02.06.2008. Радиоволновые и проводноволновые и двухпозиционные извещатели

Одними из лидеров рынка технических средств охраны периметров на протяжении многих десятилетий остаются двухпозиционные радиоволновые (радиолучевые) извещатели. Относительно невысокая себестоимость, надежность работы, широкий выбор конструкций антенн, определяющих форму и свойства объемной зоны обнаружения, простота монтажа и эксплуатации сделали их «фаворитами». Универсальные двухпозиционные проводноволновые извещатели появились относительно недавно, не более 20 лет назад. Благодаря возможности блокирования сложных участков пересеченной местности они практически сразу нашли довольно широкое применение. Извещатели данных типов довольно просты в монтаже и настройке, имеют хорошие обнаружительные характеристики, стабильно работают в течение всех сезонов, в любых климатических условиях. Малогабаритные и больших размеров, отечественные и импортные, с аналоговой или цифровой обработкой, в пластиковых или металлических корпусах – все варианты просто не перечислить.

Основные показатели охранных извещателей:

1) Возможность получения зоны обнаружения необходимой конфигурации и размеров;

2) Обнаружительная способность в определенных условиях эксплуатации;

3) Наработка на ложное срабатывание, включая срабатывания от допущенных биологических и атмосферных влияний, при необходимой чувствительности;

4) Наработка на отказ, и возможность быстрого восстановления работоспособности;

5) Живучесть, способность выдерживать критические воздействия (прочность и стойкость корпусов, надежность элементной базы и т. п.);

6) Наличие сертификатов, подтверждающих заявленные характеристики и свойства;

7) Удобство монтажа и юстировки;

8) Наличие стандартных интерфейсов и достаточного диапазона питания;

9) Расходы на поддержание в рабочем состоянии и обслуживание;

В основе конструкции радиоволновых двухпозиционных извещателей «лежат» излучающая СВЧ-энергию передающая (ПРД) и приемная (ПРМ) антенны, между которыми образуется электромагнитное поле (чувствительная зона) в форме эллипсоида вращения. Главный лепесток диаграммы направленности антенн в основном и формирует чувствительную зону, которая может искажаться боковыми лепестками. Ширина и высота чувствительной зоны определяются выбранной рабочей частотой (как правило, от 1 ГГц до 28 ГГц и выше), диаграммой направленности, боковыми лепестками антенн, длиной участка (расстоянием между ПРД и ПРМ), алгоритмом обработки сигналов, включением в обработку высших (2, 3, …) «зон Френеля» и значениями порогов. Для рабочей частоты ~10ГГц и размера антенн ~200×200 мм2 ширина чувствительной зоны в середине 300 метрового участка примерно равна 5 м.

При попадании объектов в чувствительную зону, часть электромагнитной энергии рассеянной поверхностью объекта переизлучается в приемную антенну с фазой определяемой разностью хода прямого (ПРД→ПРМ) и отраженного объектом (ПРД→объект→ПРМ) лучей электромагнитной волны и количеством переотражений (ПРД→объект1…→объектN→ПРМ). Объекты могут быть как статическими, так и подвижными. Отражающие поверхности (земля, заграждение и т. п.) играют большую роль в сигналообразовании и, как следствие, значительно ухудшают характеристики извещателей из-за нестабильности отражающих поверхностей при изменении метеоусловий (дождь, снег и т. п.).

Это усложняет использование радиоволновых извещателей вблизи различных заграждений. Отраженная от заграждения или земли электромагнитная волна вычитается из прямой (основной) волны и снижает суммарный сигнал на приемной антенне до уровня шумов или сильно изменяет его при суммировании. Это приводит к значительному влиянию «незначительных» воздействий (изменение уровня ΔН подстилающей поверхности при дожде и снегопаде или качание заграждения при ветре, что может вызывать ложные тревоги.

Значительного снижения влияния отраженных сигналов добиваются увеличением апертуры антенн в плоскостях, перпендикулярных к прилегающим поверхностям (земля, заграждение, стена здания и т. п.), или уменьшением длины волны (λ), что позволяет уменьшить угловую ширину главного лепестка (Θ~λ/D). Указанные действия приводят к ограниченному расширению возможностей извещателей, но достаточно приблизить чувствительную зону ближе к прилегающей поверхности и все повторяется.

Излучающие и приемные антенны или СВЧ-модули для радиоволновых извещателей имеют различные исполнения. Выбор рабочей частоты и размеров антенн определяет направленность излучения и приема СВЧ-энергии, чем лучше направленность, тем больше дальность и меньше ширина зоны обнаружения и, как следствие, меньше влияние окружающих негативных факторов. Традиционные конструкции содержат объемные волноводы, щелевые излучатели со встроенными СВЧ-генераторными и детекторными камерами, а также параболические отражатели, имеющие различные формы и размеры. Применение полосковых печатных антенн, позволяет снизить габаритные размеры блоков и делает их более надежными и долговечными.

Некоторые производители применяют полосковые антенны совместно с параболическими отражателями, что несколько увеличивает поток СВЧ-энергии в направлении детектора.

Увеличение апертуры (одного или двух линейных размеров излучающей поверхности) антенных устройств, при условии их эффективности, позволяет значительно снизить влияние прилегающих к зоне обнаружения поверхностей (земли, стены, заграждения и другой, перпендикулярной к увеличиваемому размеру антенны). И наоборот, уменьшение какого-либо размера антенны значительно увеличивает влияние поверхности, перпендикулярной к уменьшаемому размеру. Это хорошо проявляется при изменении отражающих свойств поверхности, например, при намокании, во время дождя, могут появиться флуктуации сигнала вызывающие необъяснимые срабатывания извещателя.

В проводноволновых извещателях объемная зона обнаружения формируется вдоль двухпроводной направляющей системы и в сечении имеет форму овала, она повторяет конфигурацию (повороты и изгибы) двухпроводной направляющей системы.

Самым привлекательным в данных извещателях является их способность пространственно адаптироваться к неровностям рубежей охраны практически с любым числом поворотов и перепадов по высоте, что позволяет значительно сэкономить на количестве необходимых для блокирования извещателей.

Проводноволновые извещатели не имеют излучающих антенн и являются псевдопассивными устройствами, а проводная направляющая система является фидером, доставляющим видеоимпульсы или радиоимпульсы УКВ диапазона в направлении от задающего (передающего) блока к приемному.

В настоящее время изготавливаются несколько извещателей, однофланговых и двухфланговых, в различных корпусах, с разными схематическими и алгоритмическими решениями, от однопороговых до многопороговых. Настройка производится по одному или нескольким параметрам, как в ручном режиме, так и в режиме ОБУЧЕНИЕ.

Также разработаны и изготавливаются извещатели с трехпроводной направляющей системой, которые позволяют определять направление движения нарушителя и улучшить показатели по назначению (вероятность обнаружения и период ложных тревог). Два провода при этом размещаются над землей, а третий укладывается либо на поверхность земли, либо заглубляется на 10..15 см. Методы и устройства обработки извещателей, рассматриваемых классов, также значительно различаются: от простых аналоговых пороговых обнаружителей до сложных цифровых или аналогоцифровых, реализующих алгоритмы различных преобразований сигналов. Практически во всех выпускаемых извещателях поддерживается баланс аналогового преобразования и цифровой обработки, а производители микросхем и процессоров для обработки сигналов все чаще включают в их состав сложные аналоговые схемы.

Что касается вероятности обнаружения и других характеристик по назначению, то нижние доверительные границы вероятности обнаружения варьируют в основном в интервале 0,95…0,98, при выборе доверительной вероятности из интервала 0,9…0,8. Период наработки на ложное срабатывание в среднем составляет около 1000 часов, что, как правило, подтверждено испытаниями при сертификации. Более продолжительные периоды наработки потребуют длительности испытаний, выходящей за пределы разумной и достижимой. Как правило, даже 1000 ч подтверждается ускоренными испытаниями при значительном снижении (до 0,8 и ниже) доверительной вероятности.

Интерфейс. Стандарты на охранные системы и устройства пока предусматривают в извещателях только «сухую» контактную группу или размыкаемое сопротивление. Большинство радиоволновых извещателей имеют соответствующий выход. Некоторые извещатели имеют встроенные интерфейсы обмена информацией с центральными устройствами системы охраны, которые функционируют на расстояние до 1,2 километра, но слабая защита от наведенных напряжений, например во время грозы, и необходимость трансляции сигналов при увеличении расстояний до центрального устройства, ограничивают их использование в качестве стандартных интерфейсов. Поэтому RS-232, RS-485 или подобные интерфейсы развиваются как внутрисистемные для комплексов сбора информации, оставляя извещателю небольшую номенклатуру сигналов обмена (ТРЕВОГА, Дистанционный Контроль и т. п.). Питание извещателей самое разнообразное: постоянное или переменное, в широких или узких диапазонах, с небольшой или даже супермалой потребляемой мощностью. Ранее существовали два требования к диапазонам питания: 1) 20…30 В и 2) 10…30 В. В настоящее время диапазонов гораздо больше. Среди инсталляторов существует не совсем правильное мнение о необходимости применения извещателей с расширенным диапазоном питающего напряжения, ввиду больших потерь в линиях связи и разницы напряжений для питания вблизи и на удалении от блоков питания. К сожалению, почти все извещатели при уменьшении напряжения питания значительно увеличивают ток потребления, хотя при этом потребляемая мощность и остается практически неизменной (при высоком КПД).

Конструкции извещателей обеспечивают характеристики необходимые для заданных условий эксплуатации. Для работы внутри помещений или на улице в благоприятных «мягких» климатических зонах используются пластмассовые (термопластичные) корпуса блоков. Покраска блоков или применение светостабилизирующих добавок уменьшает влияние солнечной радиации и снижает возможность коробления и растрескивания корпусов. Однако для работы в сложных климатических условиях, применение термопластичных корпусов является проблематичным.

Существуют несколько вариантов исполнения корпусов передающих и приемных блоков радиоволновых извещателей. Обязательным условием является наличие радиопрозрачных лицевых поверхностей, обеспечивающих пропускание радиоволн в направлении от передающей антенны к приемной. Элементы крепления извещателей выпускаемых в настоящее время позволяют монтировать их как на плоские поверхности (заграждения или стены), так и на трубы или столбы, как вдоль поверхности земли, так и в верхней части заграждений.

Каждый производитель выбирает свои варианты электронных модулей управления и обработки сигналов от аналоговых до цифровых и микропроцессорных, включая ЦСП (цифровой сигнальный процессор) для получения как можно лучших характеристик исходя из проведенных исследований, возможностей освоения элементной базы и квалификации сотрудников.

В заключение можно добавить, что в последнее время наметился большой интерес разработчиков и производителей к радиолучевым и проводноволновым извещателям. Невысокая себестоимость и большие нереализованные возможности открывают новые горизонты на рынке безопасности. Как пример инновационного решения, можно привести недавнее появление извещателей «Призма 2» и «Импульс-20» с совершенно новыми функциональными возможностями и параметрами, что почти сразу же было отмечено признанием широкого круга специалистов в области безопасности и множеством наград и дипломов. Российские разработчики извещателей создают все более совершенные изделия, которые помогут решить сложные задачи обеспечения безопасности объектов и вывести Россию на лидирующие позиции в области высоких технологий обеспечения безопасности.

Тенденции развития радиоволновых и проводноволновых извещателей будут определяться дальнейшим развитием элементной базы и требованиями рынка безопасности. В настоящее время основными требованиями являются: улучшение качественных показателей по обнаружению и ложным тревогам, а также эстетичность, уменьшение энергозависимости и массо-габаритных характеристик. Возможны и «революционные» принципиальные изменения, т. к. в последнее время многие предприятия уделяют внимание инновационным исследованиям и разработкам.