Автор: Борис ВВЕДЕНСКИЙ, кандидат физико-математических наук | Подземные датчики для охраны периметров | | Рис. 1. Принцип формирования чувствительной зоны излучающими кабелями
В этой части статьи мы рассмотрим системы охраны периметров с излучающими кабелями, установленными под землей. Первые зарубежные разработки систем с подземными излучающими кабелями относятся к 1970-м гг. В 1990-х эти разработки уже вышли на промышленный уровень и привлекли внимание таких серьезных заказчиков, как оборонные ведомства. С тех пор интерес к подземным системам с излучающими кабелями остается стабильно высоким.
Сенсорами таких систем являются коаксиальные радиочастотные кабели с разреженной внешней оплеткой или с небольшими регулярными отверстиями во внешнем проводящем экране. Иногда такие кабели носят название «линия вытекающей волны» (ЛВВ).
Два таких излучающих кабеля, расположенных параллельно друг другу, служат передающей и приемной антеннами, между которыми формируется объемное электромагнитное поле (рис. 1). Излучаемое передающей антенной поле регистрируется приемным кабелем, который подключен к приемному модулю. Когда в зону чувствительности кабелей попадает посторонний предмет (нарушитель), то принимаемый сигнал изменяется по фазе и амплитуде и приемный модуль генерирует сигнал тревоги.
|
Рис. 2. Поперечное сечение объемной зоны чувствительности радиоволновой системы
Характерной особенностью всех систем с излучающими кабелями является то, что их чувствительная зона является трехмерной, т. е., кроме длины у нее есть определенная ширина и высота (рис. 2). В результате система позволяет обнаруживать человека, находящегося на некотором расстоянии (до нескольких метров) от границ охраняемого объекта. При этом более массивные предметы (автомобиль, грузовик и т. п.) будут обнаружены на более значительных расстояниях – до нескольких десятков метров от сенсоров. Все это следует учитывать при проектировании систем с излучающими кабелями, особенно если охраняемый объект расположен в зоне плотной застройки или вблизи автомобильных дорог.
К привлекательным чертам подземных систем следует отнести скрытную установку сенсоров. Такие системы не требую наличия физических оград, а также позволяют точно следовать неровностям профиля почвы или изгибам линии периметра.
Сенсорные кабели можно монтировать в обычном грунте, а также устанавливать под бетонными, асфальтовыми или гравийными покрытиями.
Общим недостатком таких систем является их чувствительность к наличию вблизи охраняемой зоны металлических предметов (оград, подземных силовых и коммуникационных кабелей, трубопроводов) или водных потоков (как наземных, так и подземных). На работу систем могут влиять также крупные деревья, растущие вблизи охраняемого рубежа.
Ниже мы рассмотрим некоторые примеры практической реализации подземных систем охраны периметров с излучающими радиочастотными кабелями.
Система Рафид (Rafid)
Структурная схема системы Рафид (фирма Geoquip, Великобритания) показана на рис. 3. Сенсорные кабели (передающий и приемный) монтируются под землей на расстоянии примерно 2 м друг от друга. При этом ширина чувствительной зоны составляет около 3 м (в зависимости от установки чувствительности). Максимальная длина охраняемой зоны составляет 150 м. На одном краю зоны устанавливаются приемный модуль и анализатор, который выполняет обработку сигналов приемного кабеля. На противоположном краю зоны расположен передающий модуль, подключенный к передающему кабелю.
| Рис. 3. Структурная схема системы Рафид
Расположение приемника и передатчика на противоположных краях зоны не является случайным. Дело в том, что интенсивность излучаемого передающим кабелем поля максимальна вблизи передатчика. В то же время эффективность приемного кабеля выше всего вблизи приемного модуля. Если расположить оба этих модуля на одном и том же краю зоны, то система будет обладать неоднородной по длине зоны чувствительностью: она будет максимальна вблизи электронных модулей и минимальна на удаленном краю зоны. Разнесение приемника и передатчика позволяет скомпенсировать неоднородность параметров вдоль зоны охраны.
| Рис. 4. Сенсорный кабель системы Рафид
На рис. 4 показана фотография сенсорного кабеля системы Рафид. Монолитный центральный провод коаксиального кабеля окружен диэлектриком. Экранирующая оплетка, выполненная из медных проводников, не является сплошной: между проводниками оплетки имеются зазоры, которые обеспечивают функционирование кабелей в качестве антенн – передающей и приемной. При установке кабелей под землей их рекомендуется помещать в гофрированный пластиковый шланг диаметром 50–75 мм. Шланг должен иметь небольшие регулярные отверстия, которые необходимы для отвода попадающей в шланг воды. Шланги с кабелями располагаются в траншеях сечением примерно 25 х 25 см, заполненных сухим песком или гравием. Такая подготовка позволяет в некоторой степени стабилизировать электромагнитные параметры почвы вблизи кабелей и снизить влияние изменяющихся или неоднородных характеристик грунта на чувствительность системы.
| Рис. 5. Приемный модуль и анализатор системы Рафид
Система Рафид работает на одной из 16 фиксированных частот в диапазоне 40–41 МГц. На рис. 5 показан анализатор системы, конструктивно объединенный с приемным модулем. Приемник системы выделяет флуктуации амплитуды и фазы принимаемого радиочастотного сигнала и передает их на анализатор. Настройка процессора осуществляется непосредственно на периметре при имитации реальных вторжений. Для настройки системы не требуется внешних программаторов или компьютеров. С помощью встроенного жидкокристаллического дисплея анализатора можно выбрать один из нескольких алгоритмов генерации сигнала тревоги и задать чувствительность в каналах регистрации фазы и амплитуды. Настройки, защищенные паролем, выполняются с помощью регуляторов, находящихся на плате. Анализатор снабжен встроенной памятью на 256 событий (тревога, вскрытие, смена параметров и др.) с метками времени и даты.
Приемник и анализатор системы Рафид размещены в герметизированном алюминиевом корпусе с размерами 330 х 230 х 102 мм. Передатчик поставляется в аналогичном по конструкции корпусе размерами 260 х 160 х 90 мм. Оба корпуса герметизированы по нормам IP65. Для питания всего комплекта используется общий источник 12 В / 650 мА. Диапазон рабочих температур системы – от -40 ОС до +70 О С.
Система Перимитракс (Perimitrax)
Одной из самых известных радиоволновых систем с подземными сенсорами является система Перимитракс (Perimitrax) канадской компании Senstar. В качестве сенсоров здесь использованы специально разработанные коаксиальные кабели с проводящим экраном из фольги (рис. 6). Экран не является сплошным – он выполнен с продольным зазором, благодаря которому сенсор выполняет функции «линии вытекающей волны», т. е. излучающего кабеля.
| Рис. 6а. Сенсорный кабель SC1 системы Перимитракс
| Рис. 6б. Сенсорный кабель SC2 системы Перимитракс
Сенсорные кабели системы Перимитракс выпускаются в двух вариантах. Протяженный сенсор типа SC1 (рис. 6а) представляет собой пару из передающего и приемного кабелей, конструктивно объединенных в общей защитной оболочке с внешним сечением 8,5 х 15 мм. Сенсор типа SC2 (рис. 6б) состоит из пары отдельных кабелей диаметром 8 мм, которые располагаются на расстоянии 2 м друг от друга. В первом случае, с сенсорами SC1, подземная прокладка кабелей упрощается, так как необходимо устраивать только одну траншею. Для такого сенсора ширина чувствительной зоны составляет примерно 2 м при высоте около 1 м. Для прокладки раздельных кабелей (SC2) необходимы две параллельные траншеи на расстоянии 2 м друг от друга. При этом поперечные размеры чувствительной зоны составляют соответственно около 3 м (ширина) и 1 м (высота). Сенсоры обоих типов укладывают в грунт или под асфальт на глубину от 6 до 23 см. Кабели типа SC2 при укладке ориентируют так, чтобы зазоры экранирующей оплетки были обращены вверх. Это позволяет сконцентрировать электромагнитное поле над поверхностью земли, уменьшив зависимость поля от влажности почвы и других природных факторов.
В отличие от системы Рафид, передающий и приемный модули системы Перимитракс располагаются на одном и том же краю зоны. Компенсация неоднородности чувствительности по длине зоны достигается за счет того, что ширина зазора в проводящем экране кабеля не является постоянной: она увеличивается по мере удаления от электронного приемопередающего модуля системы. За счет этого удается компенсировать неоднородность потерь в кабелях и сделать чувствительность однородной в пределах всей длины зоны охраны. Сенсорные кабели поставляются комплектами с фиксированной длиной: 50, 100, 150 и 200 м. Каждый сенсор снабжен соединительным (пассивным) коаксиальным кабелем длиной 20 м для подключения к электронному модулю.
Электронный модуль системы Перимитракс поддерживает две зоны охраны длиной до 200 м каждая. До 4 электронных блоков можно объединить в общую сеть, обеспечивающую охрану периметра общей длиной до 1600 м (8 зон по 200 м).
В сетевой версии питание электронных блоков и передача сигналов тревоги осуществляются непосредственно по сенсорным кабелям.
Излучатели и приемники двухзонного электронного модуля системы работают на двух фиксированных частотах: 40.665 и 40.695 МГц, что позволяет устранить интерференционные помехи между соседними зонами. Диапазон рабочих температур системы – от -40О до +70 ОС.
По заявлению фирмы-изготовителя система с вероятностью 99% обнаруживает нарушителя с массой более 34 кг, перемещающегося со скоростями от 0,025 до 15 м/с. При этом система не срабатывает на птиц или мелких животных массой менее 10 кг.
Система ОмниТракс (OmniTrax)
Эта система, разработанная компанией Senstar сравнительно недавно, является логическим развитием системы Перимитракс. В качестве сенсорных элементов здесь могут использоваться сенсоры предыдущего поколения SC1 или SC2, а также новый сенсорный кабель ОС2 (рис. 7). Сенсор ОС2 по конструкции похож на одиночный кабель SC2, отличаясь от него более крупными размерами. Внешний диаметр кабеля с двойной защитной оболочкой равен 12 мм, диаметр центрального проводника – 2,5 мм. Поперечные размеры чувствительной зоны системы с двумя раздельными кабелями аналогичны соответствующим параметрам системы Перимитракс.
| Рис. 7. Сенсорный кабель ОС2 системы охраны ОмниТракс
Основное отличие системы ОмниТракс от системы предыдущего поколения состоит в том, что в передающий кабель подается не непрерывный радиочастотный сигнал, а кодированный импульсный сигнал. Анализ принимаемого сигнала позволяет не только обнаруживать нарушителя, но и определять место вторжения с точностью до 1 м. К электронному модулю подключаются две зоны охраны длиной до 400 м каждая. Специальная обработка сигналов с локализацией точки вторжения позволяет программно конфигурировать для каждого из процессора до 50 отдельных сегментов периметра, в каждом из которых формируется индивидуальный сигнал тревоги.
| Рис. 8. Электронный процессор системы ОмниТракс с двумя сенсорными кабелями ОС2
Анализаторы системы ОмниТракс (рис. 8) можно включать в общую сеть, в которой сенсорные кабели используются также для подачи питания на электронные модули и для передачи сигналов тревоги и диагностики на пост управления.
Согласно спецификации изготовителя, система ОмниТракс с вероятностью 99% обнаруживает нарушителя массой более 35 кг, который пересекает охраняемый рубеж со скоростью от 0,05 до 8 м/сек. Заявляемая вероятность ложной тревоги составляет при этом не более одной ложной тревоги в месяц на одну зону охраны (400 м).
Система МайкроТрек (MicroTrack)
Чувствительными элементами системы МайкроТрек (компания Southwest Microwave, США) служат два излучающих кабеля, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 2 м (рис. 9). Сенсорные кабели устанавливаются в грунт на глубину 10–23 см, хотя разработчики системы указывают, что глубина закладки кабелей не оказывает существенного влияния на конфигурацию чувствительной зоны. Типовые поперечные размеры зоны составляют 3 м (ширина) и 1 м (высота). Поперечные размеры чувствительной зоны зависят от проводимости почвы, поэтому для минимизации поглощения электромагнитного излучения рекомендуется устанавливать сенсорные кабели в траншеях, заполненных песком. Коаксиальный сенсорный кабель с разреженной экранирующей оплеткой содержит двойную защитную оболочку (майлар и полиэтилен) со специальным заполнением, препятствующим проникновению влаги внутрь кабеля. Внешний диаметр кабеля – 10,3 мм.
| Рис. 9. Укладка подземных сенсорных кабелей системы МайкроТрек
Сенсорные кабели выпускаются в двух стандартных длинах: 110 м и 210 м. Кабели поставляются с заранее подключенными разъемами, соединительными пассивными кабелями и концевыми модулями, что важно для сохранения герметичности при подземной установке.
Анализатор системы (рис. 10) поддерживает две зоны охраны длиной до 200 м каждая. Несколько анализаторов можно включить в сеть, где питание и передача тревожных сигналов осуществляются по сенсорным кабелям. Напряжение питания электронных процессоров – от 1 до 48 Вольт постоянного тока. Диапазон рабочих температур системы – от -40 ОС до +70 ОС.
Отличительная особенность системы – использование многочастотного сигнала, подаваемого в передающий кабель. Специальный алгоритм обработки принимаемого сигнала позволяет не только обнаруживать вторжение, но и определять место вторжения с точностью не хуже 3 м.
Каждая из зон охраны (длиной до 200 м) программно разделяется на 100 отдельных сегментов. Сигналы в каждом из сегментов обрабатываются индивидуально. Это дает возможность задавать чувствительность в каждом из сегментов, компенсируя тем самым локальные неоднородности электромагнитных параметров почвы.
Программа управления системой охраны отображает состояние в каждом из сегментов и позволяет при необходимости корректировать настройку параметров на отдельных участках периметра.
| Рис. 10а. Коаксиальный сенсорный кабель с регулярными отверстиями в экранирующей оплетке
Несколько общих выводов:
1. Радиочастотные системы охраны периметра с подземными излучающими кабелями («линиями вытекающей волны») позволяют обнаруживать отдельного нарушителя, обеспечивая объемную зону чувствительности с типовой шириной 3 м и высотой 1 м.
2. Подземное расположение сенсорных кабелей обеспечивает точное следование профилю почвы и скрытную установку компонентов охранной системы.
3. Длина отдельной зоны охраны обычно составляет не более 400 м. Некоторые из охранных систем с подземными излучающими кабелями позволяют определять место вторжения с точностью до 2–3 м. Современные системы с излучающими кабелями могут подключаться к сетевым комплексам контроля и управления, используемым для охраны протяженных периметров.
| 4. Сенсорные кабели нельзя устанавливать вблизи массивных металлических конструкций, автомобильных дорог, электрических кабелей, трубопроводов.
5. Почва над сенсорными кабелями должна быть свободна от скоплений дождевой воды или водных потоков.
6. Системы с излучающими кабелями являются активными, т. е. их можно обнаружить радиотехническими методами. Такие системы могут быть подвержены электромагнитным помехам. В некоторых случаях активность охранных систем огранивает возможности их применения.
Рис. 10б. Электронный модуль системы МайкроТрек на испытательном полигоне фирмы Southwest Microwave | | | | | |
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru
|
|