МІКРОХВИЛЬОВИЙ МЕТОД ВИЯВЛЕННЯ

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ

НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ УКРАЇНИ "КПІ"

Кафедра № 13

ЗАТВЕРДЖУЮ

Начальник кафедри № 13

полковник І.Б.Огнєв

"___"_________200_ р.

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

для проведення __________________________

з навчальної дисципліни: “Методи та засоби захисту інформації”

Тема: № ___«Захист інформації від несанкціонованого доступу»

Заняття № ___:«Об’єктові технічні засоби охорони»

Для студентів _ курсу

Розглянуто і ухвалено на засіданні кафедри № 13

Протокол від "___"__________200_ року № ___

Розглянуто і ухвалено на засіданні кафедри № 13

Протокол від "___"__________200_ року № ___

Розглянуто і ухвалено на засіданні кафедри № 13

Протокол від "___"__________200_ року № ___

Київ

Навчальні та виховні цілі:

1. Надати студентам знання щодо класифікації, побудові та принципів дії датчиків які використовуються для охорони приміщень.

2. Виховувати у студентів почуття пильності з питань організації захисту

інформації і відповідальності за прийняті рішення.

Навчальна група:__________

Час:90 хвилин Місце: аудиторія _______

Навчально-методичне забезпечення:

1. Нормативно-правові документи. 2. Слайди. 3. Робочі зошити.

Навчальна література:

А.А.Торокин. Основы инженерно-технической защиты информации, М.1998

Ю.К.Меньшаков. Защита обьектов и информации от технических средств разведки, М. 2002

I. НАВЧАЛЬНІ ПАТАННЯ ТА РОЗРАХУНОК ЧАСУ

№ з/п	Навчальні питання	Час

I.	Вступна частина
II.	Основна частина 1. Інфрачервоні-пасивні датчики охоронної сигналізації 2. Комбіновані датчики охоронної сигналізації
III.	Заключна частина

II. ЗМІСТ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЗАНЯТТЯ

I. Вступна частина:

а) прийняти доповідь чергового про готовність групи до заняття;

б) перевірити зовнішній вигляд слухачів та організацію їх робочих місць;

в) перевірити наявність особового складу (звірити фактичну наявність особового складу з відмітками в журналі конкретно за кожного відсутнього);

г) оголосити тему, мету, вид заняття, навчальні питання та час проведення.

Актуальність питань, які вивчаються на занятті.

II. Основна частина

Питання № 1. ІЧ-пасивні датчики охоронної сигналізації Датчики є одним з головних елементів системи сигналізації і багато в чому визначають її ефективність. Аналіз номенклатури датчиків, пропонованих найбільшими виробниками систем охоронної сигналізації, показує, що в класі датчиків для охорони приміщень найбільш популярними є інфрачервоні (ІЧ) пасивні, комбіновані (в основному ІЧ+мікрохвильові), різні модифікації контактних (в першу чергу магнітоконтактні) і акустичні датчики розбиття скла. Рідше застосовуються мікрохвильові, ультразвукові активні і інерційні ударні датчики. На даному занятті розглянемо найбільш популярні датчики охоронної сигналізації ІЧ-пасивні. Ці датчики призначені в першу чергу для захисту об'єму приміщення, що охороняється. ІЧ-пасивні датчики, звані також оптико-електронними, відносяться до класу детекторів руху і реагують на теплове випромінювання людини що рухається. Принцип дії цих датчиків заснований на реєстрації зміни в часі різниці між інтенсивністю ІЧ випромінювання від людини і фонового теплового випромінювання. В даний час ІЧ-пасивні датчики є найпопулярнішими, вони складають невід'ємний елемент охоронної системи практично кожного об'єкту. Для того, щоб порушник був виявлений ІЧ-пасивним датчиком, необхідне виконання наступних умов:

порушник повинен перетнути в поперечному напрямі промінь зони чутливості датчика;
рух порушника повинен відбуватися в певному інтервалі швидкостей;
чутливість датчика повинна бути достатньої для реєстрації різниці температур поверхні тіла порушника (з урахуванням впливу його одягу) і фону (стіни, підлога).

ИК-ПАССИВНЫЕ датчики складаються з трьох основних елементів:

оптичної системи, що формує діаграму спрямованості датчика і що визначає форму і вид просторової зони чутливості;
пироприемника, реєструючого теплове випромінювання людини;
блоку обробки сигналів пироприемника, що виділяє сигнали, обумовлені рухомою людиною, на тлі перешкод природного і штучного походження.

ОПТИЧНА СИСТЕМА Сучасні ИК-ДАТЧИКИ характеризуються великою різноманітністю можливих форм діаграм спрямованості. Зона чутливості ИК-ДАТЧИКОВ є набором променів різної конфігурації, що розходяться від датчика по радіальних напрямах в одній або декількох площинах. У зв'язку з тим, що в ИК-ДЕТЕКТОРАХ використовуються здвоєні пироприемники, кожен промінь в горизонтальній площині розщеплюється на два. Зона чутливості детектора може мати вигляд:

одного або декількох, зосереджених в малому вугіллі, вузьких променів;
декількох вузьких променів у вертикальній площині (променевий бар'єр);
одного широкого у вертикальній площині світивши (суцільна завіса) або у вигляді багатовіялової завіси;
декількох вузьких променів в горизонтальній або похилій площині (поверхнева одноярусна зона);
декількох вузьких променів в декількох похилих площинах (об'ємна багатоярусна зона).
При цьому можлива зміна в широкому діапазоні протяжності зони чутливості (від 1 м до 50 м), кута огляду (від 30° до 180°, для стельових датчиків 360°), кута нахилу кожного променя (від 0° до 90°), кількості променів (від 1 до декількох десятків). Різноманіття і складна конфігурація форм зони чутливості обумовлені в першу чергу наступними чинниками:
прагненням розробників забезпечити універсальність при устаткуванні різних по конфігурації приміщень - невеликі кімнати, довгі коридори, формування зони чутливості спеціальної форми, наприклад із зоною нечутливості (алеєю) для домашніх тварин поблизу підлоги і т.п.;
необхідністю забезпечення рівномірної за обсягом, що охороняється, чутливості ГИК детектора.

На вимозі рівномірної чутливості доцільно зупинитися докладніше. Сигнал на виході пироприемника за інших рівних умов тим більше, чим більше ступінь перекриття порушником зони чутливості детектора і чим менше ширина світивши і відстань до детектора. Для виявлення порушника на великій відстані бажано, щоб у вертикальній площині ширина променя не перевищувала 5°...10°, в цьому випадку людина практично повністю перекриває промінь, що забезпечує максимальну чутливість. На менших відстанях чутливість детектора в цьому промені істотно зростає, що може привести до помилкових спрацьовувань, наприклад, від дрібних тварин. Для зменшення нерівномірної чутливості використовуються оптичні системи, що формують декілька похилих променів, ГИК детектор при цьому встановлюється на висоті вище людського зростання. Загальна довжина зони чутливості тим самим розділяється на декілька зон, причому "ближні" до детектора промені для зниження чутливості робляться зазвичай ширшими. За рахунок цього забезпечується практично постійна чутливість по відстані, що з одного боку сприяє зменшенню помилкових спрацьовувань, а з іншого боку підвищує обнаружительную здатність за рахунок усунення мертвих зон поблизу детектора. При побудові оптичних систем ИК-ДАТЧИКОВ можуть використовуватися:

лінзи Френеля- фасеточні (сегментовані) лінзи, що є пластиковою пластиною з відштампованими на ній декількома призматичними лінзами-сегментами;
дзеркальна оптика- в датчику встановлюється декілька дзеркал спеціальної форми, що фокусують теплове випромінювання на пироприемник;
комбінована оптика, що використовує і дзеркала, і лінзи Френеля.

У більшості ИК-ПАССИВНЫХ датчиків використовуються лінзи Френеля. До достоїнств лінз Френеля відносяться:

простота конструкції детектора на їх основі;
низька ціна;
можливість використання одного датчика в різних додатках при використанні змінних лінз.

Зазвичай кожен сегмент лінзи Френеля формує свій промінь діаграми спрямованості. Використання сучасних технологій виготовлення лінз дозволяє забезпечити практично постійну чутливість детектора по всіх променях за рахунок підбору і оптимізації параметрів кожної лінзи-сегменту: площі сегменту, кута нахилу і відстані до пироприемника, прозорості, що відображає здібності, ступені дефокусировки. Останнім часом освоєна технологія виготовлення лінз Френеля з складною точною геометрією, що дає 30% збільшення збираної енергії в порівнянні із стандартними лінзами і відповідно збільшення рівня корисного сигналу від людини на великих відстанях. Матеріал, з якого виготовляються сучасні лінзи, забезпечує захист пироприемника від білого світу. До незадовільної роботи ИК-ДАТЧИКА можуть привести такі ефекти, як теплові потоки, нагрівання електричних компонентів датчика, що є результатом, попадання комах на чутливі пироприемники, можливі переотражения інфрачервоного випромінювання від внутрішніх частин детектора. Для усунення цих ефектів в ИК-ДАТЧИКАХ останнього покоління застосовується спеціальна герметична камера між лінзою і пироприемником (герметична оптика), наприклад в нових ИК-ДАТЧИКАХ фірм PYRONIX і C&K. За оцінками фахівців, сучасні високотехнологічні лінзи Френеля по своїх оптичних характеристиках практично не поступаються дзеркальній оптиці. Дзеркальна оптика як єдиний елемент оптичної системи застосовується достатньо рідко. ИК-ДАТЧИКИ з дзеркальною оптикою випускаються, наприклад, фірмами SENTROL і ARITECH. Перевагами дзеркальної оптики є можливість точнішого фокусування і, як наслідок, збільшення чутливості, що дозволяє виявляти порушника на великих відстанях. Використання декількох дзеркал спеціальної форми, зокрема багатосегментних, дозволяє забезпечити практично постійну чутливість по відстані, причому ця чутливість на дальніх відстанях приблизно на 60% вище, ніж для простих лінз Френеля. За допомогою дзеркальної оптики простіше забезпечується захист ближньої зони, розташованої безпосередньо під місцем установки датчика (так звана зона антисаботажу). По аналогії із змінними лінзами Френеля, ИК-ДАТЧИКИ з дзеркальною оптикою комплектуються змінними дзеркальними масками, що відстібаються, застосування яких дозволяє вибирати необхідну форму зони чутливості і дає можливість адаптувати датчик до різних конфігурацій приміщення, що захищається. У сучасних високоякісних ИК-ДЕТЕКТОРАХ використовується комбінація лінз Френеля і дзеркальної оптики. При цьому лінзи Френеля використовуються для формування зони чутливості на середніх відстанях, а дзеркальна оптика - для формування зони антисаботажу під датчиком і для забезпечення дуже великої відстані виявлення. ПИРОПРИЕМНИК Оптична система фокусує ГИК випромінювання на пироприемнике, як яке в ИК-ДАТЧИКАХ використовується надчутливий напівпровідниковий піроелектричний перетворювач, здатний зареєструвати різницю декілька десятих градуса між температурою тіла людини і фону. Зміна температури перетвориться в електричний сигнал, який після відповідної обробки викликає сигнал тривоги. У ИК-ДАТЧИКАХ зазвичай використовуються здвоєні (диференціальні, DUAL) пироэлементы. Це пов'язано з тим, що одиночний пироэлемент однаковим чином реагує на будь-яку зміну температури незалежно від того, чим воно викликане - людським тілом або, наприклад, обігрівом приміщення, що приводить до підвищення частоти помилкових спрацьовувань. У диференціальній схемі проводиться віднімання сигналу одного пироэлемента з іншого, що дозволяє істотно подавити перешкоди, пов'язані із зміною температури фону, а також помітно понизити вплив світлових і електромагнітних перешкод. Сигнал від рухомої людини виникає на виході здвоєного пироэлемента тільки при перетині людиною світивши зони чутливості і є майже симетричним двохполярним сигналом, близьким формою до періоду синусоїди. Сам промінь для здвоєного пироэлемента з цієї причини розщеплюється в горизонтальній площині на два. У останніх моделях ИК-ДАТЧИКОВ з метою додаткового зниження частоти помилкових спрацьовувань використовуються счетверенные пироэлементы (QUAD або DOUBLE DUAL) - це два здвоєних пироприемника, розташовані в одному датчику (зазвичай розміщуються один над іншим). Радіуси спостереження цих пироприемников робляться різними, і тому локальне теплове джерело помилкових спрацьовувань не спостерігатиметься в обох пироприемниках одночасно. При цьому геометрія розміщення пироприемников і схема їх включення вибирається так, щоб сигнали від людини були протилежній полярності, а електромагнітні перешкоди викликали сигнали в двох каналах однакової полярності, що приводить до придушення і цього типу перешкод. Для счетверенных пироэлементов кожен промінь розщеплюється на чотири (див. рис.2), у зв'язку з чим максимальна відстань виявлення при використанні однакової оптики зменшується приблизно удвічі, оскільки для надійного виявлення чоловік повинен своїм зростанням перекривати обидва світивши від двох пироприемников. Підвищити відстань виявлення для счетверенных пироэлементов дозволяє використання прецизійної оптики, що формує вужчий промінь. Інший шлях, що дозволяє в деякій мірі виправити це положення, - застосування пироэлементов з складною переплетеною геометрією (див. рис.2), що використовує в своїх датчиках фірма PARADOX. БЛОК ОБРОБКИ СИГНАЛІВ Блок обробки сигналів пироприемника повинен забезпечувати надійне розпізнавання корисного сигналу від рухомої людини на тлі перешкод. Для ИК-ДАТЧИКОВ основними видами і джерелами перешкод, що можуть викликати помилкове спрацьовування, є:

джерела тепла, установки, що кліматизують і холодильні;
конвенційний рух повітря;
сонячна радіація і штучні джерела світла;
електромагнітні і радіоперешкоди (транспорт з електродвигунами, електрозварювання, лінії електропередачі, могутні радіопередавачі, електростатичні розряди);
струси і вібрації;
термічна напруга лінз;
комахи і дрібні тварини.

Виділення блоком обробки корисного сигналу на тлі перешкод засноване на аналізі параметрів сигналу на виході пироприемника. Такими параметрами є величина сигналу, його форма і тривалість. Сигнал від людини, що перетинає промінь зони чутливості ИК-ДАТЧИКА, є майже симетричний двохполярний сигнал, тривалість якого залежить від швидкості переміщення порушника, відстані до датчика, ширину світивши, і може складати приблизно 0,02...10 з при реєстрованому діапазоні швидкостей переміщення 0,1...7 м/с. Помеховиє сигнали в більшості своїй є несиметричними або такими, що мають відмінну від корисних сигналів тривалість. Основним параметром, що аналізується всіма датчиками, є величина сигналу. У простих датчиках цей реєстрований параметр є єдиним, і його аналіз проводиться шляхом порівняння сигналу з деяким порогом, який визначає чутливість датчика і впливає на частоту помилкових тривог. З метою підвищення стійкості до помилкових тривог в простих датчиках використовується метод рахунку імпульсів, коли підраховується, скільки разів сигнал перевищив поріг (тобто, по суті, скільки разів порушник перетнув промінь або скільки променів він перетнув). При цьому тривога видається не при першому перевищенні порогу, а тільки якщо протягом певного часу кількість перевищень стає більше заданої величини (зазвичай 2...4). Недоліком методу рахунку імпульсів є погіршення чутливості, особливе помітне для датчиків із зоною чутливості типу одиночної завіси і їй подібною, коли порушник може перетнути тільки один промінь. З іншого боку, при рахунку імпульсів можливі помилкові спрацьовування від перешкод, що повторюються (наприклад, електромагнітних або вібрацій). У складніших датчиках блок обробки аналізує двухполярность і симетрію форми сигналів з виходу диференціального пироприемника. Конкретна реалізація такої обробки і використовувана для її позначення терминология1 у різних фірм-виробників може бути різною. Суть обробки полягає в порівнянні сигналу з двома порогами (позитивним і негативним) і, у ряді випадків, порівнянні величини і тривалості сигналів різної полярності. Можлива також комбінація цього методу з роздільним підрахунком перевищень позитивного і негативного порогів. Аналіз тривалості сигналів може проводитися як прямим методом вимірювання часу, протягом якого сигнал перевищує деякий поріг, так і в частотній області шляхом фільтрації сигналу з виходу пироприемника, зокрема з використанням "плаваючого" порогу, залежного від діапазону частотного аналізу. Ще одним видом обробки, призначеним для поліпшення характеристик ИК-ДАТЧИКОВ, є автоматична термокомпенсация. У діапазоні температур навколишнього середовища 25°С...35°С чутливість пироприемника знижується за рахунок зменшення теплового контрасту між тілом людини і фоном, при подальшому підвищенні температури чутливість знову підвищується, але "з протилежним знаком". У так званих "звичайних" схемах термокомпенсации здійснюється вимірювання температури, і при її підвищенні проводиться автоматичне збільшення посилення. При "справжній" або "двосторонній" компенсації враховується підвищення теплового контрасту для температур вище 25°С...35°С. Використання автоматичної термокомпенсации забезпечує майже постійну чутливість ИК-ДАТЧИКА в широкому діапазоні температур. Перераховані види обробки можуть проводитися аналоговими, цифровими або комбінованими засобами. У сучасних ИК-ДАТЧИКАХ все ширше починають використовуватися методи цифрової обробки з використанням спеціалізованих мікроконтролерів з АЦП і сигнальними процесорами, що дозволяє проводити детальну обробку тонкої структури сигналу для кращого виділення його на тлі перешкод. Останнім часом з'явилися повідомлення про розробку повністю цифрових ИК-ДАТЧИКОВ, що взагалі не використовують аналогових елементів. Як відомо, унаслідок випадкового характеру корисних і помеховых сигналів якнайкращими є алгоритми обробки, засновані на теорії статистичних рішень. Судячи по заявах розробників, ці методи починають використовуватися в останніх моделях датчиків фірми C&K. Простіші (але, можливо, не набагато менш ефективні) методи обробки застосовуються в найбільш довершених мікропроцесорних датчиках інших провідних фірм. Взагалі кажучи, об'єктивно судити про якість використовуваної обробки, грунтуючись тільки на даних фірми-виробника, досить важко. Непрямими ознаками хорошого сучасного датчика можуть бути наявність АЦП, мікропроцесора і, що стали останнім часом повідомляти виробники, об'єму використовуваної програми обробки, який має величину декілька тисяч байт. Річ у тому, що іноді рекламна інформація про наявність в датчику цифрової обробки на перевірку виявляється лише можливістю перемикання звичайного рахунку імпульсів. ІНШІ ЕЛЕМЕНТИ ЗАХИСТУ ИК-ДАТЧИКОВ У ИК-ДАТЧИКАХ, призначених для професійного використання, застосовуються так звані схеми антимаскинга. Суть проблеми полягає в тому, що звичайні ИК-ДАТЧИК можуть бути виведені порушником з ладу шляхом попереднього (коли система не поставлена на охорону) заклеювання або закрашення вхідного вікна датчика. Для боротьби з цим способом обходу ИК-ДАТЧИКОВ і використовуються схеми антимаскинга. Метод грунтується на використанні спеціального каналу Ік-ізлученія, що спрацьовує при появі маски або перешкоди, що відображає, на невеликій відстані від датчика (від 3 до 30 см). Схема антимаскинга працює безперервно, поки система знята з охорони. Коли факт маскування виявляється спеціальним детектором, сигнал про це подається з датчика на контрольну панель, яка, проте, не видає сигналу тривоги до тих пір, поки не прийде час постановки системи на охорону. Саме у цей момент операторові і буде видана інформація про маскування. Причому, якщо це маскування було випадковим (крупна комаха, поява крупного об'єкту на деякий час поблизу датчика і т.п.) і до моменту постановки на сигналізацію самоусунулося, сигнал тривоги не видається. Ще одним захисним елементом, яким обладнані практично всі сучасні ИК-ДЕТЕКТОРЫ, є контактний датчик розтину, що сигналізує про спробу відкриття або злому корпусу датчика. Реле датчиків розтину і маскування підключаються до окремого шлейфу охорони. Для усунення спрацьовувань ИК-ДАТЧИКА від дрібних тварин використовуються або спеціальні лінзи із зоною нечутливості (Pet Alley) від рівня підлоги до висоти близько 1 м, або спеціальні методи обробки сигналів (датчики серії IP фірми SENTROL, датчик MC-550T фірми C&K). Слід враховувати, що спеціальна обробка сигналів дозволяє ігнорувати тварин тільки в тому випадку, якщо їх загальну вагу не перевищує 7...15 кг, і вони можуть наблизитися до датчика не ближче 2 м. Отже якщо в приміщенні, що охороняється, стрибуча кішка, то такий захист не допоможе. Для захисту від електромагнітних і радіоперешкод використовується щільний поверхневий монтаж і металеве екранування. УСТАНОВКА І ВИКОРИСТАННЯ ИК-ДАТЧИКОВ При виборі типів і кількості датчиків для забезпечення охорони конкретного об'єкту слід враховувати можливі шляхи і способи проникнення порушника, необхідний рівень надійності виявлення; витрати на придбання, монтаж і експлуатацію датчиків; особливості об'єкту; тактико-технічні характеристики датчиків. Особливістю ИК-ПАССИВНЫХ датчиків є їх універсальність - з їх використанням можливе блокування від підходу і проникнення найрізноманітніших приміщень, конструкцій і предметів: вікон, вітрин, прилавків, дверей, стін, перекриттів, перегородок, сейфів і окремих предметів, коридорів, об'ємів приміщень. При цьому у ряді випадків не буде потрібно велику кількість датчиків для захисту кожної конструкції - може виявитися достатнім застосування одного або декількох датчиків з потрібною конфігурацією зони чутливості. Зупинимося на розгляді деяких особливостей застосування ИК-ДАТЧИКОВ. Загальний принцип використання ИК-ДАТЧИКОВ - промені зони чутливості повинні бути перпендикулярні передбачуваному напряму руху порушника. Місце установки датчика слід вибирати так, щоб мінімізувати мертві зони, викликані наявністю в приміщенні крупних предметів, що перекривають промені, що охороняється (наприклад, меблі, кімнатні рослини). Якщо в приміщенні дверей відкриваються всередину, слід враховувати можливість маскування порушника відкритими дверима. При неможливості усунути мертві зони слід використовувати декілька датчиків. При блокуванні окремих предметів датчик або датчики потрібно встановлювати так, щоб промені зони чутливості блокували всі можливі підходи до предметів, що захищалися. Повинен дотримуватися діапазон допустимих висот підвіски, що задається в документації (мінімальна і максимальна висоти). Особливо це відноситься до діаграм спрямованості з похилими променями: якщо висота підвіски перевищуватиме максимально допустиму, то це приведе до зменшення сигналу з дальньої зони і збільшення мертвої зони перед датчиком, якщо ж висота підвіски буде менше мінімальна допустимою, то це приведе до зменшення дальності виявлення з одночасним зменшенням мертвої зони під датчиком. До помилкових спрацьовувань ИК-ДАТЧИКОВ можуть привести перешкоди теплового, світлового, електромагнітного, вібраційного характеру. Не дивлячись на те, що сучасні ИК-ДАТЧИКИ мають високий ступінь захисту від вказаних дій, все ж таки доцільно дотримуватися наступних рекомендацій:

для захисту від потоків повітря і пилу не рекомендується розміщувати датчик в безпосередній близькості від джерел повітряних потоків (вентиляція, відкрите вікно);
слід уникати прямого попадання на датчик сонячних променів і яскравого світла; при виборі місця установки винна враховується можливість засвічення протягом нетривалого часу рано вранці або на заході, коли сонце низьке над горизонтом, або засвічення фарами транспорту, що проїжджає зовні;
на час постановки на охорону доцільно відключати можливі джерела могутніх електромагнітних перешкод, зокрема джерела світла не на основі ламп розжарювання: люмінесцентні, неонові, ртутні, натрієві лампи;
для зниження впливу вібрацій доцільно встановлювати датчик на капітальних або несучих конструкціях;
не рекомендується направляти датчик на джерела тепла (радіатор, пекти) і предмети (рослини, штори), що коливаються, у бік знаходження домашніх тварин.

Комбіновані датчики, звані також датчиками подвійної технології, з'явилися відносно недавно і в даний час стають все більш популярними. Перевага таких датчиків полягає в істотному зниженні частоти помилкових тривог. Це досягається за рахунок того, що в одному датчику використовується комбінація двох різних фізичних принципів виявлення. Сигнал тривоги видається тільки в тому випадку, якщо одночасно або протягом невеликого інтервалу часу спрацьовують обидва детектори. Для зниження частоти помилкових тривог, використовувані принципи виявлення повинні бути такими, щоб перешкоди, що викликають помилкові спрацьовування, по-різному впливали на кожен детектор, що становив комбінацію.

Найбільшого поширення в даний час набула комбінація мікрохвильового активного і ИК-ПАССИВНОГО принципів виявлення. Набагато рідше використовується комбінація ультразвукового і ГИК детекторів. Існують також окремі зразки датчиків, в яких використовуються три різні фізичні принципи виявлення, проте такі датчики поки не завоювали популярності. У даному огляді ми розглядатимемо найпоширенішу групу датчиків подвійної технології - ИК+микроволновые. Перш ніж перейти до докладного аналізу особливостей датчиків подвійної технології, доцільно зупинитися на викладі основних принципів мікрохвильового методу виявлення.

Пітання № 2. КОМБІНОВАНІ ДАТЧИКИ ОХОРОННОЇ СИГНАЛІЗАЦІЇ

МІКРОХВИЛЬОВИЙ МЕТОД ВИЯВЛЕННЯ

Принцип дії мікрохвильового активного методу виявлення заснований на випромінюванні в навколишній простір електромагнітного поля СВЧ діапазону і реєстрації його змін, викликаних віддзеркаленням від порушника, рухомого в зоні чутливості датчика. Мікрохвильові активні датчики, що реалізовують цей метод, відносяться до класу детекторів руху.

Мікрохвильові датчики складаються з наступних основних елементів:

СВЧ генератора;
антенної системи, що створює електромагнітне поле в навколишньому просторі, приймає відображені сигнали, формує діаграму спрямованості датчика і визначальної форму просторової зони чутливості;
СВЧ приймача, реєструючого зміну характеристик прийнятого сигналу;
блоку обробки, що виділяє сигнали, обумовлені рухомою людиною, на тлі перешкод.

Генератор мікрохвильового датчика призначений для формування СВЧ сигналу - зазвичай в 3-х сантиметровому діапазоні довжин хвиль (10...11 Ггц), останнім часом виробниками датчиків почали освоюватися і більш короткохвильові діапазони (24...25 Ггц). Спочатку в мікрохвильових датчиках використовувалися генератори на діодах Гана, в даний час виробники перейшли на транзисторні генератори. Сучасні СВЧ генератори дозволяють формувати стабільний сигнал з необхідними характеристиками при малих габаритах і низькому споживанні.

Як антенна система в мікрохвильових датчиках зазвичай використовується єдина суміщена антена, що приемо-передає. У більшості сучасних датчиків застосовуються микрополосковые антени, що володіють меншими габаритами, вагою і вартістю в порівнянні з що широко використалися раніше рупорними антенами. Проте рупорні антени продовжують застосовуватися деякими виробниками датчиків і в даний час, оскільки забезпечують декілька вищу точність формування діаграми спрямованості.

Взагалі кажучи, форми зон чутливості мікрохвильових детекторів не відрізняються таким різноманіттям, як у ИК-ПАССИВНЫХ датчиків. Конфігурація зони чутливості мікрохвильових датчиків є об'ємним тілом, що нагадує формою еліпсоїд. У ідеалі від антенної системи потрібне випромінювання (і, відповідно, прийом) тільки в передній напівпростір без помітного заднього і бічного випромінювання (з метою мінімізації помилкових спрацьовувань).

Для такої ідеальної антенної системи зона чутливості є об'ємним тілом каплевидної форми (суцільна крива на рис.1), що характеризується кутами огляду (у горизонтальній і вертикальній площинах), довжиною Rmax (максимальною дальністю дії) і шириною D (заввишки). Саме ці параметри зазвичай приводяться в документації на мікрохвильові датчики (іноді доповнюються величинами контрольованих датчиком площі і об'єму приміщення). Типові значення розмірів зони чутливості для мікрохвильових датчиків складають: Rmax=10...15 м, D=5...10 м, дельта=60°...100°.
Зона чутливості, що формується реальною антенною системою, відрізняється від ідеальної - із-за заднього і бічного випромінювання/прийому вона набуває форми, зображеної на рис.1 пунктиром. Відношення Rз/Rmax може складати 0,03...0,1.

Приведені вище характеристики справедливі для вільного простору. При розташуванні датчика в приміщенні форма зони чутливості істотно спотворюється. Із-за віддзеркалення від захищаючих конструкцій (коефіцієнт віддзеркалення по полю від цегляних і залізобетонних стін складає 0,3...0,6) електромагнітне поле "заповнює" з більшим або меншим ступенем рівномірності практично все приміщення, якщо розміри цього приміщення не перевищують розміри зони чутливості. З іншого боку, тонкі перегородки з легких матеріалів, дерев'яні двері, стекла, штори не є істотною перешкодою для електромагнітного поля, тому зона чутливості може розповсюджуватися і за межі приміщення, що охороняється, що може привести до помилкових спрацьовувань, наприклад при проході людей по коридору або проїзді транспорту біля вікон першого поверху. В той же час, великогабаритні предмети (шафи, сейфи і т.п.), що знаходяться в приміщенні, створюють "тіні" (зони нечутливості). Все це повинно враховуватися при виборі місця установки і кількості використовуваних датчиків.

Переміщення порушника приводить до появи відображеного сигналу, що змінюється в часі. Тут розрізняють два ефекти: зміна просторової картини стоячих хвиль і частотне зрушення відображеної від рухомої людини хвилі (ефект Доплера). Мікрохвильові датчики, засновані на реєстрації першого ефекту, називаються амплітудний-модуляційними, другого - доплеровскими. Взагалі кажучи, обидва цих ефекту нерозривно зв'язані, мають загальну природу і однаковий прояв, і тому практично неразделимы.

По суті, відмінність виявляється в структурі побудови і характеристиках СВЧ приймача мікрохвильового датчика. Найбільшого поширення набули доплеровские мікрохвильові датчики, що мають вищу чутливість. Доплеровській зрушення частоти df виникає при русі порушника уподовж світивши, частота відображеного сигналу зростає при русі до датчика і зменшується при русі від датчика. Абсолютна величина df пропорційна частоті зондуючого сигналу f і швидкості руху, що становить, уподовж світивши. Залежності df від Vл представлені на рис.2, з якого видно, що типові значення реєстрованих датчиком величин доплеровского зрушення лежать в діапазоні частот мережевої перешкоди 50/60 Гц і її гармонік. Для боротьби з цими перешкодами сучасні мікрохвильові датчики оснащуються режекторними фільтрами (зокрема адаптивними) гармонік мережі. Іншими джерелами перешкод, що викликають помилкові спрацьовування доплеровских мікрохвильових датчиків, є віддзеркалення від вібруючих об'єктів, коливаються і рухомих, що добре відображають.
Такими джерелами помилкових спрацьовувань можуть бути, наприклад:

настановна арматура включених ламп денного світла;
працююче електроустаткування, що створює вібрацію;
потоки дощової води на стеклах;
рух води в пластикових трубах;
дрібні тварини і птахи.

У колишні роки, до широкого розповсюдження ИК-ДЕТЕКТОРОВ, мікрохвильові активні датчики користувалися великою популярністю. Зараз і попит, і пропозиції цих датчиків істотно знизилися.

Питання № 2. КОМБІНОВАНІ ДАТЧИКИ

Отже, основна перевага комбінованих датчиків - істотне зменшення вірогідності помилкових тривог. Якби помилкові спрацьовування кожного детектора, що входить в комбінований датчик, викликалися б абсолютно різними фізичними явищами (тобто ці події були б незалежними), то вірогідність помилкової тривоги Pлт такого датчика дорівнювала твору вірогідності помилкових тривог для кожного з детекторів: Pлт=P1 ·P2 . Так, при P1=P2=10-5 ми потенційно отримали б зниження частоти помилкових спрацьовувань в 100000 разів. У реальній ситуації виграш не так великий, але все таки досягнуті характеристики вражають: у сучасних комбінованих ИК+микроволновых датчиків середній час напрацювання на помилкову тривогу доведений до 3000-5000 годин, що істотно перевищує аналогічний показник датчиків інших типів. Потенційно можливий виграш недосяжний тому, що з одного боку у ГИК і мікрохвильових детекторів все ж таки є загальні причини помилкових спрацьовувань, а з іншого боку через те, що ці детектори реагують на різний рух порушника - поперечний перетин зони чутливості для ИК-ДЕТЕКТОРА і руху уподовж світивши для мікрохвильового. У табл.2 приведені найбільш поширені причини помилкових спрацьовувань ГИК і мікрохвильових (МВ) датчиків.

Таблиця 2.

Причина помилкових спрацьовувань

ГИКМВ

Турбулентність повітря + - Джерела тепла + - Зміни температури + - Яскраве світло + - Електромагнітні перешкоди + + Включене люмінесцентне освітлення - + Вібрації + + Включені вентилятори - + Електричний дзвінок - + Потоки дощової води на стеклах - + Рух води в пластикових трубах - + Переміщення за межами приміщення - + Тварини і птахи + +

З таблиці видно, що більшість змін навколишнього середовища по разному впливають на кожен детектор і в більшості випадків не можуть привести до одночасного спрацьовування обох сенсорів. Завдання инсталлятора - при установці комбінованого датчика забезпечити найменший вплив загальних для обох детекторів помеховых дій.
Закономірне питання - як комбінований датчик виявляє порушника, якщо детектори, складові комбінацію, реагують на різні напрями руху людини?

Відповідь полягає в тому, що в процесі ходьби чоловік здійснює складні рухи, та і вірогідність того, що він зможе строго витримати напрям руху точно уподовж світивши або перпендикулярно йому, достатньо мала. Крім того, унаслідок переотражений електромагнітних хвиль від захищаючих конструкцій і освіти в приміщенні складної картини стоячих хвиль, доплеровский зрушення частоти, що реєструється мікрохвильовим детектором, виникає при самих різних напрямах руху. Все це дозволяє за рахунок зниження порогу спрацьовування добитися одночасного реагування обох детекторів на рух порушника. Зрозуміло, що при такому зниженні порогу зросте вірогідність помилкових спрацьовувань, але навіть якщо, наприклад, для одного з датчиків вона збільшиться до Р1=10-2, то результуюча вірогідність помилкової тривоги комбінованого датчика все одно знизиться в 100 разів (за умови, що Р2 не змінювалася, а помилкові тривоги по двох детекторах незалежні).

Гідністю датчиків подвійної технології є високий імунітет по відношенню до можливих помилок инсталлятора і змін навколишнього середовища після установки і настройки, до яких відносяться, наприклад, при установці не було враховано опалювання і обігрів приміщення, зовнішнє засвічення або установку в приміщенні устаткування, що створює перешкоди. Перевага комбінованих датчиків демонструється також у вузьких коридорах і проходах. При використанні в такій ситуації ИК-ДАТЧИКА рух порушника відбувається без поперечного перетину декількох променів, у зв'язку з чим доводиться відмовлятися від режиму багатократного підрахунку імпульсів, що приводить до підвищення частоти помилкових спрацьовувань. Застосування комбінованого датчика вирішує цю проблему.

III. Заключна частина:

Товариші студенти !

Питання, які ми сьогодні розглянули є дуже важливими для успішного системного вивчення матеріалу послідуючих занять.

Підвести підсумок заняття, відповісти на запитання.

Завдання на самопідготовку:

вивчення матеріалу заняття по конспекту..

Оголосити кінець заняття.

Старший викладач кафедри № 13

підполковник Ю.Б.Науменко

ГИКМВ



Турбулентність повітря
+	-
Джерела тепла	+	-
Зміни температури	+	-
Яскраве світло	+	-
Електромагнітні перешкоди	+	+
Включене люмінесцентне	освітлення	-	+
Вібрації	+	+
Включені вентилятори	-	+
Електричний дзвінок	-	+
Потоки дощової води на стеклах	-	+
Рух води в пластикових	трубах	-	+
Переміщення за межами приміщення	-	+
Тварини і птахи	+	+