Страница:
Ниже приводятся примеры комбинированных устройств, разработанных различными фирмами.
Запатентованные устройства
В этом разделе обсуждаются следующие сочетания типов датчиков:
- ультразвуковой допплеровский и пассивный инфракрасный;
- микроволновый допплеровский и пассивный инфракрасный;
- микрофонный и пассивный инфракрасный.
Ультразвуковой датчик и ПИК устройства
Обсудим, к примеру, прибор "Aritech DR 244", сочетающий в себе эти два типа датчиков. Для подачи тревоги должны сработать оба датчика сразу, причем в предопределенный период времени. Чувствительность датчиков различна и на ложные тревоги. Они, как правило, реагируют по отдельности, не включая сигнал об опасности. ПИК устройство снабжено собственной системой различения для самостоятельного подавления ложных сигналов (многоэлементное слежение). ПИК детектор может устанавливаться так, чтобы обеспечивать обычное пятисекторное слежение за полом или создавать "шторку". Ультразвуковая часть системы отслеживает в помещении объемную составляющую допплеровского сдвига и чувствительна на расстоянии до 7 метров. Дистанция может регулироваться.
Микроволновый датчик и ПИК-устройства
Фирма " С and К Systems" настолько уверена в спросе на свои изделия, что специализируется исключительно на комбинированных устройствах. Эта специализация привела к разработке систем для самого широкого круга пользователей под маркой "Dual Tech".
Представители этой компании небезосновательно считают, что будущее развитие производства систем сигнализации связано с преодолением проблемы ложных тревог, и гарантируют полный возврат денег покупателю, если прибор "Dual Tech" произведет хотя бы одну ложную тревогу в помещении в течение полугода после приобретения. Очень хотелось бы надеяться, что такой подход станет типичным для всего производства систем охранной сигнализации. Мне, по крайней мере, идея подобной гарантии очень импонирует.
" С and К Systems" избрала сочетание микроволнового радара и ПИК детектора. Если исходить из проведенного ими же сравнения ультразвуковых и МКВ детекторов, выбор микроволнового излучения оправдан благодаря возможности увеличения дальности надежного обнаружения. Только МКВ радары способны по этому параметру состязаться с ПИК детекторами.
Микрофонные приборы и ПИК устройства
Это третья комбинация типов датчиков, получившая широкое распространение. Компания " First Technology PLC", известная своими разработками в области инерционных датчиков, выпустила систему "1СА1 100". Применение этого детектора может быть самым различным, однако наиболее всего он подходит для закрываемых на ночь помещений, проникнуть в которые можно, только разбив окно.
Один из датчиков в комбинации - электронный микрофон с частотным фильтром, настроенным на звук бьющегося стекла в диапазоне 6-8 килогерц. В этом диапазоне работают и многие другие источники звука, поэтому сам по себе такой микрофонный детектор вызвал бы лавину ложных тревог. Отсюда его сочетание с ПИК устройством, весьма необычное по характеру. ПИК детектор направлен на окно. Когда срабатывает микрофон на стекле, тепловой детектор "просыпается" и начинает активное слежение. Даже если преступники, разбившие стекло, отсиживаются в укрытии "до наступления штиля", лишь только они появятся в проеме разбитого окна, ПИК детектор, ожидающий их, подаст тревогу.
Темы к обсуждению
Вы должны решить для себя, что для вас важнее - уверенное обнаружение или независимость от ложных срабатываний. В любом случае следует расставить приоритеты.
Если вам покажется, что двух- или четырехэлементное ПИК устройство надежнее комбинированного, то сможете ли вы объяснить это логически? Несомненно, что комбинированные устройства создаются прежде всего для снижения числа ложных тревог, хотя некоторые из преимуществ комбинирования датчиков фирма " С and К Systems" пытается использовать и для увеличения дальности уверенного обнаружения.
Однако, если риск столь велик и для вас важнее уверенное обнаружение злоумышленника, каков будет ваш выбор между комбинированными устройствами и четырехканальным обнаружением посредством ПИК систем?
ГЛАВА 20
МИКРОВОЛНОВЫЕ БАРЬЕРЫ
Термин "микроволновый барьер" говорит сам за себя; понятно, для чего предназначен датчик. Правда, если бы мы могли видеть зону перекрытия и датчики, они бы не показались нам похожими на забор. Концепция "микроволнового барьера" появилась на свет сравнительно недавно.
Необходимость в микроволновых барьерах
Первые модели датчиков предназначались для охраны периметров, но были случаи, когда их использовали и в помещениях.
На охраняемом объекте прежде всего существует необходимость в передней линии обороны, способной первой подать сигнал об опасности. Самое простое, что приходит в голову - это прикрепить к ограде вибрационные датчики или нечто подобное. Но при их использовании крайне трудно избавиться от ложных тревог: скажем, вызванных случайным прикосновением к забору проходящих мимо людей, либо сильными порывами ветра.
Несомненно, убежденные сторонники вибродатчиков будут их совершенствовать, другие же начнут искать альтернативы.
Альтернативными датчиками являются прежде всего активные инфракрасные лучевые барьеры, описанные в главе 14. Как уже говорилось, инфракрасное излучение может рассеиваться туманом, а в" поле зрения" инфракрасного луча может попасть пролетающая птица, поэтому и возникает требование дублирования заграждения. Рассеяние инфракрасного света в тумане объясняется тем, что длина его волны практически равна размеру частичек влаги, образующих туман. Они-то и поглощают энергию пучка. Система в таком случае бьет тревогу до тех пор, пока туман не исчезнет. В тех местах, где туманы бывают редко, эта проблема снимается. Но там, где туманы часты, приходится искать иной выход - например, увеличить длину волны. Микроволны в тумане не рассеиваются, поэтому и появилась идея микроволновых заграждений.
Способы контроля за зоной слежения с использованием МКВ барьеров по мере близкого знакомства с ними пробуждают все больший интерес.
Системы, срабатывающие при прерывании пучка
Совершенно очевидно ее сходство с инфракрасной сигнализацией активного типа. Передатчик и приемник расположены друг против друга на любом требуемом расстоянии, вплоть до максимально допустимого производителями. Технически это может быть 100 м. и более, но при практической эксплуатации - меньше: для обеспечения прямого пучка между двумя приборами. Заграждение может следовать контурам зоны охраны, рельефу поверхности и огибать естественные препятствия.
При каждом значительном повороте - вверх, вниз или в сторону необходима дополнительная пара "передатчикприемник". Устройства, как правило, устанавливаются в метре от земли. При рабочей длине волны в 3 см круглая антенна диаметром 25 см даст конический пучок с расхождением около 10 градусов (5 градусов вверх и вниз от центральной оси).
Оба прибора срабатывают при прерывании луча, и ни в том, ни в другом случае перекрытие на уровне земли не является их основной задачей.
Системы, перекрывающие уровень земли
При сомнении в надежности защиты с помощью конусного пучка из-за возможности подползания под него следует изменить его форму.
Это можно сделать, используя вытянутый в вертикальной плоскости параболический рефлектор высотой в 1 метр и шириной около 25 см. Он устанавливается за длинной щелевой антенной типа волновода. Если основание антенны соприкасается с землей, опасность подползания под пучком устраняется (при условии, что поверхность достаточно ровная).
Такое расположение дает высокую вероятность обнаружения и низкую чувствительность к ложным объектам. Единственный недостаток - распластанный в ширину пучок неоправданно увеличивает зону обнаружения. Повернув антенну и рефлектор на 90 градусов и установив ориентированный теперь уже по горизонтали рефлектор в метре от земли, мы получим наиболее интересную конфигурацию микроволнового заграждения.
Микроволновый барьер, чувствительный к сдвигу фазы волны
Получившееся вертикальное расположение вобрало в себя многие поучительные черты ультразвукового и микроволнового пространственного обнаружения, поэтому в дальнейшем описании этого барьера мы их повторим.
Формирование пучка
Как уже было сказано, основная проблема при поиске альтернативы вибродатчикам на оградах, а также инфракрасным лучам - это крайне ограниченное пространство в периметровой зоне, где могут действовать приборы. Однако грамотно сформированный луч способен вписаться в это пространство.
Для лучшего представления картины следует иметь в виду, что выход антенны шириной 2 метра при длине волны в 3 см даст ширину пучка в 1 градус. Исходя из этого и применяя упомянутую в главе 16 обратно пропорциональную зависимость сечений отверстия и пучка, можно заключить, что антенна шириной 1 метр даст расхождение пучка в 2 градуса (при той же длине волны). Пучок такой ширины вполне впишется в пространство зоны защиты. Если мы пожелаем воспользоваться преимуществами более длинноволнового излучения, например, 12 см, двухметровая антенна даст пучок в 4 градуса, также вполне подходящий для зоны защиты. Он, правда, "съест" побольше ценного пространства на периметре.
Чтобы предотвратить возможность подползания злоумышленника под луч, предпринимаются две меры - антенны сужаются в вертикальной плоскости, отчего по вертикали луч расширяется до угла в 15-20 градусов и касается земли в непосредственной близости от антенны, и, во-вторых, используется принцип "стоячей волны".
Использование принципа "стоячей волны"
В главе 15 при описании истории разработки ультразвуковых датчиков мы уже упоминали принцип "стоячей волны". Там же отмечалось, как перемещения воздуха существенно влияют на ультразвук. Но в МКВ диапазоне этих воздействий нет, и именно здесь "стоячая волна" проявляет свои свойства наилучшим образом.
Чтобы легче представить себе, что происходит, вспомните о трудностях с замиранием сигнала у радиолюбителей. Замирание - суть изменение в силе принимаемого сигнала под действием части сигнала, отраженного от ионосферы Земли. Все было бы прекрасно, если бы отраженная энергия совпадала на вхождении приемника по фазе с сигналом, пришедшим по поверхности земли. Но ионосфера нестабильна и нестабильна поэтому фаза отраженного сигнала. Отраженный сигнал, приходя ко входу приемника то в фазе, то в противофазе, складываясь с основным, увеличивает энергию последнего либо уменьшает, что и приводит к эффекту замирания.
При создании систем сигнализации эффект "замирания" может быть использован для обнаружения нарушителя. Нужно лишь перевернуть только что представленную картинку вверх ногами и подставить на место ионосферы поверхность земли как отражатель, а на место объекта возмущений - нарушителя. Результат будет тот же - фазовый сдвиг частот. Полученное "затухание" заставит систему сработать. Таким образом, система прямого луча, использующая идеи "стоячей волны" и чувствительная к сдвигам не только по амплитуде, но и по фазе, способна обнаружить проползающего под барьером злоумышленника.
Еще одним интересным моментом является способность микроволнового барьера из "стоячих волн" заполнять небольшие выемки на поверхности. Для этого надо лишь чуть выше закрепить антенну и расширить пучок.
Нежелательное затухание
Ультразвуковые системы "стоячей волны" имели массу недостатков. Вполне законный вопрос - а имеются ли указанные недостатки у чувствительных к фазе микроволновых заграждений?
Действительно, изменения отражающей способности поверхности в МКВ диапазоне могут спровоцировать ложные тревоги. Эти изменения могут быть медленными из-за вырастающей травы и быстрыми при ливневом дожде. Если фазовая "картинка" поверхности меняется сверх установленного допуска, тревоги не избежать.
К счастью, допуск этот благодаря неровности земной поверхности достаточно велик, чтобы сдвиг по фазе его превысил. Он не идет ни в какое сравнение с допуском сдвига по фазе, приводящим к срабатыванию ультразвукового датчика, установленного в комнате с гладкими стенами.
И все же и микроволновое заграждение может "занервничать", и при установке длинных цепочек датчиков с этим приходиться бороться. Допустив, что один датчик ошибается раз в году, придется смириться с тем, что ограждение из 52 датчиков будет ошибаться раз в неделю. Если это вам кажется чрезмерным (а так оно и должно быть), то как вы будете решать эту проблему? Ответ на этот вопрос вы можете сами найти в главе 15. Он вынесен также в раздел " Темы для обсуждения" в этой главе.
Соотношения длины волны, ширины пучка и различающей способности
Наиболее очевидная выгода замены инфракрасной системы микроволновым барьером связана с изменением поперечного размера пучка. В главе 14 отмечалось, что полезное сечение И К пучка света между передатчиком и приемником - 50 миллиметров. Его может перекрыть и птица, и человек, и различить, кому принадлежат эти сигналы, прибор не в состоянии.
Полезное сечение пучка волн в микроволновом барьере - около 300 мм. Птица прервать его полностью не в состоянии, а человек наоборот вряд ли способен пройти, не прервав пучка совсем. Следовательно, с увеличением длины волны увеличивается размер антенны и возможность фильтровать ложные тревоги.
Дальнейшее увеличение длины волны еще больше повысит различающую способность системы. К тому же, более длинные волны проникают без помех через бумагу и высохшие на солнце неметаллические объекты, подобные листьям. Инфракрасные заграждения реагируют на листопад.
Можно возразить, что электронная система инфракрасных приборов способна "выловить" ложные тревоги. На что я отвечу: микроволновые заграждения тоже могут быть оснащены подобными системами обработки сигналов, и соотношение преимуществ не переменится.
Предел увеличения длины волны достигается тогда, когда антенна становится слишком большой и неуклюжей для реальной ситуации. Поскольку диапазон используемых частот ограничен также и государством, на практике волны длиннее 12 см не применяются. Этого вполне хватит для создания надежных приемников и передатчиков.
Использование более коротких волн
Там, где требования к занимаемому пространству очень суровы, у фазированной системы еще больше преимуществ.
Чтобы сузить пучок, мы можем или сократить длину волны, или расширить выход антенны. А что, если сделать и то, и другое? Результаты нас удивят.
Более ста лет назад немецкий ученый фраунгофер открыл, что, производя опыты по методике Янга с пучками света, можно при достаточной ширине щели антенны добиться нулевого расхождения пучка на определенном отрезке за отверстием.
Фраунгофер установил, что длина нерасходящегося пучка света будет равна частному от деления длины щели антенны на длину волны, умноженному на две длины волны. Это в теории, а на практике можно принять, что нерасходящийся отрезок равен просто длине отверстия, умноженной на это частное. Что нам даст эта формула?
Начнем вычисление для волн 3,2 см х-диапазона и антенны с длиной щели 32 см. Частное от деления по упрощенной формуле Фраунгофера - 10, а при умножении на 0,32 метра - получим, что пучок не разойдется на отрезке 3,2 метра. Какое разочарование! Если микроволновому заграждению предстоит перекрыть 100 метров пространства, результатом наших вычислений можно пренебречь.
А вот если перейти на длину волны 8 мм (Q-диапазон), а щель антенны увеличить в четыре раза, т.е. до 128 см, частное от деления 128 см на 0,8 см будет равно 160. Теперь помножим 160 на 1,25 /округленную длину антенны/ и получим, что пучок не будет расходиться на отрезке в 205 метров! Этого достаточно практически для любой области применения микроволновых барьеров. Ничейная полоса под нерасходящимся пучком будет шириной 1 метр, а расстояние между внешним и внутренним ограждением можно вполне сократить до 2 метров.
Преимущества нерасходящегося пучка таковы:
1/ Поскольку по горизонтали контуры пучка не меняются и расширяется он лишь по вертикали, удвоение расстояния между передатчиком и приемником уменьшает мощность сигнала на приемнике вдвое, а не вчетверо. Следовательно, лучше используются те малые мощности, которые правительство разрешило для микроволновых приборов.
2/Пространственная чувствительность вдоль пучка более равномерна, так как соотношение площадей перекрытия пучка телом нарушителя изменяется незначительно на всем участке от передатчика до приемника.
3/ Наземное пространство, необходимое для установки системы, сокращается до минимума.
4/ Физический закон падения энергии излучения в четвертой степени с увеличением дистанции превращается в квадратичное ослабление сигнала в обычных микроволновых барьерах и сводится к простой линейной зависимости при использовании барьера с нерасходящимся пучком.
Нерасходящиеся пучки и методы заполнения непросматриваемых участков в чувствительных к сдвигу по фазе системах "стоячей волны" пока еще слабо используются на практике. Время покажет, кто первым займется освоением этих преимуществ.
Области применения микроволновых барьеров
Установить подходящие области применения микроволновых барьеров можно опять-таки методом исключения.
Как уже говорилось в начале этой главы, микроволновые барьеры создавались как средства раннего обнаружения нарушителя на границе зоны охраны. Позже их стали использовать и для охраны особо рискованных зон внутри объекта, включающих несколько помещений.
Поскольку "струны" микроволнового барьера практически невидимы, люди вполне могут пересечь их и без дурных намерений - случайно. Чтобы избежать этого, микроволновое заграждение необходимо устанавливать 1 внутри 0 видимого заграждения. Точно так же с внутренней стороны зоны на границе поля микроволнового заграждения лучше поставить еще одну изгородь. Она не пустит в зону работы микроволнового заграждения случайно забредших туда обитателей охраняемого объекта. В зонах очень высокого риска дублирующее ограждение тоже может быть оснащено системой сигнализации. Однако независимо от конструктивных деталей двойное заграждение - это очень дорогое удовольствие. Но, по-моему, если риск очень высок и альтернативы нет, то уверенную работу системы сигнализации стоит оплатить. Не стоит устанавливать систему, не веря в ее возможности отличить реальную тревогу от ложной. Принцип " на всякий случай" не подходит. Сопоставимой альтернативой двойному заграждению является внутренняя система телевидения, если есть возможность быстро реагировать на ее сигналы. Особенности внутренних систем телевидения обсуждаются в главах 7 и 22.
Достоинством микроволновых барьеров является то, что злоумышленнику очень трудно их перехитрить. Случайный прохожий, как уже говорилось, может незаметно для себя попасть в невидимую зону ограждения. То же может произойти и с нарушителем.
В местах установки передатчиков и приемников можно превратить в преимущество такой недостаток антенн как их раскинутые в стороны "лепестки, которые могут перекрывать совершенно неожиданные добавочные зоны. Это преимущество усиливается перекрыванием пучков на углах и в длинных отрезках ограды.
Если периметр сильно изломан, количество пар "передатчик-приемник" может превысить разумные пределы. Экономия оборудования в таком случае достигается переработкой всей концепции охраны объекта и концентрацией средств сигнализации на действительно уязвимых точках.
Слишком пересеченный рельеф периметра исключает использование микроволнового заграждения и требует геодезически привязанной к себе системы сигнализации.
Источники тока и сигнальное оборудование
Системы, использующие диоды Ганна как источники МКВ излучения, требуют подпитки постоянным током от внешнего источника. Именно стоимость их подключения к источнику тока и к контрольному пульту существенно влияет на стоимость микроволнового барьера и на решение о его закупке.
Когда на место диодов Ганна ставятся транзисторы, тиристоры и иные высокоэффективные МКВ источники, энергетические аппетиты системы падают настолько, что становится выгодным использовать в качестве источников тока солнечные батареи. В течение дня небольшой аккумулятор, обслуживающий отдельно взятый датчик, вполне успевает запастись энергией для ночной работы.
Для эффективной связи с центральным пультом поста охраны сигнал тревоги с каждого датчика может быть слегка видоизменен. Система обработки информации на центральном пульте, зная соответствие вида сигнала его местоположению, легко различит, на каком отрезке произошло нарушение. Это резко сокращает затраты на поиск места возникновения сигнала.
Запатентованные устройства
Производимые системы для микроволнового барьера сильно отличаются друг от друга, но каждая создается таким образом, чтобы поступать на рынок в виде дешевой версии с единым серийным товарным наименованием.
Стоит начать с барьеров, срабатывающих при прерывании пучка. Образцом подобной системы, выпускаемой в США, штат Аризона, фирмой " Southwest Microwave". Антенна системы заключена во всепогодный защитный кожух и дает конический микроволновый пучок. Как и в большинстве других микроволновых систем сигнализации, излучение генерируется полевым транзистором на базе арсенида галлия. В Великобритании создание целостных систем охраны и их установка осуществляется фирмой " Fieldtech Heathrou Ltd".
Британская компания "Racal" представила систему, срабатывающую при прерывании пучка и перекрывающую поверхность земли. Метод, использованный для формирования пучка, становится очевидным при взгляде на волноводную щелевую вертикальную антенну устройства, за которой установлен вертикальный параболический рефлектор.
Транснациональная корпорация со штаб-квартирой в Великобритании "Shorrock Secenitty Systems" обратила свои взоры на третью разновидность микроволновых барьеров, чувствительную к фазовому сдвигу благодаря горизонтально установленной антенне. Они разработали, в числе прочих, и переносную систему. Ее можно использовать, например, для временной охраны самолетов и вертолетов.
Менее экзотическая система подобного типа разработана фирмой " Frowds". Она называется "Frowds Ynvisiwall" (" Невидимая стена"). Компания " Frowds" из Плимута, по всей видимости, первой оснастила датчики своего микроволнового барьера солнечными батареями для автономного питания.
Темы к обсуждению
В этой главе содержится столько намеков на решение проблем "стоячей волны" в системах, чувствительных к фазовому сдвигу, что найти его вам, видимо, будет просто. Но знать, что надо сделать, это еще не все. Главное - понять, как сделать все аккуратно и экономно. Для этого можно, например, установить на бетонную поверхность пару элементов переносного микроволнового заграждения, закрепить передатчик на высоте, скажем, 1 метр, и поэкспериментировать с высотой и дистанцией крепления приемника. При этом следует следить за показаниями датчиков о силе поступающего сигнала. Будем надеяться, что данные натолкнут вас на достойные обсуждения решения. Если нет, то сможете ли вы убедить себя и своих коллег, что проблемы "стоячей волны" просто нет?
Серьезное обсуждение этого вопроса поможет вам выяснить практически все необходимое о микроволновых заграждениях.
ГЛАВА 21
УСТРОЙСТВА "НАВЕДЕННОГО ПОЛЯ" (УНП)
Уже стало традицией воспринимать устройства "наведенного поля" как приборы дистанционного включения дверей и другой техники. По мере использования в этом качестве они так плохо себя зарекомендовали, что заработали дурную славу "неуправляемых" и были исключены из поля зрения конструкторов. А если их попробовать использовать для перехвата нарушителей, подобно инфракрасным и микроволновым приборам, то они раскроют во всей красе такое незаменимое качество, как способность отслеживать все изгибы рельефа.
Сенсоры электрического поля
Давайте сначала разберемся с терминами. "Электрическое" не значит "Наэлектризованное". УНП не имеет ничего общего с бьющей током проволочной оградой на фермах. Датчики электрического поля, используемые в УНП, работают под низким напряжением и используются как конденсаторы.
Желая понять поглубже работу УНП, представьте себе классический контур усилителя радиоприемника - конденсатор, соединенный с индукционной катушкой для настройки. При вращении ручки настройки можно менять частоту приема и настраиваться на различные станции. Для создания УНП достаточно один выход аккумулятора заземлить, а другой подключить к проводу в метре или более от земли. Осталось замкнуть на этот провод-конденсатор индукционную катушку и создать в контуре переменный ток определенной частоты.
Единственное, в чем надо удостовериться - что на работу конденсатора влияет нарушитель, а не катушка. Электрическая емкость человеческого тела очень мала, поэтому контур должен быть пропорционально уменьшен до такой степени, чтобы электронное оборудование смогло было изменению емкости контура уверенно поднять тревогу.
Чтобы избежать злополучного сдвига фазы из-за эффекта "стоячей волны" в контуре, нам придется удлинить, насколько это возможно, задаваемую волну. С точки зрения электроники, это не проблема. При этом лишь возрастет индуктивность катушки и снизится резонансная частота. При создании барьеров основным фактором является длина каждой зоны обнаружения. Чем короче она будет, тем точнее можно локализовать место нарушения. Однако дробление зон увеличивает общую стоимость системы из-за роста расходов на дополнительное контрольное и индикаторное оборудование. Различные фирмы предлагают устройства с рекомендованной длиной зоны от 30 до 150 метров и соответственно резонансными частотами от 150 килогерц и вниз по шкале до границы между ультразвуковыми и звуковыми колебаниями.
Запатентованные устройства
В этом разделе обсуждаются следующие сочетания типов датчиков:
- ультразвуковой допплеровский и пассивный инфракрасный;
- микроволновый допплеровский и пассивный инфракрасный;
- микрофонный и пассивный инфракрасный.
Ультразвуковой датчик и ПИК устройства
Обсудим, к примеру, прибор "Aritech DR 244", сочетающий в себе эти два типа датчиков. Для подачи тревоги должны сработать оба датчика сразу, причем в предопределенный период времени. Чувствительность датчиков различна и на ложные тревоги. Они, как правило, реагируют по отдельности, не включая сигнал об опасности. ПИК устройство снабжено собственной системой различения для самостоятельного подавления ложных сигналов (многоэлементное слежение). ПИК детектор может устанавливаться так, чтобы обеспечивать обычное пятисекторное слежение за полом или создавать "шторку". Ультразвуковая часть системы отслеживает в помещении объемную составляющую допплеровского сдвига и чувствительна на расстоянии до 7 метров. Дистанция может регулироваться.
Микроволновый датчик и ПИК-устройства
Фирма " С and К Systems" настолько уверена в спросе на свои изделия, что специализируется исключительно на комбинированных устройствах. Эта специализация привела к разработке систем для самого широкого круга пользователей под маркой "Dual Tech".
Представители этой компании небезосновательно считают, что будущее развитие производства систем сигнализации связано с преодолением проблемы ложных тревог, и гарантируют полный возврат денег покупателю, если прибор "Dual Tech" произведет хотя бы одну ложную тревогу в помещении в течение полугода после приобретения. Очень хотелось бы надеяться, что такой подход станет типичным для всего производства систем охранной сигнализации. Мне, по крайней мере, идея подобной гарантии очень импонирует.
" С and К Systems" избрала сочетание микроволнового радара и ПИК детектора. Если исходить из проведенного ими же сравнения ультразвуковых и МКВ детекторов, выбор микроволнового излучения оправдан благодаря возможности увеличения дальности надежного обнаружения. Только МКВ радары способны по этому параметру состязаться с ПИК детекторами.
Микрофонные приборы и ПИК устройства
Это третья комбинация типов датчиков, получившая широкое распространение. Компания " First Technology PLC", известная своими разработками в области инерционных датчиков, выпустила систему "1СА1 100". Применение этого детектора может быть самым различным, однако наиболее всего он подходит для закрываемых на ночь помещений, проникнуть в которые можно, только разбив окно.
Один из датчиков в комбинации - электронный микрофон с частотным фильтром, настроенным на звук бьющегося стекла в диапазоне 6-8 килогерц. В этом диапазоне работают и многие другие источники звука, поэтому сам по себе такой микрофонный детектор вызвал бы лавину ложных тревог. Отсюда его сочетание с ПИК устройством, весьма необычное по характеру. ПИК детектор направлен на окно. Когда срабатывает микрофон на стекле, тепловой детектор "просыпается" и начинает активное слежение. Даже если преступники, разбившие стекло, отсиживаются в укрытии "до наступления штиля", лишь только они появятся в проеме разбитого окна, ПИК детектор, ожидающий их, подаст тревогу.
Темы к обсуждению
Вы должны решить для себя, что для вас важнее - уверенное обнаружение или независимость от ложных срабатываний. В любом случае следует расставить приоритеты.
Если вам покажется, что двух- или четырехэлементное ПИК устройство надежнее комбинированного, то сможете ли вы объяснить это логически? Несомненно, что комбинированные устройства создаются прежде всего для снижения числа ложных тревог, хотя некоторые из преимуществ комбинирования датчиков фирма " С and К Systems" пытается использовать и для увеличения дальности уверенного обнаружения.
Однако, если риск столь велик и для вас важнее уверенное обнаружение злоумышленника, каков будет ваш выбор между комбинированными устройствами и четырехканальным обнаружением посредством ПИК систем?
ГЛАВА 20
МИКРОВОЛНОВЫЕ БАРЬЕРЫ
Термин "микроволновый барьер" говорит сам за себя; понятно, для чего предназначен датчик. Правда, если бы мы могли видеть зону перекрытия и датчики, они бы не показались нам похожими на забор. Концепция "микроволнового барьера" появилась на свет сравнительно недавно.
Необходимость в микроволновых барьерах
Первые модели датчиков предназначались для охраны периметров, но были случаи, когда их использовали и в помещениях.
На охраняемом объекте прежде всего существует необходимость в передней линии обороны, способной первой подать сигнал об опасности. Самое простое, что приходит в голову - это прикрепить к ограде вибрационные датчики или нечто подобное. Но при их использовании крайне трудно избавиться от ложных тревог: скажем, вызванных случайным прикосновением к забору проходящих мимо людей, либо сильными порывами ветра.
Несомненно, убежденные сторонники вибродатчиков будут их совершенствовать, другие же начнут искать альтернативы.
Альтернативными датчиками являются прежде всего активные инфракрасные лучевые барьеры, описанные в главе 14. Как уже говорилось, инфракрасное излучение может рассеиваться туманом, а в" поле зрения" инфракрасного луча может попасть пролетающая птица, поэтому и возникает требование дублирования заграждения. Рассеяние инфракрасного света в тумане объясняется тем, что длина его волны практически равна размеру частичек влаги, образующих туман. Они-то и поглощают энергию пучка. Система в таком случае бьет тревогу до тех пор, пока туман не исчезнет. В тех местах, где туманы бывают редко, эта проблема снимается. Но там, где туманы часты, приходится искать иной выход - например, увеличить длину волны. Микроволны в тумане не рассеиваются, поэтому и появилась идея микроволновых заграждений.
Способы контроля за зоной слежения с использованием МКВ барьеров по мере близкого знакомства с ними пробуждают все больший интерес.
Системы, срабатывающие при прерывании пучка
Совершенно очевидно ее сходство с инфракрасной сигнализацией активного типа. Передатчик и приемник расположены друг против друга на любом требуемом расстоянии, вплоть до максимально допустимого производителями. Технически это может быть 100 м. и более, но при практической эксплуатации - меньше: для обеспечения прямого пучка между двумя приборами. Заграждение может следовать контурам зоны охраны, рельефу поверхности и огибать естественные препятствия.
При каждом значительном повороте - вверх, вниз или в сторону необходима дополнительная пара "передатчикприемник". Устройства, как правило, устанавливаются в метре от земли. При рабочей длине волны в 3 см круглая антенна диаметром 25 см даст конический пучок с расхождением около 10 градусов (5 градусов вверх и вниз от центральной оси).
Оба прибора срабатывают при прерывании луча, и ни в том, ни в другом случае перекрытие на уровне земли не является их основной задачей.
Системы, перекрывающие уровень земли
При сомнении в надежности защиты с помощью конусного пучка из-за возможности подползания под него следует изменить его форму.
Это можно сделать, используя вытянутый в вертикальной плоскости параболический рефлектор высотой в 1 метр и шириной около 25 см. Он устанавливается за длинной щелевой антенной типа волновода. Если основание антенны соприкасается с землей, опасность подползания под пучком устраняется (при условии, что поверхность достаточно ровная).
Такое расположение дает высокую вероятность обнаружения и низкую чувствительность к ложным объектам. Единственный недостаток - распластанный в ширину пучок неоправданно увеличивает зону обнаружения. Повернув антенну и рефлектор на 90 градусов и установив ориентированный теперь уже по горизонтали рефлектор в метре от земли, мы получим наиболее интересную конфигурацию микроволнового заграждения.
Микроволновый барьер, чувствительный к сдвигу фазы волны
Получившееся вертикальное расположение вобрало в себя многие поучительные черты ультразвукового и микроволнового пространственного обнаружения, поэтому в дальнейшем описании этого барьера мы их повторим.
Формирование пучка
Как уже было сказано, основная проблема при поиске альтернативы вибродатчикам на оградах, а также инфракрасным лучам - это крайне ограниченное пространство в периметровой зоне, где могут действовать приборы. Однако грамотно сформированный луч способен вписаться в это пространство.
Для лучшего представления картины следует иметь в виду, что выход антенны шириной 2 метра при длине волны в 3 см даст ширину пучка в 1 градус. Исходя из этого и применяя упомянутую в главе 16 обратно пропорциональную зависимость сечений отверстия и пучка, можно заключить, что антенна шириной 1 метр даст расхождение пучка в 2 градуса (при той же длине волны). Пучок такой ширины вполне впишется в пространство зоны защиты. Если мы пожелаем воспользоваться преимуществами более длинноволнового излучения, например, 12 см, двухметровая антенна даст пучок в 4 градуса, также вполне подходящий для зоны защиты. Он, правда, "съест" побольше ценного пространства на периметре.
Чтобы предотвратить возможность подползания злоумышленника под луч, предпринимаются две меры - антенны сужаются в вертикальной плоскости, отчего по вертикали луч расширяется до угла в 15-20 градусов и касается земли в непосредственной близости от антенны, и, во-вторых, используется принцип "стоячей волны".
Использование принципа "стоячей волны"
В главе 15 при описании истории разработки ультразвуковых датчиков мы уже упоминали принцип "стоячей волны". Там же отмечалось, как перемещения воздуха существенно влияют на ультразвук. Но в МКВ диапазоне этих воздействий нет, и именно здесь "стоячая волна" проявляет свои свойства наилучшим образом.
Чтобы легче представить себе, что происходит, вспомните о трудностях с замиранием сигнала у радиолюбителей. Замирание - суть изменение в силе принимаемого сигнала под действием части сигнала, отраженного от ионосферы Земли. Все было бы прекрасно, если бы отраженная энергия совпадала на вхождении приемника по фазе с сигналом, пришедшим по поверхности земли. Но ионосфера нестабильна и нестабильна поэтому фаза отраженного сигнала. Отраженный сигнал, приходя ко входу приемника то в фазе, то в противофазе, складываясь с основным, увеличивает энергию последнего либо уменьшает, что и приводит к эффекту замирания.
При создании систем сигнализации эффект "замирания" может быть использован для обнаружения нарушителя. Нужно лишь перевернуть только что представленную картинку вверх ногами и подставить на место ионосферы поверхность земли как отражатель, а на место объекта возмущений - нарушителя. Результат будет тот же - фазовый сдвиг частот. Полученное "затухание" заставит систему сработать. Таким образом, система прямого луча, использующая идеи "стоячей волны" и чувствительная к сдвигам не только по амплитуде, но и по фазе, способна обнаружить проползающего под барьером злоумышленника.
Еще одним интересным моментом является способность микроволнового барьера из "стоячих волн" заполнять небольшие выемки на поверхности. Для этого надо лишь чуть выше закрепить антенну и расширить пучок.
Нежелательное затухание
Ультразвуковые системы "стоячей волны" имели массу недостатков. Вполне законный вопрос - а имеются ли указанные недостатки у чувствительных к фазе микроволновых заграждений?
Действительно, изменения отражающей способности поверхности в МКВ диапазоне могут спровоцировать ложные тревоги. Эти изменения могут быть медленными из-за вырастающей травы и быстрыми при ливневом дожде. Если фазовая "картинка" поверхности меняется сверх установленного допуска, тревоги не избежать.
К счастью, допуск этот благодаря неровности земной поверхности достаточно велик, чтобы сдвиг по фазе его превысил. Он не идет ни в какое сравнение с допуском сдвига по фазе, приводящим к срабатыванию ультразвукового датчика, установленного в комнате с гладкими стенами.
И все же и микроволновое заграждение может "занервничать", и при установке длинных цепочек датчиков с этим приходиться бороться. Допустив, что один датчик ошибается раз в году, придется смириться с тем, что ограждение из 52 датчиков будет ошибаться раз в неделю. Если это вам кажется чрезмерным (а так оно и должно быть), то как вы будете решать эту проблему? Ответ на этот вопрос вы можете сами найти в главе 15. Он вынесен также в раздел " Темы для обсуждения" в этой главе.
Соотношения длины волны, ширины пучка и различающей способности
Наиболее очевидная выгода замены инфракрасной системы микроволновым барьером связана с изменением поперечного размера пучка. В главе 14 отмечалось, что полезное сечение И К пучка света между передатчиком и приемником - 50 миллиметров. Его может перекрыть и птица, и человек, и различить, кому принадлежат эти сигналы, прибор не в состоянии.
Полезное сечение пучка волн в микроволновом барьере - около 300 мм. Птица прервать его полностью не в состоянии, а человек наоборот вряд ли способен пройти, не прервав пучка совсем. Следовательно, с увеличением длины волны увеличивается размер антенны и возможность фильтровать ложные тревоги.
Дальнейшее увеличение длины волны еще больше повысит различающую способность системы. К тому же, более длинные волны проникают без помех через бумагу и высохшие на солнце неметаллические объекты, подобные листьям. Инфракрасные заграждения реагируют на листопад.
Можно возразить, что электронная система инфракрасных приборов способна "выловить" ложные тревоги. На что я отвечу: микроволновые заграждения тоже могут быть оснащены подобными системами обработки сигналов, и соотношение преимуществ не переменится.
Предел увеличения длины волны достигается тогда, когда антенна становится слишком большой и неуклюжей для реальной ситуации. Поскольку диапазон используемых частот ограничен также и государством, на практике волны длиннее 12 см не применяются. Этого вполне хватит для создания надежных приемников и передатчиков.
Использование более коротких волн
Там, где требования к занимаемому пространству очень суровы, у фазированной системы еще больше преимуществ.
Чтобы сузить пучок, мы можем или сократить длину волны, или расширить выход антенны. А что, если сделать и то, и другое? Результаты нас удивят.
Более ста лет назад немецкий ученый фраунгофер открыл, что, производя опыты по методике Янга с пучками света, можно при достаточной ширине щели антенны добиться нулевого расхождения пучка на определенном отрезке за отверстием.
Фраунгофер установил, что длина нерасходящегося пучка света будет равна частному от деления длины щели антенны на длину волны, умноженному на две длины волны. Это в теории, а на практике можно принять, что нерасходящийся отрезок равен просто длине отверстия, умноженной на это частное. Что нам даст эта формула?
Начнем вычисление для волн 3,2 см х-диапазона и антенны с длиной щели 32 см. Частное от деления по упрощенной формуле Фраунгофера - 10, а при умножении на 0,32 метра - получим, что пучок не разойдется на отрезке 3,2 метра. Какое разочарование! Если микроволновому заграждению предстоит перекрыть 100 метров пространства, результатом наших вычислений можно пренебречь.
А вот если перейти на длину волны 8 мм (Q-диапазон), а щель антенны увеличить в четыре раза, т.е. до 128 см, частное от деления 128 см на 0,8 см будет равно 160. Теперь помножим 160 на 1,25 /округленную длину антенны/ и получим, что пучок не будет расходиться на отрезке в 205 метров! Этого достаточно практически для любой области применения микроволновых барьеров. Ничейная полоса под нерасходящимся пучком будет шириной 1 метр, а расстояние между внешним и внутренним ограждением можно вполне сократить до 2 метров.
Преимущества нерасходящегося пучка таковы:
1/ Поскольку по горизонтали контуры пучка не меняются и расширяется он лишь по вертикали, удвоение расстояния между передатчиком и приемником уменьшает мощность сигнала на приемнике вдвое, а не вчетверо. Следовательно, лучше используются те малые мощности, которые правительство разрешило для микроволновых приборов.
2/Пространственная чувствительность вдоль пучка более равномерна, так как соотношение площадей перекрытия пучка телом нарушителя изменяется незначительно на всем участке от передатчика до приемника.
3/ Наземное пространство, необходимое для установки системы, сокращается до минимума.
4/ Физический закон падения энергии излучения в четвертой степени с увеличением дистанции превращается в квадратичное ослабление сигнала в обычных микроволновых барьерах и сводится к простой линейной зависимости при использовании барьера с нерасходящимся пучком.
Нерасходящиеся пучки и методы заполнения непросматриваемых участков в чувствительных к сдвигу по фазе системах "стоячей волны" пока еще слабо используются на практике. Время покажет, кто первым займется освоением этих преимуществ.
Области применения микроволновых барьеров
Установить подходящие области применения микроволновых барьеров можно опять-таки методом исключения.
Как уже говорилось в начале этой главы, микроволновые барьеры создавались как средства раннего обнаружения нарушителя на границе зоны охраны. Позже их стали использовать и для охраны особо рискованных зон внутри объекта, включающих несколько помещений.
Поскольку "струны" микроволнового барьера практически невидимы, люди вполне могут пересечь их и без дурных намерений - случайно. Чтобы избежать этого, микроволновое заграждение необходимо устанавливать 1 внутри 0 видимого заграждения. Точно так же с внутренней стороны зоны на границе поля микроволнового заграждения лучше поставить еще одну изгородь. Она не пустит в зону работы микроволнового заграждения случайно забредших туда обитателей охраняемого объекта. В зонах очень высокого риска дублирующее ограждение тоже может быть оснащено системой сигнализации. Однако независимо от конструктивных деталей двойное заграждение - это очень дорогое удовольствие. Но, по-моему, если риск очень высок и альтернативы нет, то уверенную работу системы сигнализации стоит оплатить. Не стоит устанавливать систему, не веря в ее возможности отличить реальную тревогу от ложной. Принцип " на всякий случай" не подходит. Сопоставимой альтернативой двойному заграждению является внутренняя система телевидения, если есть возможность быстро реагировать на ее сигналы. Особенности внутренних систем телевидения обсуждаются в главах 7 и 22.
Достоинством микроволновых барьеров является то, что злоумышленнику очень трудно их перехитрить. Случайный прохожий, как уже говорилось, может незаметно для себя попасть в невидимую зону ограждения. То же может произойти и с нарушителем.
В местах установки передатчиков и приемников можно превратить в преимущество такой недостаток антенн как их раскинутые в стороны "лепестки, которые могут перекрывать совершенно неожиданные добавочные зоны. Это преимущество усиливается перекрыванием пучков на углах и в длинных отрезках ограды.
Если периметр сильно изломан, количество пар "передатчик-приемник" может превысить разумные пределы. Экономия оборудования в таком случае достигается переработкой всей концепции охраны объекта и концентрацией средств сигнализации на действительно уязвимых точках.
Слишком пересеченный рельеф периметра исключает использование микроволнового заграждения и требует геодезически привязанной к себе системы сигнализации.
Источники тока и сигнальное оборудование
Системы, использующие диоды Ганна как источники МКВ излучения, требуют подпитки постоянным током от внешнего источника. Именно стоимость их подключения к источнику тока и к контрольному пульту существенно влияет на стоимость микроволнового барьера и на решение о его закупке.
Когда на место диодов Ганна ставятся транзисторы, тиристоры и иные высокоэффективные МКВ источники, энергетические аппетиты системы падают настолько, что становится выгодным использовать в качестве источников тока солнечные батареи. В течение дня небольшой аккумулятор, обслуживающий отдельно взятый датчик, вполне успевает запастись энергией для ночной работы.
Для эффективной связи с центральным пультом поста охраны сигнал тревоги с каждого датчика может быть слегка видоизменен. Система обработки информации на центральном пульте, зная соответствие вида сигнала его местоположению, легко различит, на каком отрезке произошло нарушение. Это резко сокращает затраты на поиск места возникновения сигнала.
Запатентованные устройства
Производимые системы для микроволнового барьера сильно отличаются друг от друга, но каждая создается таким образом, чтобы поступать на рынок в виде дешевой версии с единым серийным товарным наименованием.
Стоит начать с барьеров, срабатывающих при прерывании пучка. Образцом подобной системы, выпускаемой в США, штат Аризона, фирмой " Southwest Microwave". Антенна системы заключена во всепогодный защитный кожух и дает конический микроволновый пучок. Как и в большинстве других микроволновых систем сигнализации, излучение генерируется полевым транзистором на базе арсенида галлия. В Великобритании создание целостных систем охраны и их установка осуществляется фирмой " Fieldtech Heathrou Ltd".
Британская компания "Racal" представила систему, срабатывающую при прерывании пучка и перекрывающую поверхность земли. Метод, использованный для формирования пучка, становится очевидным при взгляде на волноводную щелевую вертикальную антенну устройства, за которой установлен вертикальный параболический рефлектор.
Транснациональная корпорация со штаб-квартирой в Великобритании "Shorrock Secenitty Systems" обратила свои взоры на третью разновидность микроволновых барьеров, чувствительную к фазовому сдвигу благодаря горизонтально установленной антенне. Они разработали, в числе прочих, и переносную систему. Ее можно использовать, например, для временной охраны самолетов и вертолетов.
Менее экзотическая система подобного типа разработана фирмой " Frowds". Она называется "Frowds Ynvisiwall" (" Невидимая стена"). Компания " Frowds" из Плимута, по всей видимости, первой оснастила датчики своего микроволнового барьера солнечными батареями для автономного питания.
Темы к обсуждению
В этой главе содержится столько намеков на решение проблем "стоячей волны" в системах, чувствительных к фазовому сдвигу, что найти его вам, видимо, будет просто. Но знать, что надо сделать, это еще не все. Главное - понять, как сделать все аккуратно и экономно. Для этого можно, например, установить на бетонную поверхность пару элементов переносного микроволнового заграждения, закрепить передатчик на высоте, скажем, 1 метр, и поэкспериментировать с высотой и дистанцией крепления приемника. При этом следует следить за показаниями датчиков о силе поступающего сигнала. Будем надеяться, что данные натолкнут вас на достойные обсуждения решения. Если нет, то сможете ли вы убедить себя и своих коллег, что проблемы "стоячей волны" просто нет?
Серьезное обсуждение этого вопроса поможет вам выяснить практически все необходимое о микроволновых заграждениях.
ГЛАВА 21
УСТРОЙСТВА "НАВЕДЕННОГО ПОЛЯ" (УНП)
Уже стало традицией воспринимать устройства "наведенного поля" как приборы дистанционного включения дверей и другой техники. По мере использования в этом качестве они так плохо себя зарекомендовали, что заработали дурную славу "неуправляемых" и были исключены из поля зрения конструкторов. А если их попробовать использовать для перехвата нарушителей, подобно инфракрасным и микроволновым приборам, то они раскроют во всей красе такое незаменимое качество, как способность отслеживать все изгибы рельефа.
Сенсоры электрического поля
Давайте сначала разберемся с терминами. "Электрическое" не значит "Наэлектризованное". УНП не имеет ничего общего с бьющей током проволочной оградой на фермах. Датчики электрического поля, используемые в УНП, работают под низким напряжением и используются как конденсаторы.
Желая понять поглубже работу УНП, представьте себе классический контур усилителя радиоприемника - конденсатор, соединенный с индукционной катушкой для настройки. При вращении ручки настройки можно менять частоту приема и настраиваться на различные станции. Для создания УНП достаточно один выход аккумулятора заземлить, а другой подключить к проводу в метре или более от земли. Осталось замкнуть на этот провод-конденсатор индукционную катушку и создать в контуре переменный ток определенной частоты.
Единственное, в чем надо удостовериться - что на работу конденсатора влияет нарушитель, а не катушка. Электрическая емкость человеческого тела очень мала, поэтому контур должен быть пропорционально уменьшен до такой степени, чтобы электронное оборудование смогло было изменению емкости контура уверенно поднять тревогу.
Чтобы избежать злополучного сдвига фазы из-за эффекта "стоячей волны" в контуре, нам придется удлинить, насколько это возможно, задаваемую волну. С точки зрения электроники, это не проблема. При этом лишь возрастет индуктивность катушки и снизится резонансная частота. При создании барьеров основным фактором является длина каждой зоны обнаружения. Чем короче она будет, тем точнее можно локализовать место нарушения. Однако дробление зон увеличивает общую стоимость системы из-за роста расходов на дополнительное контрольное и индикаторное оборудование. Различные фирмы предлагают устройства с рекомендованной длиной зоны от 30 до 150 метров и соответственно резонансными частотами от 150 килогерц и вниз по шкале до границы между ультразвуковыми и звуковыми колебаниями.