Интеллектуальный радиолучевой датчик для тревожной сигнализации

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в области охранной сигнализации, в частности для обнаружения нарушителя по факту преодоления им зоны обнаружения, создаваемой датчиком. Достигаемым техническим результатом изобретения является обеспечение использования интеллектуальных особенностей работы датчика в сложных климатических условиях при наличии высокого уровня природных и техногенных помех. Датчик содержит размещенные на противоположенных передающей и приемной сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения. Передатчик состоит из усилителя мощности, генератора СВЧ, передающей СВЧ антенны, первого сигнального процессора, первого датчика температуры, первого термостата и передатчика синхроимпульсов. Приемник состоит из приемной СВЧ антенны, амплитудного детектора СВЧ, усилителя низкой частоты, фильтра, второго сигнального процессора, приемника синхроимпульсов, второго датчика температуры, второго термостата и исполнительного устройства. Каждая из СВЧ антенн формирует узкие диаграммы направленности, ориентированные в пространстве навстречу друг другу. Первый сигнальный процессор выполнен с возможностью контроля стабильности частоты излучения при изменении температуры. Первый и второй сигнальные процессоры выполнены с возможностями обеспечения работоспособности датчика в условиях экстремальных температур (- 70 … +60)°С. Второй сигнальный процессор выполнен с возможностью обеспечения помехоустойчивой синхронизации по радиолучу и по проводной линии связи, а также с возможностью использования интеллектуального алгоритма обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Предлагаемый интеллектуальный радиолучевой датчик относится к радиолокации и может использоваться в области охранной сигнализации, в частности для обнаружения нарушителя по факту преодоления им зоны обнаружения, создаваемой радиолучевым датчиком.

Общеизвестны радиолучевые датчики, устройства и системы для тревожной сигнализации, которые могут быть использованы для контроля рубежей охраны на открытой местности (патенты РФ №№2079889, 2103743, 2109343, 2155382, 2292600, 2306612 и другие).

К недостатку этих датчиков, устройств и систем следует отнести отсутствие интеллектуальных особенностей работоспособности в сложных климатических условиях при наличии высокого уровня природных и техногенных помех. К таким особенностям следует отнести помехоустойчивую синхронизацию по радиолучу и по проводной линии связи, интеллектуальный алгоритм обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля, контроль стабильности частоты излучения при изменении температуры, работу в условиях экстремальных температур (-70 … +60)°С, использование других интеллектуальных алгоритмов обработки сигналов, таких как: алгоритм нечеткой логики и нейросетевой алгоритм.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство «Радиолокационный модуль и извещатели охраны на его основе», описанное в патенте RU. №2406154, МПК G08B 13/18, G01S 13/00, опубл. в 2010 г., которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит (см. п. 6 формулы изобретения) размещенные на противоположных сторонах охраняемого рубежа передатчик и приемник направленного радиоизлучения. Передатчик содержит первую (передающую) СВЧ антенну с подключенным к ее первому СВЧ входу передающим радиомодемом, содержащим генератор СВЧ и усилитель мощности. Приемник содержит вторую (приемную) СВЧ антенну с подключенным к ее первому СВЧ входу приемным радиомодемом, который содержит последовательно соединенные амплитудный детектор СВЧ, усилитель низкой частоты и фильтр. Выход приемного радиомодема является выходом сигнала тревоги. Передающий радиомодем реализует функции модуляции, генерации и усиления мощности зондирующего сигнала. Приемный радиомодем реализует функции приема (амплитудного детектирования), усиления, фильтрации и пороговой обработки отличительных признаков полезного сигнала с формированием сигнала тревоги на своем выходе. При движении нарушителя через охраняемый рубеж приемный радиомодем осуществляет пороговую обработку отличительных признаков полезного сигнала и в устройстве принимается решение о пересечении нарушителем охраняемого рубежа с формированием сигнала тревоги.

Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: размещенные на противоположенных сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа охраны зону обнаружения; упомянутый передатчик на передающей стороне рубежа охраны, содержащий усилитель мощности, генератор СВЧ, выход которого подключен к первому входу первой (передающей) СВЧ антенны, формирующей первую диаграмму направленности; упомянутый приемник на приемной стороне рубежа охраны, содержащий вторую (приемную) СВЧ антенну, формирующую вторую диаграмму направленности, первый вход второй (приемной) СВЧ антенны через последовательно соединенные амплитудный детектор СВЧ и усилитель низкой частоты подключены ко входу фильтра.

Недостатком устройства является отсутствие интеллектуальных особенностей работоспособности датчика в сложных климатических условиях при наличии высокого уровня природных и техногенных помех.

Целью настоящего изобретения является обеспечение использования интеллектуальных особенностей работы датчика в сложных климатических условиях при наличии высокого уровня природных и техногенных помех. К таким особенностям следует отнести помехоустойчивую синхронизацию по радиолучу и по проводной линии связи, интеллектуальный алгоритм обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля, контроль стабильности частоты излучения при изменении температуры, работу в условиях экстремальных температур (-70 … +60)°С, использование других интеллектуальных алгоритмов обработки сигналов, таких как: алгоритм нечеткой логики и нейросетевой алгоритм.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют получить технический результат с введением интеллектуальных особенностей работоспособности датчика в сложных климатических условиях при наличии высокого уровня природных и техногенных помех.

Эта цель достигнута в предложенном интеллектуальном радиолучевом датчике для тревожной сигнализации, содержащем размещенные на противоположенных передающей и приемной сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа охраны зону обнаружения, упомянутый передатчик на передающей стороне рубежа охраны содержит усилитель мощности, выход которого подключен к первому входу генератора СВЧ, выход которого подключен ко входу передающей СВЧ антенны, формирующей первую диаграмму направленности; упомянутый приемник на приемной стороне рубежа охраны содержит приемную СВЧ антенну, формирующую вторую диаграмму направленности, выход приемной СВЧ антенны через амплитудный детектор СВЧ подключен к первому входу усилителя низкой частоты, выход которого подключен ко входу фильтра; в передатчик на передающей стороне рубежа охраны введены первый сигнальный процессор, первый датчик температуры, первый термостат и передатчик синхроимпульсов, вход которого подключен к первому выходу первого сигнального процессора, второй выход которого подключен ко входу первого термостата, вход первого сигнального процессора подключен к выходу первого датчика температуры, третий выход первого сигнального процессора подключен ко входу усилителя мощности, четвертый выход первого сигнального процессора подключен ко второму входу генератора СВЧ; в приемник на приемной стороне рубежа охраны введены устройство выборки и хранения, второй сигнальный процессор, приемник синхроимпульсов, второй датчик температуры, второй термостат и исполнительное устройство, выход фильтра подключен к первому входу второго сигнального процессора и к первому входу устройства выборки и хранения, выход которого подключен ко второму входу второго сигнального процессора, второй вход устройства выборки и хранения подключен к первому выходу второго сигнального процессора, второй выход которого подключен ко второму входу усилителя низкой частоты, третий вход второго сигнального процессора подключен к выходу второго датчика температуры, третий выход второго сигнального процессора подключен ко входу второго термостата, четвертый вход второго сигнального процессора подключен к выходу приемника синхроимпульсов, который посредством проводной линии связи подключен к выходу передатчика синхроимпульсов на передающей стороне, четвертый выход второго сигнального процессора подключен ко входу исполнительного устройства, выход которого (тревога, неисправность) является выходом радиолучевого датчика, вход/выход первого сигнального процессора на передающей стороне и вход/выход второго сигнального процессора на приемной стороне подключены к линии интерфейса, соединенной с внешней системой сбора и отображения информации (ССОИ). Первый сигнальный процессор в передатчике выполнен с возможностью контроля стабильности частоты излучения при изменении температуры, а также с возможностью обеспечения дистанционного контроля работоспособности датчика. Первый сигнальный процессор в передатчике и второй сигнальный процессор в приемнике выполнены с возможностью управления работой, соответственно, первого и второго термостатов для обеспечения работоспособности датчика в условиях экстремальных температур (-70 … +60)°С, а также с возможностью задания адресных литер для обеспечения совместной работоспособности нескольких однотипных датчиков на местности. Второй сигнальный процессор в приемнике выполнен со следующими возможностями:

- обеспечения помехоустойчивой синхронизации по радиолучу и по проводной линии связи;

- использования интеллектуального алгоритма обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля;

- использования интеллектуального алгоритма нечеткой логики при обработке сигналов;

- использования интеллектуального нейросетевого алгоритма при обработке сигналов.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-7, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного радиолучевого датчика, где введены обозначения: усилитель мощности - 1, генератор СВЧ - 2, передающая СВЧ антенна - 3, приемная СВЧ антенна - 4, амплитудный детектор СВЧ - 5, усилитель низкой частоты - 6, фильтр - 7, первый сигнальный процессор - 8, первый датчик температуры - 9, первый термостат - 10, передатчик синхроимпульсов - 11, устройство выборки и хранения - 12, второй сигнальный процессор - 13, приемник синхроимпульсов - 14, второй датчик температуры - 15, второй термостат - 16, исполнительное устройство - 17, линия интерфейса - 18, проводная линия синхронизации -19, модуль контроля стабильности частоты - 20, первый модуль адресных литер - 21, модуль дистанционного контроля - 22, второй модуль адресных литер - 23, модуль АРУ - 24, модуль синхронизации - 25, модуль обработки сигналов - 26. На фиг. 1 также изображены: первая диаграмма направленности - 27 передающей СВЧ антенны, вторая диаграмма направленности - 28 приемной СВЧ антенны, человек - нарушитель (цель) - 29, пересекающий рубеж охраны в направлении, указанном штрихпунктирной стрелкой. Стрелками, выполненными сплошными линиями в зоне обнаружения, показано направление излучения СВЧ сигнала вдоль рубежа охраны.

На фиг. 2 и фиг. 3 приведены примеры характерных форм огибающих низкочастотных сигналов на выходе фильтра 7 в действующем лабораторном макете радиолучевого датчика при пересечении нарушителем зоны обнаружения (рабочая частота 24,125 ГГц, длина зоны обнаружения 300 м). На фиг. 2 приведен пример низкочастотного сигнала при пересечении зоны обнаружения вблизи от передающей СВЧ антенны 3 или от приемной СВЧ антенны 4 (расстояние около 2 м). На фиг. 3 приведен пример низкочастотного сигнала при пересечении зоны обнаружения в средней ее части (расстояние от СВЧ антенн примерно 150 м).

На фиг. 4 и фиг. 5 приведены графики, поясняющие принцип коррекции частоты излучения при изменении температуры.

На фиг. 6 приведен пример иллюстрации принципа осуществления помехоустойчивой синхронизации по радиолучу. На данной фигуре введены обозначения: импульсы синхронизации - 30, принимаемые по проводной линии связи, аналоговые низкочастотные сигналы - 31, принимаемые по радиолучу, импульсные сигналы - 32 на выходе компаратора, реализованного программным путем в модуле синхронизации, разрешающие сигналы - 33, стробирующие импульсы - 34, поступающие на второй вход устройства выборки и хранения. Для наглядности масштабы длительностей импульсов и периодов их следования изменены.

На фиг. 7 приведен пример, поясняющий принцип обработки низкочастотных сигналов, реализуемый в алгоритме обработки сигналов. На данной фигуре введены обозначения: огибающие низкочастотных сигналов - 35 при пересечении нарушителем зоны обнаружения (слева - вблизи первой или второй СВЧ антенны, справа - в средней части зоны обнаружения), сигнал на выходе компаратора - 36 с большим отрицательным пороговым уровнем (- V6), сигналы на выходе компаратора - 37 с малым положительным пороговым уровнем (+ Vм), сигнал на выходе компаратора - 38 с малым отрицательным пороговым уровнем (- Vм), сигналы тревоги - 39. Все компараторы реализованы программным путем в модуле обработки сигналов.

Предложенный интеллектуальный радиолучевой датчик (фиг. 1) работает следующим образом. Указанный радиолучевой датчик является двухпозиционным и содержит размещенные на противоположенных сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа охраны зону обнаружения. Передатчик состоит из усилителя мощности 1, генератора СВЧ 2, передающей СВЧ антенны 3, первого сигнального процессора 8, первого датчика температуры 9, первого термостата 10 и передатчика синхроимпульсов 11. Приемник состоит из приемной СВЧ антенны 4, амплитудного детектора СВЧ 5, усилителя низкой частоты 6, фильтра 7, устройства выборки и хранения 12, второго сигнального процессора 13, приемника синхроимпульсов 14, второго датчика температуры 15, второго термостата 16 и исполнительного устройства 17. Каждая из СВЧ антенн формирует узкие диаграммы направленности, ориентированные в пространстве вдоль рубежа охраны навстречу друг другу. Работа первого сигнального процессора 8 и второго сигнального процессора 13 осуществляется на программном уровне с использованием констант, базы данных и управляющих программ (программных модулей), расположенных во внутренней памяти каждого сигнального процессора. Первый сигнальный процессор 8 передатчика содержит: модуль контроля стабильности частоты 20, первый модуль адресных литер 21 и модуль дистанционного контроля 22. Второй сигнальный процессор 13 приемника содержит: второй модуль адресных литер 23, модуль АРУ 24, модуль синхронизации 25 и модуль обработки сигналов 26.

В передатчике первый сигнальный процессор 8 формирует периодическую импульсную последовательность сигналов на передачу, которая поступает на вход усилителя мощности 1 и далее на первый вход генератора СВЧ 2, который генерирует импульсные СВЧ сигналы. Для примера, в действующем лабораторном макете генератор СВЧ 2 генерирует периодически повторяющиеся импульсные СВЧ сигналы длительностью 30 мкс. Частота заполнения импульсов 24,125 ГГц. Период следования этих импульсов выбирается в соответствии с одной из адресных литер, которая формируется программным образом в первом модуле адресных литер 21 первого сигнального процессора 8. Первый модуль адресных литер 21 первого сигнального процессора 8 и второй модуль адресных литер 23 второго сигнального процессора 13 предназначены для задания одинаковых номеров адресных литер передатчика и приемника в целях обеспечения совместной работоспособности нескольких однотипных радиолучевых датчиков на местности. Адресные литеры разных радиолучевых датчиков могут изменяться путем приращения длительности периода следования на определенную временную константу. Например, адресная литера №1: Тпер.=5,2 мс, адресная литера №2: Тпер.=5,4 мс, адресная литера №3: Тпер.=5,6 мс и т.д. Задание определенных одинаковых номеров адресных литер передатчика и приемника осуществляется по линии интерфейса 18 до начала эксплуатации радиолучевого датчика. Импульсные СВЧ сигналы поступают на вход первой СВЧ антенны 3 на передающей стороне, которая излучает в направлении первой диаграммы направленности 27 зондирующие СВЧ сигналы. На приемной стороне второй СВЧ антенной 4 по направлению второй диаграммы направленности 28 принимаются эти зондирующие СВЧ сигналы, которые поступают на амплитудный детектор СВЧ 5, где преобразуются в низкочастотные (НЧ) импульсные сигналы. Далее эти НЧ сигналы проходят через усилитель низкой частоты 6, фильтр 7 и поступают на вход устройства выборки и хранения (УВХ) 12, которое запоминает постоянный уровень входного НЧ сигнала (от одного до другого импульса) и выдает огибающую НЧ сигналов, возникающую при пересечении нарушителем зоны обнаружения. В данном радиолучевом датчике реализована автоматическая регулировка усиления (АРУ), которая обеспечивает постоянство сигнала на выходе усилителя низкой частоты 6 при медленном изменении сигнала на его входе, вызванном изменением параметров окружающей среды (температуры, влажности, осадков и т.п.). Регулировка осуществляется с помощью модуля АРУ 24 второго сигнального процессора 13 посредством изменения коэффициента усиления усилителя низкой частоты 6, осуществляемого по его второму входу. Общая глубина регулировки коэффициента усиления в действующем макете радиолучевого датчика составляет 80 дБ. При отсутствии нарушений рубежа охраны человеком в огибающей НЧ сигналов будет отсутствовать амплитудная модуляция. При движении человека-нарушителя через рубеж охраны в огибающей НЧ сигналов появится переменная составляющая (амплитудная модуляция). Известен принцип формирования переменной составляющей (огибающей) НЧ сигналов в двухпозиционном радиолучевом (радиоволновом) средстве обнаружения при пересечении человеком-нарушителем 29 зон Френеля на рубеже охраны в зоне обнаружения. Типовая форма изменения амплитуды огибающей НЧ сигналов при движении нарушителя (модуляция сигнала) описана, например, в работе Магауенова Р.Г. «Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения». Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - Гл. 3, п. 3.2, с. 134-138. Объяснение принципа формирования переменной составляющей (огибающей) сигналов за счет зон Френеля приведено, например, в другом источнике информации - патенте RU №2455692, на с. 4, 5. Примеры характерных форм огибающих НЧ сигналов на выходе фильтра 7 в действующем лабораторном макете радиолучевого датчика при пересечении нарушителем зоны обнаружения приведены на фиг. 2 и фиг. 3 (рабочая частота 24,125 ГГц, длина зоны обнаружения 300 м). Причем, на фиг. 2 приведен пример огибающей НЧ сигналов при пересечении зоны обнаружения вблизи от передающей СВЧ антенны 3 или от приемной СВЧ антенны 4 (расстояние около 2 м). А на фиг. 3 приведен пример огибающей НЧ сигналов при пересечении зоны обнаружения в средней ее части (расстояние от СВЧ антенн примерно 150 м).Таким образом, огибающая НЧ сигналов, поступающая на вход УВХ 12, несет в себе информацию о пересечении человеком - нарушителем рубежа охраны. Следует отметить, что глубина модуляции вблизи СВЧ антенн значительно превышает глубину модуляции в средней части зоны обнаружения.

Рассмотрим работу второго сигнального процессора 13 на приемной стороне. Второй модуль адресных литер 23, расположенный во втором сигнальном процессоре 13, так же как и первый модуль адресных литер 21 передатчика предназначен для задания одинаковых номеров адресных литер передатчика и приемника.

Работа модуля синхронизации 25, расположенного во втором сигнальном процессоре 13, настроена на селекцию двух принимаемых последовательностей сигналов с адресной литерой передатчика того же номера, что и адресная литера приемника. Первая последовательность сигналов - это импульсы синхронизации, принимаемые по проводной линии связи. Временная диаграмма 30 импульсов синхронизации, например, с адресной литерой №1 приведена на фиг. 6. Вторая последовательность - это аналоговые НЧ сигналы, принимаемые по радиолучу. Временная диаграмма 31 аналоговых НЧ сигналов, также с адресной литерой №1, приведена на фиг. 6. Следует отметить, что сигналы, принимаемые по радиолучу, подвержены воздействию помех в большей степени, чем передаваемая последовательность синхроимпульсов по проводной линии связи. На временной диаграмме 31 (фиг. 6) изображены, например, помехи в промежутках между основными периодически повторяющимися информационными аналоговыми сигналами. Для устранения таких помех в модуле синхронизации 25 используется компаратор, реализованный программным путем, с пороговым уровнем U пор. Импульсные сигналы 32 на выходе компаратора приведены, например, на фиг. 6. Модуль синхронизации 25 обеспечивает отделение сигналов от помех по времени путем использования известного принципа селекции импульсов по длительности. При наличии устойчивой синхронизации приемника с передатчиком, в модуле синхронизации 25 формируются разрешающие сигналы 33 (фиг. 6). Эти сигналы служат основой для формирования узких стробирующих сигналов 34 (фиг. 6), поступающих на второй вход УВХ 12. Следует отметить, что модуль синхронизации 25 обеспечивает дублирование (совмещение) процесса синхронизации передатчика и приемника по радиолучу и по проводной линии связи, которое осуществляется в обычном (штатном) режиме. В случае нештатного режима, например, при обрыве проводной линии связи, синхронизация обеспечивается только по радиолучу (при пропадании импульсов синхронизации 30 на фиг. 6, в обеспечении синхронизации будут участвовать сигналы, обозначенные временными диаграммами 31-34). Синхронизация по радиолучу в отдельности от проводной линии связи может быть использована в некоторых случаях при невозможности или затруднении прокладывания проводной линии связи между передатчиком и приемником (например, когда передатчик и приемник расположены на местности на разных берегах одной реки).

В основе обобщенного алгоритма обработки сигналов на приемной стороне лежит пороговая обработка огибающих НЧ сигналов. При этом происходит сравнение отрицательных выбросов сигнала с отрицательным пороговым уровнем, а положительных выбросов сигнала - с положительным пороговым уровнем. Превышение сигналом пороговых уровней свидетельствует о нахождении передвигающегося нарушителя в зоне обнаружения в границах первой зоны Френеля. Поочередное превышение по времени всех пороговых уровней свидетельствует о прохождении нарушителя через зону обнаружения с пересечением ее осевой линии, что является нарушением охраняемого рубежа. Алгоритм обработки огибающих НЧ сигналов, заложенный в модуле обработки сигналов 26, учитывает скорость передвижения нарушителя и анализирует время его пребывания в каждой из зон Френеля. На фиг. 7 изображены примерные виды 35 огибающих НЧ сигналов при проходе нарушителя вблизи одной из СВЧ антенн (слева на фиг. 7) и при проходе нарушителя в средней части зоны обнаружения (справа на фиг. 7). В простейшем для примера случае при обработке огибающих НЧ сигналов используются три пороговых уровня: большой отрицательный порог (-Vб), малый положительный порог (+Vм) и малый отрицательный порог (-Vм). Данные пороги отсчитываются от усредненного уровня НЧ сигнала на выходе устройства выборки и хранения 12 в ждущем режиме радиолучевого датчика (в режиме отсутствия модуляции). Примерное расположение этих порогов относительно огибающих информационного сигнала при модуляции изображено на фиг. 7. Для формирования сигналов превышения пороговых уровней в модуле обработки 26 реализованы (программным путем) соответствующие три компаратора, сигналы на выходе которых (36, 37 и 38) приведены на фиг. 7. Формирование сигналов тревоги 39 (фиг. 7) в модуле обработки сигналов 26 при анализе моментов пересечения информационными сигналами пороговых уровней в действующем лабораторном макете происходит в следующих случаях:

а) пересечение большого отрицательного порога (-Vб) - сигнал тревоги выдается немедленно;

б) пересечение малого положительного порога (+Vм) или малого отрицательного порога (-Vм) на время ≥5 с (например, в случае длительного перекрытия зоны обнаружения каким-либо объектом);

в) последовательное пересечение сначала малого положительного порога (+Vм), затем малого отрицательного порога (-Vм) или в обратном порядке, с контролем временных соотношений длительностей сигналов превышения и паузы между ними. При этом сигнал тревоги формируется в том случае, если время между пересечениями разнополярных порогов (пауза) меньше четырехкратной длительности первого сигнала превышения. Во всех остальных случаях сигналы тревоги не формируются. Следует отметить, что компараторы модуля обработки сигналов позволяют гибко подстраивать значения пороговых уровней под изменения окружающих условий (используя режим «плавающих порогов») и тем самым обеспечивать высокую помехоустойчивость. Сформированный сигнал тревоги с четвертого выхода второго сигнального процессора 13 поступает на вход исполнительного устройства 17, где отображается в виде тревожного светового (звукового) сигнала и фиксируется в виде замыкания (или размыкания) контактов реле в течение определенного интервала времени (например, 4с). Сигнал неисправности при этом может распознаваться, например, в виде сигнала тревоги с более длительным интервалом времени. Одновременно сигнал тревоги (или сигнал неисправности) передается из второго сигнального процессора 13 посредством линии интерфейса 18 в ССОИ по одному из каналов связи (например, интерфейсу RS-485).

Предлагаемый радиолучевой датчик выполнен с возможностью контроля стабильности частоты излучения в зависимости от изменения температуры окружающей среды. В данном процессе контроля участвуют: генератор СВЧ 2, первый датчик температуры 9 и модуль контроля стабильности частоты 20, реализованный в первом сигнальном процессоре 8 программным путем. Генератор СВЧ 2 имеет два входа: первый вход обеспечивает задание временной структуры и мощности излучаемых сигналов СВЧ, а второй вход Vtune обеспечивает коррекцию излучаемой частоты. Опытным путем установлено, что существует уход частоты генератора в ту или другую сторону в зависимости от изменения температуры. Например, для генератора СВЧ 2 с центральной частотой 24,125 ГГц этот уход определяется соотношением 2,3 мГц/1°С. В основе процесса контроля стабильности частоты лежат графические зависимости, изображенные на фиг. 4. На этих графиках показан диапазон изменения частоты излучения генератора СВЧ 2 (24,070…24,300)ГГц в зависимости от диапазона изменения температуры (-50° … +50)°С. На основании этих данных в модуле контроля стабильности частоты 20 сформирована зависимость Vtune=f (Т), изображенная на фиг. 5. В соответствии с этой зависимостью обеспечивается подача в автоматическом режиме на второй вход генератора СВЧ необходимого напряжения для коррекции частоты излучения. Числовые значения температуры первый сигнальный процессор 8 получает от первого датчика температуры 9.

В предлагаемом радиолучевом датчике первый сигнальный процессор 8 передатчика и второй сигнальный процессор 13 приемника выполнены с возможностями управления работой, соответственно, первого 10 и второго 16 термостатов для обеспечения работоспособности датчика в условиях экстремальных температур (-70 … +60)°С. Обычно при конструировании электронных систем для эксплуатации изделий на открытом воздухе используется промышленная элементная база с разрешенной рабочей температурой (-40 … +50)°С. Для эксплуатации радиолучевого датчика в условиях экстремальных температур (например, при работе в Сибири, на крайнем севере и в южных тропических районах) необходимо обеспечение режима термостатирования внутренних объемов корпусов передатчика и приемника при крайне низких и крайне высоких внешних температурах с соблюдением диапазона разрешенной рабочей температуры элементной базы. В данном радиолучевом датчике для обеспечения режима термостатирования используются первый 10 и второй 16 термостаты, а также первый 9 и второй 15 датчики температур. Управляют режимом термостатирования, соответственно, первый 8 и второй 14 сигнальные процессоры.

В предлагаемом радиолучевом датчике первый сигнальный процессор 8 выполнен с возможностью обеспечения дистанционного контроля работоспособности датчика, который обеспечивается с помощью модуля дистанционного контроля 22. Для осуществления дистанционного контроля работоспособности модулем 22 запрещается формирование импульсной последовательности сигналов на передачу в течение определенного интервала времени (например, 0,5 с), достаточного для срабатывания большого отрицательного порога во втором сигнальном процессоре 13 на приеме. В результате указанных действий модуль обработки сигналов 26 формирует сигнал тревоги, который передается в исполнительное устройство 17 и далее на его выход. Таким образом, полученный сигнал тревоги в приемнике в качестве реакции на прерывание сигнала передатчика свидетельствует о правильности работы радиолучевого датчика. Режим дистанционного контроля может быть инициирован наличием команды по проверке работоспособности радиолучевого датчика, поступающей в первый сигнальный процессор 8 от ССОИ по линии интерфейса 18.

В качестве примера реализации сигнальных процессоров 8 и 13 радиолучевого датчика могут быть использованы микропроцессоры A Txmega 256А3 фирмы «Atmel».

В предлагаемом радиолучевом датчике могут быть применены более сложные интеллектуальные алгоритмы обработки сигналов: алгоритм нечеткой логики (Fuzzy Logic) и нейросетевой алгоритм. Алгоритм нечеткой логики при обработке сигналов является общеизвестным алгоритмом и используется, например, в радиолучевых датчиках серии ERMO 482Х PRO фирмы CIAS, www.cias-russia.ru. Нейросетевой алгоритм также является общеизвестным, который описан, например, в статье А.Ю. Зенова и Н.В. Мясниковой. «Применение нейросетевых алгоритмов в системах охраны периметра» / Известия высших учебных заведений. Поволжский район. Технические науки. - 2012. - №3(23). - С. 15-24. Применение одного из этих алгоритмов возможно при записи соответствующего программного обеспечения в память второго сигнального процессора 13. Использование этих интеллектуальных алгоритмов позволит существенно улучшить тактико-технические характеристики радиолучевого датчика в части возможности более надежного обнаружения нарушителей и повышения его помехоустойчивости.

Интеллектуальность предлагаемого радиолучевого датчика обеспечивается тем, что в нем могут использоваться следующие возможности:

- обеспечения помехоустойчивой синхронизации по радиолучу и по проводной линии связи;

- использования интеллектуального алгоритма обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля;

- автоматического контроля стабильности частоты излучения при изменении температуры:

- управления работой первого и второго термостатов для обеспечения работоспособности радиолучевого датчика в условиях экстремальных температур (-70 … +60)°С;

- обеспечения дистанционного контроля работоспособности датчика;

- задания адресных литер для обеспечения совместной работоспособности нескольких однотипных датчиков на местности;

- использования интеллектуального алгоритма нечеткой логики при обработке сигналов;

- использования интеллектуального нейросетевого алгоритма при обработке сигналов.

Действующий лабораторный макет интеллектуального радиолучевого датчика для тревожной сигнализации подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета по обнаружению нарушителя и высокая его помехозащищенность от природных и техногенных помех.

1. Интеллектуальный радиолучевой датчик для тревожной сигнализации, содержащий размещенные на противоположенных передающей и приемной сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения, формирующие вдоль рубежа охраны зону обнаружения; упомянутый передатчик на передающей стороне рубежа охраны содержит усилитель мощности, выход которого подключен к первому входу генератора СВЧ, выход которого подключен ко входу передающей СВЧ антенны, формирующей первую диаграмму направленности; упомянутый приемник на приемной стороне рубежа охраны содержит приемную СВЧ антенну, формирующую вторую диаграмму направленности, выход приемной СВЧ антенны через амплитудный детектор СВЧ подключен к первому входу усилителя низкой частоты, выход которого подключен ко входу фильтра, отличающийся тем, что в передатчик на передающей стороне рубежа охраны введены первый сигнальный процессор, первый датчик температуры, первый термостат и передатчик синхроимпульсов, вход которого подключен к первому выходу первого сигнального процессора, второй выход которого подключен ко входу первого термостата, вход первого сигнального процессора подключен к выходу первого датчика температуры, третий выход первого сигнального процессора подключен ко входу усилителя мощности, четвертый выход первого сигнального процессора подключен ко второму входу генератора СВЧ; в приемник на приемной стороне рубежа охраны введены устройство выборки и хранения, второй сигнальный процессор, приемник синхроимпульсов, второй датчик температуры, второй термостат и исполнительное устройство, выход фильтра подключен к первому входу второго сигнального процессора и к первому входу устройства выборки и хранения, выход которого подключен ко второму входу второго сигнального процессора, второй вход устройства выборки и хранения подключен к первому выходу второго сигнального процессора, второй выход которого подключен ко второму входу усилителя низкой частоты, третий вход второго сигнального процессора подключен к выходу второго датчика температуры, третий выход второго сигнального процессора подключен ко входу второго термостата, четвертый вход второго сигнального процессора подключен к выходу приемника синхроимпульсов, который посредством проводной линии связи подключен к выходу передатчика синхроимпульсов на передающей стороне, четвертый выход второго сигнального процессора подключен ко входу исполнительного устройства, выход которого (тревога, неисправность) является выходом радиолучевого датчика, вход/выход первого сигнального процессора на передающей стороне и вход/выход второго сигнального процессора на приемной стороне подключены к линии интерфейса, соединенной с внешней системой сбора и обработки информации (ССОИ).

2. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что второй сигнальный процессор в приемнике выполнен с возможностью обеспечения помехоустойчивой синхронизации по радиолучу и по проводной линии связи.

3. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что второй сигнальный процессор в приемнике выполнен с возможностью использования интеллектуального алгоритма обработки сигналов с учетом скорости передвижения нарушителя в зоне обнаружения и анализа времени его пребывания в каждой из зон Френеля.

4. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что первый сигнальный процессор в передатчике выполнен с возможностью контроля стабильности частоты излучения при изменении температуры.

5. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что первый сигнальный процессор в передатчике и второй сигнальный процессор в приемнике выполнены с возможностями управления работой, соответственно, первого и второго термостатов для обеспечения работоспособности датчика в условиях экстремальных температур (-70…+60)°С.

6. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что первый сигнальный процессор выполнен с возможностью обеспечения дистанционного контроля работоспособности датчика.

7. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что первый сигнальный процессор в передатчике и второй сигнальный процессор в приемнике выполнены с возможностями задания адресных литер для обеспечения совместной работоспособности нескольких однотипных датчиков на местности.

8. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что второй сигнальный процессор в приемнике выполнен с возможностью использования интеллектуального алгоритма нечеткой логики при обработке сигналов.

9. Радиолучевой датчик по п. 1, отличающийся тем, что второй сигнальный процессор в приемнике выполнен с возможностью использования интеллектуального нейросетевого алгоритма при обработке сигналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной линейной частью (ПЛЧ) в виде гибкого кабеля, построенных на проводно-волновом или сейсмическом принципах обнаружения, для сигнализационного прикрытия трехсторонней развилки дороги и путей их обхода.
Изобретение относится к области дистанционного радиоуправления системами сигнализации или системами контроля доступа с многоканальной двусторонней радиосвязью на переключаемых узкополосных ЧМ-радиоканалах.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в области охранной сигнализации. Устройство содержит размещенные на противоположенных сторонах рубежа охраны передатчик и приемник направленного радиоизлучения.

Изобретение относится к техническим средствам охраны, а именно к сейсмическим средствам, способным скрытно контролировать перемещение нарушителя в охранной зоне.

Изобретение относится к области охранной сигнализации и может быть использовано в системах охраны протяженных рубежей, а также периметров объектов различного назначения.

Изобретение относится к области охранных систем и может быть использовано для охраны объектов различного назначения. Заявлен способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу, согласно которому каждую секунду во входном сейсмическом сигнале после предварительного усиления за время скользящего временного окна находятся средневзвешенная частота спектра в низкочастотной полосе пропускания, соответствующей эффективной полосе частот полезного сигнала, и высокочастотная составляющая, формируемая путем подсчета числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала за определенный промежуток времени.

Изобретение относится к дистанционной сигнализации и охране жилых помещений, офисов, производственных помещений от несанкционированного воздействия и вторжения, в частности к домофонным системам для вызова переговоров и передачи информации с использованием мобильного телефона, смартфона или иных интерактивных клиентских устройств, подключённых к сетям подвижной беспроводной радиосвязи и проводной связи.

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной линейной частью (ПЛЧ) в виде гибкого кабеля, построенных на проводно-волновом или вибрационном принципе обнаружения, для сигнализационного прикрытия четырехсторонних перекрестков дорог и путей их обхода.

Изобретение относится к охранной сигнализации и предназначено для обнаружения вторжения посторонних лиц в охраняемую зону. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости датчика и надежности обнаружения, что достигается независимой регулировкой чувствительности на каждом из N участков зоны обнаружения, разделенной с применением линейно-частотно-модулированной селекции дальности, а так же совместной корреляционной обработкой доплеровских сигналов, соответствующих определенным участкам зоны обнаружения, по уровню, времени появления, длительности, скорости изменения и номеру участка в разных комбинациях и взаимосвязях, отражающих типичное воздействие помех и поведение нарушителя в зоне обнаружения.

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной гибкой линейной частью (ПГЛЧ) в виде гибкого кабеля, построенных на проводно-волновом или вибрационном принципе обнаружения, для сигнализационного прикрытия четырехсторонних перекрестков дорог и путей их обхода.
Наверх