98456

Магнитометрические средства обнаружения

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Наблюдающийся с середины 60-х годов непрерывный рост мирового рынка средств обнаружения обусловлен: увеличением угрозы терроризма по отношению к ядерно-опасным, химическим, энергетическим и другим большим по площади объектам; высокой эффективностью применения таких средств в локальных военных конфликтах (Ближний Восток, Афганистан)...

Русский

2015-11-03

430 KB

2 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЕ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра телекоммуникационных систем

                                                                            

Контрольная  работа по дисциплине

«Информационная безопасность и ТКС»

на тему:

«Магнитометрические средства обнаружения»

 Выполнил: студент 4 курса

гр. МТС-409А  ФАП

Фазлутдинов А.М.

Проверил: преподаватель

Сухинец Жанна Артуровна

 

Уфа - 2009

Содержание

[1] Содержание

[2]
Введение

[3] Методы построения МСО

[4]
Объекты обнаружения

[4.1]
Помехи

[5] Технические описания образцов

[5.1] Магнитометрическое средство обнаружения "Гепард"

[5.2] Комбинированное сейсмомагнитометрическое средство обнаружения "Дуплет".

[6] Список использованной литературы

 

у


Введение

Периметровые средства обнаружения (далее по тексту - средства обнаружения, СО), предназначенные для повышения эффективности охраны рубежей промышленных, военных и гражданских объектов, занимают особое место в отрасли специальной техники. Наблюдающийся с середины 60-х годов непрерывный рост мирового рынка средств обнаружения обусловлен: увеличением угрозы терроризма по отношению к ядерно-опасным, химическим, энергетическим и другим большим по площади объектам; высокой эффективностью применения таких средств в локальных военных конфликтах (Ближний Восток, Афганистан); возрастанием угрозы распространения религиозного и национального экстремизма через границы государств, нелегальной миграции, контрабанды оружия, наркотиков. Чем больше протяженность периметра, тем выше сравнительная эффективность использования технических средств по отношению к человеческому фактору охраны.

СО выявляют вторжение нарушителей (люди, транспортные средства, военная техника) в охраняемую область пространства - зону обнаружения (ЗО) по характерным возмущениям физического поля, которые регистрируются чувствительным элементом (ЧЭ) средства. Вид ЧЭ определяет геометрию зоны обнаружения, распределенную вдоль охраняемого рубежа, в отличие от более компактных точечных средств обнаружения, у которых зона распространяется вокруг и вблизи их места (точки) установки. В соответствии с физическим принципом регистрации вторжения существуют различные типы периметровых СО: сейсмические, вибрационные, радиотехнические и другие, которые могут быть разделены на классы:

  •  маскируемые или заградительные (немаскируемые), в зависимости от скрытности (или видимости) составных частей средства, преимущественно ЧЭ;
  •  пассивные или активные.

Маскируемые СО, чувствительный элемент которых размещен в грунте на глубине до 50 см, имеют тактическое преимущество в том, что идентификация зоны обнаружения для нарушителя затруднена. Это делает маловероятным ее преодоление ухищренными способами, при которых резко уменьшается обнаружительная способность заградительного средства. Для маскируемых СО, как правило, перечень источников значимых помех существенно меньше, средства не требуют регулярного технического обслуживания, сужается диапазон воздействующих температур. С другой стороны, заградительные СО в целом более дешевые и практичные, их монтаж и замена в случае повреждений не представляет затруднений.

При применении активных СО нарушитель обнаруживается на основе регистрации его взаимодействия со специально создаваемым физическим полем (например, радиолуч); в пассивных он обнаруживается по вносимому возмущению в существующее поле (например, магнитное поле Земли). К преимуществам пассивных СО можно отнести, как правило, существенно меньшие массогабаритные характеристики и энергопотребление, удовлетворение требованиям радиомаскирования. К преимуществам активных можно отнести в целом большую обнаружительную способность, более широкие возможности по совершенствованию изделий. В табл. 1 приведена классификация и примеры известных отечественных и зарубежных периметровых СО. В нашей стране безусловным лидером-разработчиком является СНПО "Элерон" и его дочерние предприятия НИКИРЭТ (г. Заречный), "Дедал" (г. Дубна); за рубежом - это прежде всего США (Sandia, Honeywell, Sylvania, Southwest Microwave), Израиль (Magal S.S., Galdor-Secotec, G.M. Advanced Security Technologies) и Великобритания (Geoquip, Remsdaq L.T.D), в меньшей степени Швейцария (Alarmcom), Япония (Optex), Канада (Senstar-Stellar), Франция.

Особое место среди СО занимают магнитометрические средства обнаружения (МСО), основанные на регистрации полезных сигналов (ПС) - изменений потока магнитной индукции, вызванных перемещающимися объектами-нарушителями из-за наличия у них ферромагнитных предметов. Чувствительный элемент МСО представляет собой распределенную вдоль зоны обнаружения кабельную линию и является петлевым индукционным контуром с дифференциальной структурой, образованным витками кабеля. Кабель укладывается в грунт на глубину 25...50 см вдоль охраняемого рубежа в 1...3 траншеи. Ослабление удаленных электромагнитных помех в ЧЭ (на 30...60 дБ) происходит практически без ослабления полезных сигналов.

Объектами обнаружения - нарушителями являются транспортные средства и боевая техника, а также люди, имеющие при себе оружие (нож, пистолет, автомат), ручной инструмент (пассатижи, кусачки), различные бытовые предметы (ключи, очки), различные ферромагнитные предметы в обуви, одежде, поклаже (гвозди, супинаторы, пуговицы, застежки и т.д.).

Магнитометрические СО менее распространены, чем, например, сейсмические, в основном по двум причинам:

  1.  Вследствие невозможности обнаружения так называемых "магниточистых" нарушителей (предпринявших меры по удалению ферромагнитных предметов из своего снаряжения);
  2.  Вследствие ограничения применения вблизи источников промышленных электромагнитных помех.

Второе ограничение является существенным, а первое, как показывает практика, несущественным:

  •  доля "магниточистых" нарушителей из общего объема (невооруженных, вооруженных людей и т.д.) не превышает долей % (в зависимости от специфики объекта), а их потенциальная угроза минимальна;
  •  нарушителю чрезвычайно трудно определить принцип работы пассивного и маскируемого чувствительного элемента и конфигурацию зоны обнаружения.

Проблема подготовленного нарушителя свойственна всем без исключения СО. Решение этой проблемы лежит на путях комплексирования нескольких средств с различными физическими принципами обнаружения либо применения комбинированного СО с несколькими принципами обнаружения - например, сейсмомагнитометрического средства "Дуплет".

Магнитометрические средства, в отличие от сейсмических, нечувствительны к агрегатному состоянию грунта и большинству природно-климатических факторов (за исключением молний и магнитных бурь), что определяет их относительно высокую потенциальную помехоустойчивость. Отстройка от импульсных электромагнитных помех достигается построением отдельного помехового канала, а также алгоритмическим путем. Известны МСО, способные работать под бетонным покрытием взлетно-посадочных полос, под водой и т.д.

МСО "направлено" на предметы человеческой деятельности (черный металл), что позволяет наиболее достоверным способом различать людей и крупных животных, которые в некоторых случаях являются основными источниками помех для других типов СО. Маловероятное и относительно слабое воздействие источника механической помехи, изменяющее конфигурацию ЧЭ в магнитном поле Земли, является побочным в отличие от заградительного вибромагнитометрического СО, где этот эффект существенно больше и является определяющим. Отличительной чертой МСО также является возможность организации дистанционного контроля работоспособности с полной глубиной, недоступной в других средствах. Зона обнаружения средства однородная вдоль всего рубежа, без "мертвых" зон, свойственных, например, для периметровых СО на физическом эффекте линии вытекающей волны или для распространенных радиолучевых СО.

Как показывает практика, эффективность МСО очень высока в случаях:

  •  когда возведение заграждений на рубеже охраны нецелесообразно или невозможно (например, на склонах гор, заливных берегах рек и т.д.), при интенсивной естественной и сезонной миграции животных через рубеж охраны;
  •  с тактической целью маскировки рубежа в случае организации второго рубежа охраны и комплексирования с заградительным СО первого рубежа;
  •  в сложных почвенно-геологических условиях, когда эффективность других СО резко снижается (например, болотистый грунт, зыбучие пески - для сейсмических СО).

МСО выгодно отличается от других средств тем, что математическое моделирование процесса обнаружения с большей достоверностью соответствует реальности:

  1.  В зоне обнаружения происходит векторное суммирование индукций магнитных полей от нарушителя и помех, которое можно считать квазистатическим, мгновенным, без искажений и поглощения. В других средствах полезные сигналы на пути своего распространения испытывают нелинейные искажения, затухание зависит от ряда случайных факторов.
  2.  Среда формирования и передачи магнитометрических сигналов - магнитное поле в зоне обнаружения - определяется главным (постоянным) магнитным полем Земли. Флуктуационный магнитный шум магнитного поля Земли достаточно стабилен, описывается спектральными функциями, пространственный градиент его ничтожен и может быть подавлен дифференциальным способом. В других СО влияние физической среды носит нестационарный характер, шум зависит от природно-климатических факторов и места установки, и исключить его дифференциальным способом нельзя.
  3.  Нарушитель в МСО фактически обнаруживается непосредственно, по наличию у него эквивалентного магнитного момента. В других СО он обнаруживается, как правило, опосредст-венно, по "следам" в среде распространения сигналов, что вносит большую неопределенность в процесс сигналообразования. Поэтому при разработке МСО и прогнозировании их тактико-технических характеристик (ТТХ) можно успешно использовать методы математического моделирования.

Основными ТТХ, определяющими эффективность МСО, являются вероятность Ро обнаружения нарушителей и средняя наработка Тлс на ложное срабатывание. Величина Ро определяется не только чувствительностью средства - порогом обнаружения По, но и полезной характеристикой нарушителей - магнитным моментом М. Величина Тлс определяется не только построением МСО, но и интенсивностью, частотой следования значимых помех.

Методы построения МСО

В любом МСО можно выделить четыре последовательно включенных функциональных узла:

  1.  ЧЭ - распределенный магнитометрический преобразователь магнитной индукции в электрический сигнал дифференциального типа;
  2.  усилитель-фильтр (УФ);
  3.  аналого-цифровой преобразователь (АЦП) или его простейший аналог - пороговое устройство (ПУ);
  4.  блок обработки сигналов (БОС), который в соответствии с заданным алгоритмом обработки выдает (или не выдает) сигнал обнаружения.

Последовательное соединение чувствительного элемента, усилителя-фильтра и порогового устройства носит название магнитометрический обнаружитель (МО), который является простейшим магнитометрическим средством обнаружения, обладающим (при прочих равных условиях) наивысшей обнаружительной способностью и минимальной помехоустойчивостью. Совокупность нескольких МО, подключенных к блоку обработки сигналов, образует, по сути, реальное МСО.

Методы построения магнитометрических средств обнаружения подразделяются на методы построения МО и БОС. Первые подразделяются на методы построения:

  1.  зоны обнаружения;
  2.  чувствительного элемента;
  3.  тракта первичной дискриминации полезных сигналов и помех.

Вторые подразделяются на методы повышения помехоустойчивости и информативности сигналов.

Трассировка ЧЭ вдоль рубежа охраны должна быть максимально точной (по ширине и длине соседних встречно включенных участков), чтобы обеспечить максимальный коэффициент подавления удаленных магнитных помех.

Двухрубежное обнаружение позволяет существенно повысить помехоустойчивость МСО, основываясь на временной корреляции помех,одновременно и примерно с равной интенсивностью воздействующих на оба магнитометрических обнаружителя, разнесенных в глубь рубежа, в то время как воздействие нарушителя на них носит последовательный во времени характер, По сравнению с однорубежными (при одинаковой обнаружительной способности) достигается выигрыш в помехоустойчивости в несколько раз. Недостатки такого решения: двойное увеличение массогабаритов и стоимости, проигрыш в тактике применения (расширение зоны обнаружения).

Двухфланговое построение периметрового МСО позволяет в 3...5 раз повысить помехоустойчивость к импульсным электромагнитным помехам. Принцип основан на том, что вероятность одновременного, в пределах интервала неопределенности, пересечения двух флангов скрытого рубежа двумя нарушителями ничтожно мала. Магнитная помеха действует на оба фланга одновременно, а интервал неопределенности служит для устранения эффектов, связанных с неидентичностью МО и пространственным градиентом помехи. Недостатком такого решения по сравнению с однофланговым является возрастание массогабаритов, энергопотребления, стоимости. Однако если на длину зоны обнаружения накладываются ограничения (связанные, например, с уровнем магнитного шума), тогда ее разбиение на два фланга является оптимальным.

Имеется три способа первичной дискриминации сигналов и помех, позволяющих реализовать их отличительные признаки:

  1.  отдельный (на уровне ЧЭ) датчик помехи;
  2.  оптимальная фильтрация полезных сигналов на фоне помех и наоборот;
  3.  выбор оптимального порога обнаружения По.

Введение отдельного датчика помехи (распределенный вдоль ЗО имеет преимущество перед сосредоточенным) является исключительно важным в периметровых МСО и позволяет повысить их помехоустойчивость более чем в 10 раз. Датчик помехи может также использоваться для осуществления дистанционного контроля работоспособности МСО. Выбор оптимального порога обнаружения По является важнейшим. Для распределенного индукционного ЧЭ имеется три постоянно действующих ограничивающих фактора:

  1.  магнитный шум магнитного поля Земли;
  2.  тепловой шум ЧЭ;
  3.  собственный шум усилителя-фильтра.

Их совокупное влияние, как показывают исследования, ограничивает предельно достижимый порог обнаружения (при длине зоны обнаружения до 500 м) величиной По = 1,5...2,0 нВ/вит. Если МСО располагается вблизи источников мощных индустриальных помех, например в городе, По должен быть увеличен: его величина должна превышать пиковый уровень суммарного шума не менее чем в 2,5 раза.

Методы повышения помехоустойчивости МСО подразделяются на обработку сигналов путем:

  1.  дискриминации по амплитудно-временным признакам;
  2.  накопления;
  3.  корреляционной обработки с нескольких МО.

По существу, они направлены на выявление и закрепление в алгоритме БОС совокупности признаков различения полезных сигналов и помех, таких, как длительность, межсигнальная (межимпульсная) пауза, полярность экстремумов, их чередование, и др. Аналоговое (интегрирование) или цифровое (счет импульсов) накопление сигналов есть эффективный критерий различения, основанный на том, что, как правило, длительность и величина ПС больше, чем у помехи.

Корреляционная обработка ПС и помех подразумевает их анализ по:

  1.  величине;
  2.  совпадению времени появления;
  3.  последовательности импульсов на выходах соответствующих МО.

Методы сводятся к идентификации помеховой ситуации, когда вырабатывается запрет на сигнал обнаружения. С увеличением времени запрета увеличивается помехоустойчивость, однако возрастает вероятность пропуска нарушителя, появление которого в ЗО может совпасть с действием помехи.

Методы повышения информативности ПС основаны на математическом моделировании процесса магнитометрического обнаружения и являются своего рода "ноу-хау" разработчиков.

Существует три типа построения МСО: однолинейные, двухлинейные и трехлинейные, в зависимости от количества кабелей вдоль рубежа охраны, образующих индукционный ЧЭ. В однолинейных средствах ЧЭ образовывает проводник, намотанный посекционно вокруг пермаллоевого сердечника (диаметром ~8 мм), с изменением направления намотки через базу А = 1,8...3 м так, чтобы количество секций с одинаковым направлением было равным (рис. 1). Двухлинейный ЧЭ образуется кабелем, который на пути своего распространения вдоль зоны обнаружения (длиной Lo) через расстояние А "перекрещивается" из одной в другую параллельные траншеи, образуя четное число попарно равных по площади "открытых" контуров, включенных встречно рис. 2a и рис. 2б). Трехлинейный ЧЭ образуют с помощью коммутационных коробок три параллельных кабеля, идущих на равном расстоянии А друг от друга вдоль рубежа; виток ЧЭ охватывает два открытых, встречно включенных индукционных контура, лежащих рядом на расстоянии А.

рисунок 1

рисунок 2a 

рисунок 2б 

В однолинейных ЧЭ при изготовлении обеспечивается максимальный коэффициент подавления "дальней" электромагнитной помехи Кп = 50...60 дБ. Стоимость ЧЭ относительно высокая (за счет применения пермаллоя или другого магнитного наполнителя с высоким "мю"), технология изготовления достаточно уникальная, длина Lo не превышает 100...150 м. Все это определило его ограниченное применение, несмотря на тактические и технические преимущества. Созданный и испытанный на рубеже 80 - 90-х годов ("Дедал") опытный образец подтвердил декларируемые за рубежом высокие ТТХ однолинейного МСО. В настоящее время отечественная технология изготовления такого ЧЭ утрачена.

В двухлинейных ЧЭ коэффициент подавления достигает 35...40 дБ, что обеспечивается точностью монтажа на местности. Ширина "петли" ЧЭ (1,2...2,4 м) оптимизируется в зависимости от модели нарушителя. Величина базы А= 2...50 м, которая может изменяться вдоль ЗО (длиной до 500...700 м), зависит от электромагнитной обстановки и изгибов трассы. Данный тип является наиболее распространенным, несмотря на то что его главными недостатками являются:

  1.  достаточно жесткие требования к качеству монтажа (смежные отрезки "петли" должны быть симметричными);
  2.  незначительное уменьшение величины Рo и большая сейсмическая чувствительность МСО в местах перекрестий;
  3.  невозможность организации датчика помехи (открытого контура) в едином конструктиве с ЧЭ.

В трехлинейных ЧЭ (ширина, база "петли" А = 1...1,2 м), несмотря на максимальное количество кабелей и меньшую достижимую длину 30 (не более 300 м), за счет меньшей базы коэффициент подавления "дальней" помехи достигает 45...50 дБ. При этом необходимы концевые коммутационные коробки, с помощью которых в едином кабельном конструктиве формируется дифференциальная структура ЧЭ и открытый контур распределенного датчика помехи.

Используемый для двух-, трехлинейных ЧЭ (ниже рассматриваются только такие) экранированный кабель (для предотвращения электростатических наводок) может быть одножильным или многожильным, причем с увеличением числа витков в целом возрастает обнаружительная способность МСО и снижаются требования (по шумам) к усилителю-фильтру. В то же время уменьшается надежность ЧЭ, возрастают его собственные шумы, усложняется конструкция (за счет появления распаечных узлов), поэтому выбор типа кабеля представляется альтернативным.


Объекты обнаружения

Характеристикой, адекватно отражающей магнитные полезные свойства нарушителя на расстояниях, превышающих линейные размеры присущего ему намагниченного объема, является дипольный магнитный момент М, величина которого прямо коррелирована с массой ферромагнитного материала. Возможность классификации нарушителей по величине М в определенной степени отражает их потенциальную угрозу охраняемому объекту.

В табл. 2 приведены усредненные значения магнитного момента М для различных типов нарушителей. Распределение моментов у однотипных нарушителей (реальный диапазон - около 20 дБ) подчиняется сложной зависимости, которая может быть экстраполирована законом Релея.

Нарушитель, обладающий магнитным моментом М, перемещающийся над плоскостью двух-, трехлинейного ЧЭ со скоростью Vo и высотой траектории Hо, в соответствии с законом электромагнитной индукции генерирует полезный сигнал, средняя величина которого U (при выполнении условия А >= ho) может быть оценена по формуле

U/W=150(M×Vo)Ho2, [нВ/вит].          (1)

При подстановке в (1) типичных значений модели невооруженного нарушителя без поклажи (М1 = 0,045 Ам2, Vo = 1,0 м/с, Hо = 1,5 м) получим: U1/W=3нВ/вит; в то же время для вооруженного пистолетом или автоматом нарушителя соответственно имеем U2/W=7 нВ/вит; U3/W=30 нВ/вит. Как видно из (1) и в соответствии с экспериментальными данными, влияние гвоздей или супинаторов в обуви человека (М~0,003 Ам2, Hо = 0,3 м) сравнимо с влиянием ножа или инструментов.

Зарубежным разработкам МСО, по сравнению с отечественными, характерен более прагматический подход к оценке магнитной модели человека:

  1.  "магниточистый" нарушитель не является объектом обнаружения МСО, поскольку не представляет опасности в условиях применения средства;
  2.  невооруженный человек-нарушитель, перемещающийся в ЗО, обут в "тяжелые" ботинки и одет в одежду для холодной погоды, несет складной нож и кусачки для проволоки, другие ферромагнитные предметы, т.е. обладает эквивалентным моментом не менее 0,1 Ам2;
  3.  модель вооруженного человека предполагает наличие огнестрельного оружия, по меньшей мере автомата, а стандартной оценкой является магнитный момент М = 1,4 Ам2 , что соответствует нарушителю с усиленным стрелковым оружием (гранатомет, пулемет) либо имеющим при себе полный боезапас, радиостанцию. Такой нарушитель даже при минимальной скорости движения (0,5 м/с генерирует в ЧЭ полезные сигналы свыше 40 нВ/вит.


Помехи

В табл. 3 приведены значимые источники промышленных электромагнитных и сейсмических помех, среднестатистические оценки их допустимого приближения к МСО с зоной обнаружения длиной Lо = 500 м, при минимальном известном пороге обнаружения По = 2,5 нВ/вит (т.е. максимальной чувствительности) и эффективность подавления электромагнитных помех ~ 40 дБ, которая вполне достижима на практике при качественном монтаже кабельного ЧЭ с помощью рулетки.

Степень влияния магнитных помех на МСО зависит от:

  1.  вида пространственного распределения источника ("однородные", "однопроводные" ~1/г, "двухпроводные" ~ 1/г2, "дипольные" ~1/г3, где г - расстояние до источника);
  2.  дисбаланса е - величины несбалансированной площади соседних, дифференциально включенных элементов ЧЭ;
  3.  габаритов чувствительного элемента;
  4.  мощности и ориентации источника относительно чувствительного элемента;
  5.  спектра помехи относительно полосы регистрируемых частот ПС. Для обеспечения наибольшей помехоустойчивости МСО перед установкой возможен поиск значимых источников помех с помощью сканера.

Влияние помех пропорционально ширине чувствительной площади ЧЭ, поэтому при прочих равных условиях необходимо стремиться к ее уменьшению до предела, когда ПС начинает уменьшаться. С увеличением Lо влияние всех помех также возрастает пропорционально, а увеличение внутреннего шума МП происходит ~(Lо)1/2, что позволяет прогнозировать достижимую помехоустойчивость МСО с любой длиной зоны обнаружения. Влияние "однородной" помехи (например, магнитной бури) пропорционально точности e/A, с которой на местности устанавливается МП, и не зависит от количества N секций или длины базы А. Точность реально не изменяется с увеличением Lо, поэтому влияние других видов помех на практике обусловливается величиной базы А: с ее уменьшением помеха примерно пропорционально уменьшается вплоть до определенного предела Амин, который определяется как:

Амин = А/k·r·e          (2)

где k = 1, 2, 3 соответствует "однопроводному", "двухпроводному" и "точечному" источнику помехи.

Дальнейшее уменьшение А практически не приводит к уменьшению помехи, поэтому, зная вид (k) и примерное расстояние ri, от всех N значимых источников до ЧЭ, можно вычислить Аi, согласно (2) и определить minN{Аi}, который будет являться оптимальной величиной.

Из помеховых факторов природного происхождения выделяются грозы. Возникающие при ближней грозе (на удалении не более 3...5 км) молнии являются источниками мощных импульсных электромагнитных полей - атмосфериков, которые есть главный, постоянно действующий (с сезонным интервалом) фактор, определяющий помехоустойчивость МСО. Статистические данные позволяют оценить количество атмосфериков в году, например, для средней полосы России ~ 4400. Другим естественным фактором являются магнитные бури, связанные с солнечной активностью, однако при точном монтаже их влияние существенно меньше (они "однородные"), кроме того, их спектр лежит в основном ниже полосы регистрируемых частот. Корни крупных деревьев, заграждения, неустойчивые строительные конструкции при сильном ветре (свыше 10...15 м/с), раскачиваясь, производят низкочастотные колебания верхнего слоя грунта, являющиеся значимой помехой для маскируемых МСО. Удаление от ствола дерева, при котором помехи не превышают уровня флуктуационного шума магнитного поля Земли, приблизительно соответствует среднему радиусу кроны дерева, что связано с корреляцией между развитием корневой системы и кроны деревьев.

Известны способы уменьшения действия сейсмомагнитных помех:

  1.  ограничение области применения путем возможного удаления от источников;
  2.  уменьшение длины зоны обнаружения: зависимости величины магнитной и сейсмической помехи имеют вид ~Lо и ~ корень квадратный из Lo соответственно;
  3.  инженерная подготовка местности:
    рытье канав глубиной до 50 см вдоль ЗО (которые потом могут быть заполнены мягким грунтом, дерном) для отвода вод и ослабления сейсмических поверхностных волн от мощных источников помех; утрамбовка грунта после закладки ЧЭ (в том числе с помощью автотранспорта), чем также уменьшается вероятность появления в зоне обнаружения роющих норы животных.

Технические описания образцов

Известны более 20 видов периметровых магнитометрических средств обнаружения (МСО); из них выделим те, которые в той или иной степени доступны для потребителя, а их характеристики в целом соответствуют современным требованиям.

Магнитометрическое средство обнаружения "Гепард"

Было разработано в середине 80-х годов, прошло успешные государственные испытания на различных участках границы СССР. Теперь уже можно утверждать, что по совокупности идей, заложенных в разработку, и реализованных тактико-технических характеристик (ТТХ) данное средство являлось одним из лучших мировых образцов, определивших основные пути совершенствования отечественных МСО. Двухлинейный, двухфланговый многовитковый чувствительный элемент (ЧЭ) кабельного типа с "перекрестиями" через 20...50 м, размещенный в грунте на глубине около 30 см, обеспечивает сигнализационное блокирование участка периметра потенциальной длиной до 700 м. Распределенный одновитковый датчик помехи на основе экранированного кабеля, охватывающий оба фланга, совместно с оригинальной схемой дискриминации полезных сигналов (ПС) и помех обеспечивают высокую эффективность отстройки от магнитных помех природного и промышленного происхождения: например, эффективность отстройки от ближних грозовых разрядов в МСО составляет 1000:1. Средство может стыковаться с любой периметровой системой сбора и обработки информации (ССОИ), обеспечивающей питание и прием сигналов в виде изменения потенциала или "сухого" контакта реле. Датчик помехи, чувствительные элементы обоих флангов подключаются к соответствующим усилителям-коммутаторам, которые соединены с блоком обработки сигналов (БОС), обеспечивающим дискриминацию ПС и помех в соответствии с алгоритмом обработки, реализованным на жесткой логике, не требующим никакой настройки. Все компоненты МСО расположены в грунте (в том числе) в специальных контейнерах, поэтому средство является полностью маскируемым.

Достигнутый низкий порог обнаружения обеспечивает надежную регистрацию невооруженных и, тем более, вооруженных нарушителей, а также людей с минимальным присутствием металла (например, в летней одежде и обуви). Регистрация сигналов в двух оптимизированных частотных диапазонах обеспечивает эффективную отстройку от сейсмомагнит-ных помех, вызванных крупными животными (лошади, коровы), пересекающими зону обнаружения (30). Межфланговая обработка сигналов по порогу большого уровня, сравнение и накопление сигналов с ЧЭ, анализ формы сигналов и другие полезные признаки различения, заложенные в БОС, обеспечивают высокую помехоустойчивость к помехам природного и индустриального происхождения вне городской черты (табл. 1 ч. 1 настоящей статьи).

Несмотря на достигнутый (на тот момент времени) технический уровень, соответствующий лучшим мировым изделиям, МСО "Гепард" фактически было предано забвению. В 80-е годы в силовых структурах получила развитие негативная тенденция к разработке новых средств обнаружения без широкого внедрения и совершенствования уже разработанных, недооценивая явное технологическое отставание от Запада, истощение экономических ресурсов страны, длительность разработки новых изделий. У основного заказчика периметровых средств обнаружения (СО) - пограничных войск - доминировала концепция безусловного обнаружения любых нарушителей, в том числе и "осведомленных", в нашем понимании "магниточистых". Поэтому, с одной стороны, приоритет в развитии отдавался СО, у которых не было прямых ограничений на класс нарушителей, с другой стороны, к МСО предъявлялись требования по неуклонному увеличению чувствительности, вплоть до предельных значений, что существенно усложняло и удорожало разработку. Концепция основывалась на казавшейся незыблемости государства и его границ, отсутствии в то время значимого процента вооруженных из всего числа нарушителей. Опыт Афганистана, где в основном нарушителями были хорошо вооруженные люди, не был усвоен в достаточной степени. Все это привело к тому, что МСО "Гепард" не получило широкого внедрения, хотя его характеристики даже превосходили ТТХ лучших мировых образцов того времени, что показали сравнительные испытания средства R-312 Electrogard (Израиль).

В настоящее время ГУП "Дедал" обладает полной конструкторской документацией на изделие и способно с учетом новых технологий, элементной базы (микропроцессор) и в более экономичном конструктиве в 12...18-месячный срок наладить выпуск модернизированных изделий "Гепард". Однако такая перспектива зависит от наличия спроса на данный тип техники и переосмысления потенциальными заказчиками возможностей МСО. Кроме того, возобновление производства потребует значительных материальных вложений.

Комбинированное сейсмомагнитометрическое средство обнаружения "Дуплет".

Было разработано в середине 90-х годов (ГУП "Дедал") и предназначено для охраны рубежей важных объектов. Трехлинейный кабельный ЧЭ, установленный в грунт на глубину 30...40 см, формирует двухфланговую единую сейсмическую и магнитометрическую зону обнаружения длиной до 500 м (рис. 3). ЧЭ подключен к двум идентичным блокам усиления-фильтрации сейсмических и магнитометрических сигналов, соединенных с БОС. Блоки располагаются на поверхности грунта в малозаметном металлическом шкафу, на некотором расстоянии от охраняемого рубежа, поэтому, строго говоря, средство не является полностью маскируемым.

Рисунок 3. Комбинированное сейсмомагнитометрическое средство обнаружения "Дуплет"

ЧЭ построен на основе кабеля КТПЭДЭП специальной конструкции (с усиленным и нормированным "трибоэлектрическим эффектом"), обладающего двойным электрическим экраном и многожильным внутренним проводником. Сейсмические ПС, возникающие под действием массы нарушителя, образуются в виде изменений заряда между двумя экранами кабеля, что регистрируется с помощью малошумящих зарядочувствительных усилителей. Магнитометрические ПС образуются в виде индукционной ЭДС с многовиткового контура, обладающего пространственной дифференциальной структурой. Два распределенных датчика магнитных помех - одновитковые "открытые" контуры, охватывающие свой фланг, выполнены в едином конструктиве с ЧЭ. Таким образом, с каждого фланга регистрируются сигналы: магнитометрический полезный с ЧЭ, три сейсмических с каждого кабеля и магнитометрический помеховый с датчика помехи. Алгоритм обработки информации средства является адаптивным к уровню магнитометрических ПС (магнитного момента у нарушителя), причем с увеличением уровня требования по обнаружению к сейсмическому каналу снижаются. Градации порогов обнаружения связаны с магнитной моделью нарушителя. Высокая помехоустойчивость СО "Дуплет" обеспечивается:

  1.  оптимизацией частотно-усилительного тракта;
  2.  оптимизацией порогов обнаружения и их знаковой корреляцией;
  3.  непрерывным сравнением магнитометрических сигналов с ЧЭ и датчика помехи;
  4.  адаптивной, корреляционной обработкой всех сейсмических сигналов в СО;
  5.  корреляционной обработкой сигналов с двух флангов и с помощью других выявленных отличий ПС и помех.

Блок обработки сигнала СО "Дуплет" реализован на базе высоконадежной импортной микроЭВМ, предназначенной для жестких условий эксплуатации. В целом система соответствует конфигурации IВМ РС ХТ, имеет процессор, динамическое ОЗУ, 8-канальный 12-разрядный АЦП, флэш-память с операционной системой MS-DOS, SMOS-память, системный таймер. Система команд и архитектура, аналогичная INTEL 8088, позволяют использовать для разработки программ любой язык высокого уровня. Такая относительно мощная (для средства обнаружения) вычислительная система обеспечивает (при относительно низком энергопотреблении) не только реализацию всех полезных информационных признаков, но и формирование базы данных статистически редких сигналов, например от диких крупных животных. В средстве предусмотрен специальный режим "Регламент", при котором сезонно производятся "тренировочные" пересечения рубежа в различных местах, а БОС анализирует структуру сейсмических и магнитометрических ПС и "самообучается", устанавливая оптимальные параметры алгоритма для данного агрегатного состояния грунта. Таким образом, не требуются настройка и обслуживание СО после окончания монтажа. Средство может быть подключено как к специализированной,так и обычной системе сбора и обработки информации, обеспечивающей питание и прием сигнала обнаружения в виде переключения контактов реле.

Оригинальные решения, положенные в основу работы, малая потребляемая мощность, возможность определения направления перемещения нарушителя, формирования библиотеки данных о значимых, редко возникающих помехах, гибкая схема изменения алгоритма обработки информации (в том числе и дистанционно), близкая к предельной обнаружительная способность и высокая помехоустойчивость, современная вычислительная база (к сожалению, недоступная на отечественных комплектующих) и другие особенности обеспечивают высокую конкурентоспособность средства на мировом рынке. Серийный выпуск СО "Дуплет" планируется с 2002 года, срок поставки по информации производителя составит 6...9 месяцев (в зависимости от количества изделий в партии).

Магнитометрическое средство обнаружения MULTIGARD-2000.

Разработанное фирмой Galder-Secotec (Израиль) в конце 90-х годов, является развитием концепции известного с середины 80-х годов двухлинейного МСО R-312 Electrogard фирмы Electrooptics-Electronics Ind. LTD. Multigard-2000, по сравнению со своим предшественником обладает новыми функциональными возможностями, обеспечивающими улучшение тактико-технических характеристик:

  1.  применен распределенный датчик помехи вместо сосредоточенного;
  2.  зона обнаружения строится двухрубежной и двухфланговой на основе трех ЧЭ, развернутых на одном участке охраняемого рубежа, что позволяет регистрировать направление движения нарушителя с точностью до 1/3 участка, блокируемого одним линейным БОС (Field Unit);
  3.  на все участки полагается единый системный БОС (Control Unit), связанный магистральным кабелем с линейными БОС, а другим кабелем - с ССОИ, которая является уникальной, разработанной фирмой Galder-Secotec.

Система сбора и обработки информации в совокупности с линейными блоками обработки сигналов (Field Unit), к которым подключены ЧЭ, образуют комплекс магнитометрических средств обнаружения (КМСО), предназначенный для скрытного сигнализационного блокирования периметра объекта. Field Unit объединяет в себе функции усиления-фильтрации, пороговой дискриминации магнитометрических сигналов с трех ЧЭ, счета и временной дискриминации импульсов, анализирует приход идентификационных импульсов с различных участков в "разрешенном" временном окне с учетом признака полярности и выдает на ССОИ сигнал обнаружения в случае удовлетворения этим критериям.

Для настройки в КМСО предусмотрен специальный внешний модуль Test Unit, с помощью которого возможно настраивать алгоритм обработки входного сигнала по семи параметрам, чтобы в наилучшей степени адаптироваться к модели нарушителя и обеспечить максимальную помехоустойчивость.

В качестве ЧЭ используется одножильный экранированный медный кабель с усиленным (армированным) внешним изолятором, укладываемый в одну широкую траншею с перемычками (петлями) и образующий вдоль рубежа охраны четное число равных по площади "субпетель" (типичная длина 5 м и ширина 1,2 м) - открытых одновитковых контуров, включенных встречно (фото 1).

Фото 1. Магнитометрическое средство обнаружения MULTIGARD-2000

К одному линейному БОС подключаются три ЧЭ, формирующих два рубежа, разнесенных вглубь на 1,3...1,5 м. Длина одного рубежа, формируемого двумя ЧЭ, в два раза превышает длину другого рубежа, формируемого одним ЧЭ (рис. 4). На следующем участке периметра к другому линейному БОС также подключаются три ЧЭ, которые монтируются встык к предыдущему участку так, что формируется единая непрерывная двухрубежная ЗО вдоль рубежа охраны.

Рисунок 4

В России эксклюзивным дистрибьютером КМСО MULTIGARD-2000 является фирма "Барьер-3" (Москва), длительность поставки составляет не более 1 месяца в зависимости от партии. За три года MULTIGARD-2000 широко внедрен в Израиле на границе с Ливаном, Сирией, для охраны поселений и других объектов; кроме того, изделие установлено в США, Великобритании для охраны военных объектов и, по свидетельству 1 авторитетных информационных источников (Defense, International Security Review и др.), хорошо зарекомендовало себя.

В табл. 4 (начало и окончание) представлены оценки основных характеристик описанных выше средств обнаружения, полученные экспериментально или на основе математического моделирования. Сравнительное изучение ТТХ в совокупности с вышесказанным позволяет сделать выводы о перспективах использования МСО.


В качестве заключения

  1.  Периметровые маскируемые МСО предназначены для пассивного обнаружения нарушителей, имеющих при себе ферромагнитные предметы, в условиях некоторого удаления (не более 500 м) от источников промышленных помех, главными из которых являются ЭЖД, городской электрифицированный и речной транспорт, ЛЭП. Для обнаружения всех нарушителей, включая "магниточистых", магнитометрическое СО может комбинироваться с сейсмическим на основе единого трехлинейного кабельного ЧЭ.
  2.  Маскируемое МСО "Гепард" не потеряло своей актуальности благодаря достигнутой наивысшей обнаружительной способности, в том числе по отношению к невооруженным и "случайным" нарушителям, высокой помехоустойчивости к природно-климатическим факторам и механическим воздействиям крупных животных, полной глубины дистанционного контроля работоспособности, другим передовым научнотехническим решениям. К его недостаткам следует отнести: необходимость удаления от источников промышленных электромагнитных помех (см. табл. 3 ч. 1 настоящей статьи) конструкторскую переизбыточность и сложность преобразователя напряжения питания; реализацию БОС на жесткой логике без возможности управления извне, а также то обстоятельство, что для возобновления производства и модернизации изделия требуются достаточно большие капиталовложения и время более года. Также недостатком является то, что не регистрируется направление перемещения нарушителя.
  3.  Отечественное сейсмомагнитометриче-ское СО "Дуплет" с маскируемым ЧЭ является современным изделием, отвечающим мировому уровню техники, для которого в большей степени снимается проблема осведомленного нарушителя; обладает высокими ТТХ и более приспособлено для применения в условиях "городских" помех, чем МСО "Гепард". С высокой достоверностью определяет направление перемещения нарушителей. К недостаткам СО можно отнести относительно высокую стоимость, неполную глубину контроля работоспособности сейсмической части, отсутствие вспомогательного оборудования по обнаружению мест нарушения кабельного ЧЭ (маловероятного, но возможного под действием грызунов).
  4.  Маскируемое МСО MULTIGARD-2000 (Израиль) представляет собой пример разумного компромисса между чувствительноетью и помехоустойчивостью, между функциональной сложностью и стоимостью. Средство в соответствии с зарубежной концепцией "реальных" нарушителей предназначено для скрытного обнаружения невооруженных людей (в амуниции, с инструментом или поклажей), нарушителей с автоматическим стрелковым оружием и более тяжелым вооружением, транспортных средств, боевой техники, а также направления их перемещения. МСО вследствие невысокой чувствительности и двухрубежного, помехоустойчивого принципа обнаружения лучше вышеописанных аналогов приспособлено для работы в условиях близости "городских" помех. К его преимуществам можно отнести: единый системный БОС и единый датчик помехи на 96 участков общей длиной до 32 км; удобный пользовательский интерфейс с ССОИ; специальный кабельный ЧЭ, защищенный от грызунов; возможность корректировки длины ЧЭ на местности (одновитковый) при отсутствии коммутационных коробок; гарантированная поставка от изготовителя в течение небольшого времени. Недостатки: обилие кабелей, формирующих ЧЭ, и соответственно сложность монтажа; взаимодействие только с одной, производимой той же фирмой ССОИ; упрощенный алгоритм обработки информации линейного и системного БОС. Стоимость системы на базе МСО Multigard-2000 (на 1 м рубежа) увеличивается в несколько раз при уменьшении длины блокируемого рубежа с максимально возможного до минимального комплекта (500...1000 м).
  5.  Преимущества периметровых МСО перед другими средствами обнаружения, как-то: радио-, визуальная маскируемость, равномерная чувствительность - отсутствие "мертвых" зон, эффективная отстройка от животных, в том числе и крупных, отсутствие настроек к окружающим условиям, контроль работоспособности максимальной глубины, отслеживание рельефа местности без специальной инженерной подготовки и сезонных мероприятий, комплексируемость с сейсмическими СО, - эти и другие качества в совокупности с изменяющейся в настоящее время моделью реального нарушителя (все больше вооруженных) раскрывают несомненную перспективу использования магнитометрических средств обнаружения для решения различных задач сигнализационного блокирования периметров важных объектов.


Список использованной литературы

  1.  Свирский Ю.К. Рынок периметровых средств охранной сигнализации на пороге третьего тысячелетия // Системы безопасности, 2000, N38, с. 26 - 30.
  2.  Яроцкий В.А. Методы обнаружения и определения местоположения объектов по их постоянному магнитному полю // Зарубежная радиоэлектроника, 1984, №7, с. 45 - 56.
  3.  Магнитометрическое устройство для охранной сигнализации // Патент РФ №2075905 от 20.03.96.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

1203.428000.000ПЗ

Разраб.

Фазлутдинов

Провер.

Сухинец Ж.А.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Лит.

Листов

24

21

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

12

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

23

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

22

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

5

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

7

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

8

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

11

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

13

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

16

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

18

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

19

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

20

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36833. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 110.57 KB
  Научные положения дисциплины «Неразрушающий контроль и диагностика электрооборудования» сформулированы на основе теории электромагнитных полей, специальных разделов математики, таких как теория функций комплексных чисел, конформных преобразований, теории рядов, теории симметрии. При изучении дисциплины необходимо знание высшей математики, основ теории поля, основ программирования.
36834. web-сайта для Парка культуры и отдыха имени М. Горького 2.78 MB
  Суть нашего дипломного проекта облегчить жителям Ростова-на-Дону и приезжим гостям поиск мест проведения досуга. На сайте они смогут узнать месторасположение Парка им. М. Горького, проводимые мероприятия в парке и время их проведения
36835. Изменение сопротивления гальванометра методом мостиковой схемы (Уинстона) 22.65 KB
  №1 А сила тока на однородном участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально электрическому сопротивлению этого участка. I= I=Сила тока U=напряжение R= сопротивление в замкнутой цепи. R А v...
36836. Зависимость полезной мощности и коэффициент полезного действия источника тока от сопротивления внешней нагрузки 18.02 KB
  А 2011 Цель: На практике экспериментально проверить четкие выводы о зависимости полезной мощности и коэффициент полезного действия источника тока от сопротивления внешней нагрузки а следовательно и силы тока в цепи . №1 А сила тока на однородном участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально электрическому сопротивлению этого участка....
36837. ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЁМА И ПЛОТНОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ 257.5 KB
  Определение линейных размеров объёмов и плотностей твёрдых тел. Действительно все великие открытия в физике были выполнены с помощью измерений. Однако измерения необходимы не только в научноисследовательской работе.
36838. РЕАКЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ РАСТВОРАМИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ИДУЩИХ ДО КОНЦА, ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НА ИНДИКАТОРЫ 66.5 KB
  Тема: РЕАКЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ РАСТВОРАМИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ИДУЩИХ ДО КОНЦА ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НА ИНДИКАТОРЫ. Умения: Обосновывать мероприятия по внедрению методик качественного анализа проводя реакции ионного обмена между растворами электролитов. Перечень заданий: Случаи течения реакции до конца. Теоретические основы:...
36840. Планировка площадки производится бульдозером Д-385 581 KB
  Вид разрабатываемого грунта – песок 3. Дальность транспортирования грунта 7. Среднее расстояние перемещения грунта в пределах площадки 2.Предварительный выбор технологии производства планировочных работ Так как то разработку и перемещение грунта из выемки в насыпь будем производить бульдозером.
36841. КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА PROJECT EXPERT. РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОЕКТА 48 KB
  РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОЕКТА Цель: изучить систему команд Project Expert формирования и анализа различных источников финансирования проекта. На основе анализа собственного и заемного капитала разработать стратегии финансирования проекта выплаты дивидендов использования свободных денежных средств. В процессе разработки стратегии финансирования проекта пользователь имеет возможность промоделировать объем и периодичность выплачиваемых дивидендов а также стратегию использования свободных денежных средств например размещение...