлений подсистемы связи, что позволяет исключить взаимное влияние обеих подсистем волоконно-оптической охранной системы при сохранении высокой чувствительности к акустическому воздействию. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области связи, в частности к мультисервисным сетям абонентского доступа (МСАД) на базе интерактивной волоконно-эфирной архитектуры, а также к области безопасности, в частности к волоконно-оптическим системам охраны территории от несанкционированного проникновения. Применение данной комбинированной системы позволяет, не ухудшая объема и качества предоставляемых абонентам современных телекоммуникационных услуг, значительно увеличить охраняемую зону, снизить эксплуатационные затраты, повысить надежность обнаружения несанкционированного проникновения и безопасность работы протяженных объектов, обеспечить непрерывный мониторинг рабочих параметров и технического состояния важных инфраструктурных объектов в жестких климатических условиях и при воздействии электромагнитных помех.

Современная телекоммуникационная МСАД почти повсеместно строится на базе волоконно-коаксиальной архитектуры (Белкин М.Е. Концепция построения сети абонентского доступа на базе волоконно-коаксиальных распределительных сетей. - Электросвязь, 1998, №1, с. 8-15), при использовании которой в жилых кварталах оптическое волокно доводится до дома или группы домов, а затем по коаксиальному кабелю до квартир абонентов. Данная сеть обеспечивает широкополосный интерактивный абонентский доступ с использованием древовидной либо радиально-узловой сетевой конфигурации. Однако в силу присущего ей «проводного» характера сеть волоконно-коаксиальной архитектуры предназначена только для обслуживания стационарных абонентов и не охватывает большой и очень важной в настоящее время (например, в связи с тенденциями развития систем персональной связи) социальной группы мобильных абонентов. Необходимость обеспечить потребности мобильных абонентов в высокоскоростных цифровых соединениях различного контента (телефонная связь, подключение к сети Интернет, цифровое телерадиовещание, передача сигналов мультимедиа и т.д.), а также потребность упростить соединения с терминалами стационарных абонентов за счет беспроводной технологии привела в последние годы к интенсивному развитию сетей абонентского доступа волоконно-эфирной структуры.

Обобщенная схема телекоммуникационной системы распределения волоконно-эфирной архитектуры (Radio over Fiber Technologies for Mobile Communications Networks. / Editors H. Al-Raweshidy, S. Komaki. - Artech House, 2002. - 436 pp.) приведена на фиг. 1. На центральной станции 1 (ЦС) оптический передатчик модулируется на поднесущих СВЧ диапазона цифровыми информационными сигналами со скоростями 1…10 Гбит/с. Волоконно-оптические линии соединяют центральную 1 и базовые станции 2 (БС). На базовой станции 2 осуществляются оптико-электрическое преобразование и передача в эфир в пределах зоны радиусом до 1-5 км. Сигналы принимаются и демодулируются абонентскими терминалами 3 (AT). Передача сигналов от абонента происходит в обратной последовательности. Конфигурация данной сети в зависимости от топологии зоны обслуживания может быть кольцевой (см. фиг. 1) либо радиальной. Согласно известным принципам построения МСАД для увеличения общей зоны обслуживания может быть применена многозонная архитектура. При этом отдельные зоны объединяются через БС 2.

Типичная функциональная схема волоконно-оптической охранной системы (ВООС), содержащая аппаратный блок 4 и сенсорный волоконно-оптический кабель 5 (СВОК), представлена на фиг. 2. В данной системе наиболее распространенной является периметральная конфигурация, так как обладает важными эксплуатационными преимуществами: отсутствие удаленного активного блока, возможностью мониторинга в реальном времени целостности СВОК и т.д. Основными узлами аппаратного блока являются: датчик зондирующего оптического сигнала на базе полупроводникового лазера, приемник оптического излучения на базе фотодетектора и узел обработки данных и сигнализации. Сенсорный волоконно-оптический кабель, формируемый на основе многомодового либо одномодового волокна, либо устанавливается на элементы ограждения охраняемой территории (стены, перекрытия, стеклянные поверхности и другие конструктивные блоки зданий и сооружений), либо прокладывается под землей. Преимуществом последнего способа является скрытность работы охранной системы, однако первый - обеспечивает лучшую чувствительность. Обнаружение попытки несанкционированного проникновения осуществляется методами, которые, в общем, можно разделить на две группы: с регистрацией прошедшего через сенсорный волоконно-оптический кабель сигнала (метод межмодовой интерференции, метод спекл-структуры, интерференционный метод, например, на базе интерферометра Саньяка) и с регистрацией отраженного сигнала (рефлектометрия).

Современные тенденции развития ВООС состоят в повышении экономичности, что, главным образом, выражается в увеличении площади охраняемой территории, повышении точности и надежности определения места несанкционированного проникновения и обеспечении скрытности работы, что означает подземную прокладку. Единственным реальным вариантом увеличения охраняемой территории является применение СВОК на базе одномодового волокна с передачей по нему зондирующих оптических сигналов в спектральном диапазоне 1,5-1,6 мкм, где обеспечивается минимальное затухание кварцевого волокна в районе 0,2 дБ/км. Однако такой подход можно обеспечить только за счет рефлектометрического метода обнаружения, важным достоинством которого является возможность одновременного определения нескольких фактов проникновения. В пользу применения последнего также говорит то, что работающие на базе этого метода устройства, называемые рефлектометрами, широко используются в процессе эксплуатации современных волоконно-оптических телекоммуникационных сетей для измерения длины проложенного волокна, целостности и затухания волоконного тракта и обнаружения места его повреждения с точностью до 10 м. Однако обнаружение в рефлектрометре данного типа основано на эффекте возникновения отражений в месте физического повреждения оболочки или сердцевины волокна, что не подходит для целей охраны.

Многочисленные исследования, разработки и опыт эксплуатации ВООС показали, что оптимальный путь обнаружения несанкционированного проникновения состоит в использовании крайне высокой чувствительности одномодового волокна к внешнему акустическому воздействию. При этом, как известно, происходят микроизменения показателя преломления неизбежно присутствующих в сердцевине волокна центров бриллюэновского или рэлеевского рассеяния, в результате чего появляются отраженные сигналы. Отметим, что использование последнего эффекта позволяет обеспечить на порядок большую чувствительность (Koyamada Y. et al. Fiber-Optic Distributed Strainand Temperature Sensing With Very High Measurand Resolution Over Long Range Using Coherent OTDR. Journal of Light wave Technology, 2009, v. 17, No 9, p. 1142-1146). Уровень этих отражений крайне мал, и для надежного обнаружения источника акустического воздействия необходимо обеспечить динамический диапазон аппаратного блока ВООС более 60 дБ.

Данное требование не удовлетворяется описанными выше рефлектометрами с использованием импульсной модуляции лазерного источника сигнала и некогерентного фотодетектирования отраженного сигнала, вследствие чего его динамический диапазон не превышает 35-40 дБ. Тем не менее проведенные в 80-х годах прошлого столетия исследования телекоммуникационных волоконно-оптических систем показали, что указанный выше динамический диапазон принципиально обеспечивается за счет использования когерентного фотодетектирования, когда в фотоприемнике смешиваются два когерентных оптических сигнала: принятый и опорный. Следуя этому пути, в последние годы были предложены различные варианты когерентных ВООС с использованием амплитудно-импульсной, поляризационно-импульсной либо частотной модуляции зондирующего сигнала и немодулированного высококогерентного опорного сигнала. В соответствие с этим вышеописанные известные методы обнаружения акустического воздействия на распределенный волоконно-оптический сенсор получили названия: когерентная оптическая временная, поляризационная и частотная рефлектометрия (COTDR, РО-OTDR и COFDR).

Проведенные сравнительные теоретические и экспериментальные исследования показали, что ВООС с PO-OTDR, хотя и обладает наибольшей чувствительностью к акустическому воздействию и разрешающей способностью определения места воздействия на сантиметровом уровне, не обеспечивает длины охраняемого участка более 1 км, что не соответствует указанным выше тенденциям развития ВООС. Из двух других схем построения аппаратного блока ВООС обе обеспечивают динамический диапазон более 60 дБ, однако чувствительность COFDR принципиально на 10-15 дБ выше, что позволяет применить датчики зондирующего сигнала меньшей мощности либо, используя волоконный усилитель, обеспечивать длину участка охраны до 100 и более километров. Однако, независимо от примененной схемы модуляции, наибольшая чувствительность СВОК к акустическому воздействию обеспечивается, когда длина пути в волокне прямого и обратного (отраженного от центра рассеяния) оптических сигналов значительно (по крайней мере, в два раза) меньше длины когерентности лазерного источника. В современных полупроводниковых лазерах диапазона 1,55 мкм за счет применения специальных схем сужения линии излучения удается обеспечить длину когерентности порядка 30 км, что ограничивает высокочувствительное обнаружение акустического воздействия 15-20 км при достаточной точности обнаружения места воздействия на уровне 1-10 м.

Известная схема реализации ВООС представлена на фиг. 3 (US 5194847, G01H 9/00 G01L 1/24, G01L 11/02, опубл. 16.03.1993) (принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов). В данной схеме непрерывный немодулированный оптический сигнал от высококогерентного лазера 6 (ширина линии менее 10 кГц) через оптический изолятор 7, предотвращающий уширение линии излучения лазера 6 вследствие обратной оптической связи от остальной части схемы, поступает на вход оптического модулятора 8 интенсивности излучения, работающего в режиме периодической импульсной модуляции, создавая короткие импульсы когерентного излучения. Для этой цели может быть использован акустооптический, электрооптический модуляторы либо полупроводниковый лазерный усилитель с одномодовыми волоконными вводом и выводом. Длительность импульсов может быть порядка 100 нс при периоде следования порядка 100 мкс. Оптические импульсы с выхода модулятора 8 вводятся во входное плечо 9 разветвителя 10 Х-типа на базе одномодового оптического волокна. Согласно известному принципу работы разветвителя 10, являющемуся взаимным устройством, введенное в плечо 9 оптическое излучение равномерно (50%:50%) распределяется в его выходные плечи 11 и 12. К плечу 11 подсоединяется чувствительное волокно 13, оканчивающееся неотражающей нагрузкой 14. Чувствительное волокно 13, например, для подземной прокладки, монтируется в волоконно-оптический кабель (не показан на фиг. 3), длина которого может достигать 50 км, благодаря низким потерям в волокне. К выходному плечу 12 напрямую подсоединяется неотражающая нагрузка 15. Возникший в результате внешнего акустического воздействия в волокне 13 отраженный сигнал через плечо 16 разветвителя 10 принимается, преобразуясь в электрический сигнал, фотодетектором 17, усиливается в малошумящем электронном усилителе 18 и вместе с шумами отображается на экране осциллографа 19. Дальнейшая обработка с целью выделения сигнала проникновения из шумов осуществляется современными компьютерными методами. В данной схеме обеспечивается точность определения места проникновения на уровне 10 м, что определяется длительностью зондирующего импульса 100 нс. Отмечается, что точность может быть повышена просто за счет ее уменьшения. Например, при длительности зондирующего импульса 50 нс точность обнаружения проникновения составит 5 м, что вполне достаточно для целей ВООС.

К основным недостаткам описанного выше принципа построения и схемы реализации ВООС, а также большого числа более поздних модернизированных схем ВООС, относится ограничение площади охраняемой территории: длина СВОК не более 50 км при длине высокочувствительного обнаружения 10-15 км (см. выше). Кроме того, в данной и других известных схемах отсутствуют решения по эффективной организации эксплуатации ВООС большой протяженности.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по совершенствованию принципов построения, повышению эффективности функционирования и сокращению срока окупаемости крупной мультисервисной сети абонентского доступа волоконно-эфирной архитектуры с протяженностью зоны обслуживания более 100 км.

При этом технический результат заключается:

- в эффективном совмещении внутри одной волоконно-эфирной сети функций предоставления абонентам современных телекоммуникационных и охранных услуг;

- в расширении зоны обслуживания когерентной волоконно-оптической охранной системы при сохранении высокой чувствительности и точности обнаружения места несанкционированного проникновения;

- в повышении надежности функционирования охранной системы;

- в повышении скорости реагирования на несанкционированное проникновение;

- в сокращении срока окупаемости системы в процессе эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в проложенную в земле волоконно-оптическую телекоммуникационную систему абонентского доступа на базе мультисервисной интерактивной распределительной сети волоконно-эфирной архитектуры, содержащей центральную станцию и соединенный с ней при помощи волоконно-оптических линий набор базовых станций кольцевой конфигурации, на которых осуществляются оптико-электрическое преобразование и передача в эфир радиосигналов в пределах зоны радиусом до 1-5 км, которые принимаются и демодулируются абонентскими радиотерминалами, с целью расширения функциональных возможностей в систему, не ухудшая объема и качества предоставляемых абонентам современных телекоммуникационных услуг, добавляется выполнение функций охраны обслуживаемой территории с помощью встроенной волоконно-оптической охранной системы.

Указанный технический результат достигается тем, что в волоконно-оптической охранной системе крупного хозяйственного объекта на базе метода когерентной рефлектометрии со схемой, содержащей высококогерентный лазерный излучатель, импульсно управляемый оптический модулятор и оптический разветвитель Х-типа, к первому входу которого подключен выход оптического модулятора, к первому и второму выходам - соответственно сенсорное волокно с неотражающей нагрузкой на конце и просто неотражающая нагрузка, а ко второму входу - фотодетектор, электронный усилитель и устройство, регистрирующее обратное рассеяние в сенсорном волокне вследствие акустического воздействия при пересечении границы охраняемой зоны нарушителем, с целью расширения зоны обслуживания когерентной волоконно-оптической охранной системы при сохранении высокой чувствительности и точности обнаружения места несанкционированного проникновения, охраняемая территория разбивается на большое число связанных участков с длиной периметра не более половины длины когерентности используемого лазерного излучателя, содержащих на каждом участке оборудование подсистемы охраны, схема которого соответствует известной схеме, и взаимоувязанное с ней оборудование подсистемы связи, реализующее функции предварительной обработки и последовательной передачи по отдельному волокну сенсорного волоконно-оптического кабеля результатов зондирования всех участков подсистемы охраны в единый центр управления с использованием временного и спектрального разделения каналов и регенерации сигналов на каждом участке.

При этом с целью повышения надежности ее функционирования схема подсистемы связи построена на базе двойной шинной либо двойной древовидной топологии с пространственным разнесением основного и резервного оптических трактов и в оптическую схему каждого участка введены базовые станции, с помощью которых осуществляется формирование и передача в центр управления сигналов видеомониторинга реального времени основных инфраструктурных объектов охраняемой территории.

А с целью повышения скорости реагирования на несанкционированное проникновение дополнительно вводится волоконно-эфирный канал экстренной связи диспетчера с эксплуатационными бригадами, функционирование которого осуществляется посредством подсистемы связи.

Кроме того, с целью сокращения срока окупаемости в процессе эксплуатации на охраняемой территории с помощью подсистемы связи дополнительно распределяются современные телекоммуникационные услуги, что, благодаря ее инвертированному трафику, реализуется, не мешая функционированию и не снижая помехозащищенности подсистемы охраны.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

Фиг. 1 поясняет известный принцип и схему построения телекоммуникационной системы распределения волоконно-эфирной архитектуры;

фиг. 2 поясняет известный принцип построения периметральной волоконно-оптической охранной системы;

фиг. 3 поясняет известный принцип и схему построения когерентной волоконно-оптической охранной системы - прототип;

фиг. 4 иллюстрирует принцип построения предложенной комбинированной волоконно-оптической системы абонентского доступа;

фиг. 5 поясняет принцип построения и общую схему многоучастковой ВООС согласно изобретению, вариант соединения участков с двойной шинной конфигурацией;

фиг. 6 поясняет принцип построения и общую схему многоучастковой ВООС согласно изобретению, вариант соединения участков;

фиг. 7 иллюстрирует поперечное сечение использованного в настоящем изобретении сенсорного волоконно-оптического кабеля;

фиг. 8 иллюстрирует пример схемы кабельных соединений и трафика в 3-участковой комбинированной волоконно-оптической системе абонентского доступа согласно изобретению.

Согласно настоящему изобретению рассматривается усовершенствованная архитектура сети абонентского доступа, содержащая большое число связанных участков с длиной периметра каждого участка не более 15-20 км. Первый участок контролируется единственной обслуживаемой в системе центральной станцией 20 (ЦС), а остальные - необслуживаемыми узловыми станциями 21 (УС). Пример, иллюстрирующий принцип построения предложенной комбинированной волоконно-оптической системы абонентского доступа, показан на фиг. 4. В данном примере с помощью предложенной МСАД волоконно-эфирной структуры обслуживаются железнодорожная станция, прилегающее станционное хозяйство 23 и расположенный поблизости город либо крупный хозяйственный объект 24.

Функционирование многоучастковой ВООС осуществляется с помощью двух взаимоувязанных подсистем: подсистемы охраны, обеспечивающей независимое обнаружение факта (фактов) несанкционированного проникновения на каждом участке, и подсистемы связи, обеспечивающей предварительную обработку и передачу результатов охраны каждого участка в единый центр управления. В данной ВООС дополнительно вводятся базовые станции 25 (БС), функциями которых является круглосуточный видеомониторинг в реальном времени наиболее важных инфраструктурных объектов охраняемой территории и передача результатов наблюдения в центр управления с помощью подсистемы связи, волоконно-эфирный канал экстренной связи диспетчера с эксплуатационными бригадами (замена отказавшего блока системы и выезд на место проникновения), функционирование которого также осуществляется посредством подсистемы связи. Одновременно в данной многоучастковой ВООС без изменения схемы линейного тракта и ослабления помехозащищенности охранной системы дополнительно вводятся функции по предоставлению на охраняемой территории современных телекоммуникационных услуг с использованием волоконно-эфирной архитектуры.

Суть предложенного изобретения заключается:

- в комбинировании в одной проложенной в земле волоконно-оптической системе телекоммуникационных и охранных функций, что позволяет сократить затраты на строительство, снизить эксплуатационные расходы и срок окупаемости системы и обеспечить защиту от преднамеренного повреждения кабеля;

- в разбиении обслуживаемой территории как протяженной (длина много больше ширины, например трубопроводы, железнодорожное полотно, энергосети), так и локальной (сопоставимые длина и ширина, например муниципальные образования городского и сельского типов, электростанции, железнодорожные узлы, склады) конфигурации на большое число связанных периметральных участков с длиной периметра каждого участка не более 10-15 км, что позволяет сохранить высокие чувствительность и точность определения места проникновения одноучастковой когерентной ВООС и обеспечить требуемое качество эфирной доставки телекоммуникационных услуг и высокую скорость реагирования на факт проникновения;

- в разбиении оборудования ВООС на взаимоувязанные подсистему охраны кольцевой топологии, реализующую на каждом участке функцию зондирования периметра с помощью когерентной рефлектометрии, и подсистему связи двойной шинной топологии, реализующую функцию предварительной обработки и последовательной передачи между участками результатов зондирования подсистемы охраны в единый центр управления с использованием временного и спектрального разделения каналов и регенерации сигналов на каждом участке, что позволяет увеличить протяженность охраняемой территории до 1000 и более километров и одновременно повысить надежность регистрации факта проникновения на удаленных участках;

- во введении в сенсорный волоконно-оптический кабель двух дополнительных одномодовых волокон для раздельной передачи сигналов исходящего и входящего направлений телекоммуникационной распределительной системы и подсистемы связи охранной системы, что позволяет исключить взаимное влияние обеих подсистем ВООС при сохранении высокой чувствительности к акустическому воздействию;

- во введении дополнительных встроенных функций, обеспечивающих повышение надежности функционирования и сокращение срока окупаемости ВООС без усложнения ее схемы.

Для конкретного пояснения на фиг. 5 и 6 приведен пример схемы построения предложенной системы. Чтобы наилучшим образом удовлетворить противоречивым требованиям к конфигурации зоны обслуживания ВООС (см. выше) используется периметральная конфигурация одиночного участка охраны и два варианта соединения участков: с двойной шинной конфигурацией (фиг. 5) и двойной древовидной конфигурацией (фиг. 6), в которых применены одни и те же принципы организации связи между участками. Каждый такой участок представляет собой в конструктивном исполнении ВООС 15 по фиг. 2 (US 5194847), описание которого было дано ранее. На обеих фигурах первый (начальный) участок 26 системы принципиально содержит обслуживаемую центральную станцию 20 (ЦС) и проложенный по его периметру сенсорный волоконно-оптический кабель 27 (СВОК) кольцевой конфигурации (т.е. топологически начинающийся и кончающийся на ЦС 20). Связь между участками осуществляется с помощью необслуживаемых узловых станций 21 (УС). Кроме того, в состав каждого участка могут входить необслуживаемые базовые станции 25 (БС). Дополнительной особенностью системы с двойной древовидной конфигурацией (фиг. 6) является возможность обслуживания как прилегающих участков (участки 28 и 29), так и пространственно разнесенных (участки 30 и 31) участков, что повышает гибкость ее конфигурирования. В последнем случае ответвленные участки вводятся в ближайший участок ствола через БС по отдельному волоконно-оптическому кабелю длиной до 80-100 км.

На схемах фиг. 5 и 6 СВОК используется в системе в качестве распределенного волоконно-оптического датчика акустического давления и одновременно в качестве интерактивной среды передачи сигналов связи. Дополнительно в нем обеспечивается возможность подачи дистанционного электропитания на вспомогательные активные устройства линейного тракта участка. Для удовлетворения вышеуказанных требований он обладает следующими техническими показателями: наличие минимум трех стандартных одномодовых оптических волокон, два варианта реализации (полностью диэлектрический и с металлическими жилами), возможность прокладки в грунте, электромагнитная пассивность, пожаростойкость. Пример сечения основного варианта исполнения СВОК показано на фиг. 7, где 32 - армирующий стержень (диэлектрический, необязательный элемент); 33 - информационно-телекоммуникационное волокно ИТВ-1 (исходящее направление); 34 - акустически чувствительное волокно АЧВ; 35 - информационно-телекоммуникационное волокно ИТВ-2 (входящее направление); 36 - защитное покрытие (вспененный полиэтилен, металлическая броня).

Основными функциями единственной на систему ЦС 20 являются: определение места и объекта несанкционированного проникновения на всех участках; передача (по АЧВ СВОК), прием (по тому же волокну) и обработка сигнала охраны 1-го участка; прием (по ИТВ-2 СВОК) и обработка сигналов охраны и телекоммуникационных сигналов обратного канала остальных участков; передача (по информационному волокну ИТВ-1 СВОК) телекоммуникационных сигналов прямого канала, сигналов управления УС всех участков и БС участка 1; прием и обработка сигналов видеомониторинга и других сигналов от БС 25; определение целостности периметра участка 1, экстренная связь диспетчера с эксплуатационными бригадами. Также ЦС 20 обладает возможностью обеспечивать: дистанционное электропитание БС участка 1, прием (через БС участка 1) сигналов различных датчиков физических величин, пожарной и охранной сигнализации, сигналов других коммунальных служб объекта; связь с внешними телекоммуникационными службами (телефония, телевидение, интернет, высокоскоростная передача данных и т.д.); интерактивное распределение сигналов внешних телекоммуникационных служб абонентам всех участков (участка 1 через БС, остальных участков через соответствующую УС).

Остальные участки комбинированной МСАД управляются через необслуживаемые УС 21, количество которых соответствует N-1, где N - число участков в системе. Основными функциями узловой станции являются: определение места и объекта несанкционированного проникновения на своем участке; передача (по АЧВ СВОК), прием (по тому же волокну), предварительная обработка и передача на ЦС сигнала охраны своего участка; ретрансляция (с регенерацией) сигналов охраны участков большего номера и сквозной проход АЧВ предыдущего участка; передача (по первому информационному волокну ИТВ-1) сигналов управления всем БС своего участка; прием и передача на ЦС сигналов видеомониторинга от всех БС участка; определение целостности периметра своего участка, передача на ЦС сигнализации целостности периметра и работоспособности оборудования, обеспечение экстренной радиосвязи диспетчера с находящейся на участке эксплуатационной бригадой. Также УС обладает возможностью обеспечивать: дистанционное электропитание БС своего участка, прием (от всех БС участка) сигналов различных датчиков физических величин, сигнализации пожарной и охранной и других служб; интерактивное распределение переданных с ЦС сигналов внешних телекоммуникационных служб абонентам своего участка (через соответствующую БС).

Для обеспечения видеомониторинга в реальном времени обстановки в районе наиболее важных инфраструктурных объектов охраняемой территории и интерактивной связи с различными внутренними и внешними объектами на каждом участке используются базовые станции. Их основными функциями являются: видемониторинг с помощью набора телекамер, прием управляющих сигналов от УС данного участка и сигнализация работоспособности оборудования, передача результатов видеомониторинга на соответствующую УС, обеспечение сквозного прохода АЧВ данного участка. Также БС обладает возможностью обеспечивать: ввод дистанционного электропитания от УС своего участка, прием (от соответствующих абонентских терминалов) сигналов различных датчиков физических величин, сигнализации пожарной и охранной и других служб и передача их на УС; интерактивное распределение с помощью радиосредств переданных с УС сигналов внешних телекоммуникационных служб абонентам своего участка.

Примеры схемы кабельных соединений при передаче по СВОК зондирующих сигналов (1 - АЧВ) с помощью подсистемы охраны, а также результатов зондирования, волоконно-эфирного канала экстренной связи и видеомониторинга (2 - ИТВ-1, 3 - ИТВ-2) с помощью подсистемы связи в трехучастковой комбинированной МСАД приведены на фиг. 8. Расчеты показали резкую асимметричность трафика. А именно, для эффективного функционирования ВООС требуется скорость передачи около 2 Мбит/с в исходящем направлении и около 2,5 Гбит/с во входящем направлении.

Таким образом, в предложенной комбинированной МСАД охранная система функционально состоит из взаимоувязанных подсистем охраны и связи, а схемотехнически - из аппаратурных комплексов центральной, узловых и базовых станций, комплекта волоконно-оптических кабелей и комплекта программного обеспечения. Причем подсистема связи строится по тем же принципам, что и современная локальная телекоммуникационная волоконно-оптическая система абонентского доступа, и также имеет резко асимметричный трафик связи. Однако в отличие от последней он инвертирован. А именно объем информации, передаваемый во входящем направлении, значительно выше объема в исходящем направлении, которое используется только для передачи низкоскоростных управляющих сигналов на узловые и базовые станции, а также для канала экстренной связи диспетчера с эксплуатационными бригадами. Данная особенность использована в настоящем изобретении для распределения на охраняемой территории современных телекоммуникационных услуг (телевизионного вещания, интернет-связи и т.д.) с принципиально обратным трафиком (см. фиг. 8), что, не мешая функционированию и не снижая помехозащищенности подсистемы охраны, приведет к значительному сокращению срока окупаемости ВООС за счет взимания абонентской платы за предоставляемые услуги.

Первый технический результат достигается за счет совместимости принципов построения и схем телекоммуникационной и охранной систем (сравниваем фиг. 1 и фиг. 2), а также за счет инвертированности их трафиков связи.

Второй технический результат достигается за счет разбиения охраняемой территории на большое число связанных периметральных участков.

Третий технический результат достигается за счет применения длины периметра каждого участка не более 10-15 км и подсистемы связи двойной шинной топологии.

Четвертый технический результат достигается за счет введения встроенного волоконно-эфирного канала экстренной связи диспетчера с эксплуатационными бригадами и также за счет применения длины периметра каждого участка не более 10-15 км.

Пятый технический результат достигается за счет распределения на охраняемой территории современных телекоммуникационных услуг.

1. Волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта, представляющая собой выполненную с использованием метода когерентной рефлектометрии подсистему охраны кольцевой топологии по схеме, содержащей высококогерентный лазерный излучатель, импульсно управляемый оптический модулятор и оптический разветвитель Х-типа, к первому входу которого подключен выход оптического модулятора, к первому и второму выходам - соответственно укладываемое по периметру охраняемой зоны сенсорное волокно с неотражающей нагрузкой на конце и просто неотражающая нагрузка, а ко второму входу - фотодетектор, электронный усилитель и устройство, регистрирующее обратное рассеяние в сенсорном волокне вследствие акустического воздействия при пересечении границы охраняемой зоны нарушителем, отличающаяся тем, что она снабжена подсистемой связи, а подсистема охраны кольцевой топологии состоит из более чем одного охранного модуля, каждый из которых включает в себя высококогерентный лазерный излучатель, импульсно управляемый оптический модулятор и оптический разветвитель Х-типа, к первому входу которого подключен выход оптического модулятора, к первому и второму выходам - соответственно укладываемое по периметру охраняемой зоны сенсорное волокно с неотражающей нагрузкой на конце и просто неотражающая нагрузка, а ко второму входу - фотодетектор, электронный усилитель и устройство, регистрирующее обратное рассеяние в сенсорном волокне вследствие акустического воздействия при пересечении границы охраняемой зоны нарушителем, в подсистеме охраны кольцевой топологии каждый участок охраняемой зоны охвачен по периметру протяженностью не более половины длины когерентности используемого лазерного излучателя отдельным сенсорным волокном, относящимся к оборудованию соответствующего охранного модуля, при этом схема подсистемы связи построена на базе двойной шинной либо двойной древовидной топологии с пространственным разнесением основного и резервного оптических трактов, и в оптическую схему которой для каждого участка охраняемой зоны введены базовые станции, с помощью которых осуществлено формирование и передача в центр управления сигналов предварительной обработки и последовательной передачи результатов зондирования всех участков подсистемы охраны в единый центр управления с использованием временного и спектрального разделения каналов и регенерации сигналов на каждом участке, а сенсорное волокно представляет собой волоконно-оптический кабель из акустически чувствительного волокна и двух дополнительных одномодовых волокон для раздельной передачи сигналов исходящего и входящего направлений подсистемы связи для исключения взаимного влияния обеих подсистем волоконно-оптической охранной системы.

2. Волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта по п. 1, отличающаяся тем, что схема подсистемы связи построена на базе двойной шинной или двойной древовидной топологии с пространственным разнесением основного и резервного оптических трактов и в оптическую схему каждого участка введены базовые станции, с помощью которых осуществлено формирование и передача в центр управления сигналов видеомониторинга реального времени по крайней мере части инфраструктурных объектов охраняемой территории.

3. Волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительно введен волоконно-эфирный канал экстренной связи диспетчера с эксплуатационными бригадами, функционирование которого осуществляется посредством подсистемы связи.

4. Волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта по п. 1, отличающаяся тем, что на охраняемой территории подсистемы связи использованы в качестве каналов передачи телекоммуникационных сигналов.

5. Волоконно-оптическая охранная система крупного хозяйственного объекта, представляющая собой выполненную с использованием метода когерентной рефлектометрии подсистему охраны кольцевой топологии по схеме с оборудованием, содержащим высококогерентный лазерный излучатель, импульсно управляемый оптический модулятор и оптический разветвитель Х-типа, к первому входу которого подключен выход оптического модулятора, к первому и второму выходам - соответственно сенсорное волокно с неотражающей нагрузкой на конце и просто неотражающая нагрузка, а ко второму входу - фотодетектор, электронный усилитель и устройство, регистрирующее обратное рассеяние в сенсорном волокне вследствие акустического воздействия при пересечении границы охраняемой зоны нарушителем, отличающаяся тем, что на каждом участке охраняемой территории, разбитой на связанные между собой участки с длиной периметра не более половины длины когерентности используемого лазерного излучателя, размещена отдельная подсистема кольцевой топологии по схеме с указанным оборудованием, и взаимоувязанное с этим оборудованием оборудование подсистемы связи, выполненное с возможностью реализации функции предварительной обработки и последовательной передачи по отдельному волокну сенсорного волоконно-оптического кабеля результатов зондирования всех участков подсистем охраны в единый центр управления с использованием временного и спектрального разделения каналов и регенерации сигналов на каждом участке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике и может использоваться в оптических системах связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обнаружения отношения оптического сигнала к шуму, узловое устройство и сетевую систему. Технический результат состоит в повышении качества приема информации.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается фотоприемного устройства. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель и фильтр, а также компаратор, дискриминатор длительности импульсов, регулируемый источник питания, блок оценки сигналов, источник опорного напряжения, высокочастотный генератор и блок синхронизации.

Изобретение относится к области информационно-коммуникационных технологий и касается способа увеличения длины распространения инфракрасных монохроматических поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) по плоской металлической поверхности.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для передачи сигналов на участках систем связи, которые могут быть подвержены воздействиям высоких механических нагрузок, ионизирующих излучений или иных поражающих факторов.

Изобретение относится к защищенным волоконно-оптическим системам передачи и может быть использовано в качестве дуплексной многоканальной волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) информации ограниченного доступа по неконтролируемой территории.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП) с селекцией и локализацией аварийных ситуаций и может быть использовано в качестве защищенной системы передачи информации ограниченного доступа за пределами контролируемой зоны.

Лазерное приемное устройство, которое может быть использовано в качестве приемного устройства для лазерной локационной системы и системы лазерной космической связи, основано на сверхрегенеративном приеме лазерных сигналов локации и связи в оптическом диапазоне, что позволяет реализовать приемное устройство, обладающее предельной квантовой (однофотонной) чувствительностью и одновременно высокой помехозащищенностью приема лазерных сигналов.

Изобретение относится к контроллерам защиты волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) от попыток отвода оптического сигнала и может быть использовано в качестве универсального технического средства защиты информации (ТСЗИ) ограниченного доступа, передаваемой по неконтролируемой территории.

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к размещению оптических осветительных устройств локомотивов железнодорожного транспорта, их установке и размещению и регулируемых из транспортного средства.

Изобретение относится к контроллерам защиты волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) от попыток отвода оптического сигнала и может быть использовано в качестве универсального технического средства защиты информации (ТСЗИ) ограниченного доступа, передаваемой по неконтролируемой территории. Техническим результатом является сужение динамического диапазона входного сигнала за счет его логарифмирования и увеличение изоляции информационного и контрольного сигналов. Для этого контроллер защиты волоконно-оптических линий содержит оптические передатчик и коммутатор, последовательно соединенные устройство сигнализации и контроллер, выход которого соединен со входом оптического коммутатора, оптический выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, последовательно соединенные фотодиод и логарифмический усилитель, а также оптический изолятор, демультиплексор вывода и мультиплексор ввода, вход ввода которого соединен с выходом оптического изолятора, вход которого соединен с выходом оптического передатчика, а общий вход мультиплексора является оптическим входом устройства, выход мультиплексора ввода соединен с оптическим входом оптического коммутатора, оптический вход демультиплексора вывода является входом устройства с волоконно-оптической линии, а выход вывода соединен со входом фотодиода, выход логарифмического усилителя соединен со входом микроконтроллера, а второй оптический выход демультиплексора вывода является выходом устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства для получения информации о входном оптическом сигнале. Способ основан на преобразовании модулированных оптических сигналов с помощью гетеродинного фотоприемного устройства и заключается в том, что модулируют излучение по частоте и подают на вход фотодетектора фотоприемного устройства, который запитывают модулированными электрическими импульсами той же частоты с синхронизацией по фазовой задержке. Одновременно модулированное оптическое излучение подают на вход фотодетектора дополнительного фотоприемного устройства, который запитывают электрическими импульсами от гетеродина с частотой модулированного оптического излучения квадратурно относительно запитывающих импульсов основного фотоприемного устройства. На основе сигнала от дополнительного фотоприемного устройства получают информацию о фазовой задержке входного оптического сигнала, которую используют для синхронизации гетеродина. Технический результат заключается в повышении информативности, чувствительности, селективности и отношения сигнал/шум. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптической транспортной сети. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи. Для этого в способе передачи принятый клиентский сигнал отображается в контейнер с переменной скоростью OTU-N, при этом скорость OTU-N в N раз больше предварительно заданной опорной скорости, и затем контейнер с переменной скоростью OTU-N разбивается на N транспортных блоков оптического подканала OTUsub по столбцам, при этом скорость каждого OTUsub равняется опорной скорости; далее N транспортных блоков оптического подканала OTUsub модулируются на одной или более оптических несущих; и наконец, одна или более оптических несущих передаются по оптоволокну. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх