Радиоволновый метод обеспечения безопасности помещений

Радиоволновый метод обеспечения безопасности помещений

Аңдатпа

Бұл дипломдық жұмыста елші ғимаратындығы аймақтың күзет жүйесіндегі периметраны қолданұдағы жетістігі, келешілігі және физикалық модельдегі радиотолқынжолдағы жүйе элементтерінің сезімталдылығын эксперименталды зерттеу жүргізілді. Дипломдық жұмыста периметраның күзет жүйесіндегі жұмысының тиімділік көрсеткіштері және қауіп-қатер деңгейін есептеу, күзет периметрасы және қорғау жүйесін қолдануды бағалау жүргізілді.

Аннотация

В дипломной работе представлены возможности и недостатки использования систем охраны периметра объекта здания, проведены экспериментальные исследования чувствительности элементов радиоволновой системы на физической модели. В дипломной работе проведен расчет степени риска и показателя эффективности работы системы охраны периметра в целом, приведена оценка применения комплекса системы защиты и охраны периметра.

Abstract

the research paper presents the opportunities and drawbacks of using the facility perimeter security systems of the building, experimental studies of the sensitivity of the elements of radio wave system on the physical model. In the research paper calculated the risk and measure the effectiveness of perimeter security systems in general, give an estimate of the use of the complex system of protection and perimeter security.

Содержание

Введение   

. Системы охраны периметра       

.1 Целесообразность и эффективность охраны периметра. Общие требования к периметральным системам  

.2 Современные системы охраны периметра. Специфика применения периметральных систем

.2.1 Радиолучевые системы 

.2.2 Инфракрасные системы

.2.3 Вибрационной системы

1.2.4 Емкостные системы

.2.5 Радиоволновые системы        

.2.6 Промышленные образцы радиоволновых систем     

.2.6.1 Радиоволновая система «Уран»

.2.6.2 Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID фирмы GEOQUIP (Англия)

.2.7 Цель и задачи      

. Типовой вид расположения складского помещения       

.1 Модель угроз, основные характеристики нарушителей.

Классификация нарушителей

. Алгоритм обработки информации в приемном блоке

. Оценка применения комплекса системы защиты и охраны периметра с точки зрения рисков обнаружения нарушителя

. Экспериментальные исследования элементов радиоволновой системы

.1 Описание лабораторного макета       

.1.1 Измерительные приборы

.1.1.1 Генератор Г4-102      

.1.1.2 Милливольтметр В3-38      

.1.1.3 Осциллограф С1-93   

.1.1.4 Анализатор спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300

.1.1.5 Осциллограф С1-114/1       

.1.2 Кабель коаксиальный типа RG 6/U

.2 Основные положения проведения эксперимента 

.3 Методики проведения эксперимента 

.3.1 Эксперимент № 1  48

.3.2 Эксперимент № 2  48

.3.3 Эксперимент № 3  48

.3.4 Эксперимент № 4  49

.3.5 Эксперимент № 5  49

.3.5.1 Анализ вероятности и оценка погрешности использования результатов эксперимента № 5.1 - 5.2     

.3.6 Эксперимент № 6 

.3.7 Эксперимент № 7  56

Заключение        

Список литературы    

Приложение А. Технические характеристики приборов  

Приложение Б. Листинг программы на языке программирования Delphi 7.0     

Введение

Актуальность темы дипломной работы заключается в том, что системы защиты и охраны периметра занимают ведущее место в обеспечении охраны объектов различного назначения. Этими объектами являются промышленные объекты, объекты повышенного риска (химические предприятия), склады, ангары, хранилища, коттеджные участки, офисы, фирмы, иностранные посольства, госучреждения и другие.

Системы охраны периметра выполняют задачу обнаружения нарушителей. Периметральные системы охраны являются наиболее эффективными средствами защиты от несанкционированного проникновения нарушителя в зону охраняемого объекта. При выборе и проектировании системы охраны периметра учитывается множество факторов - тип ограды, топография рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседств железных дорог, автомагистралей, наличие линий электропередач.

         Системы охраны периметра

1.1    Целесообразность и эффективность охраны периметра. Общие требования к периметральным системам

На сегодняшний день технические средства охраны достаточно разнообразны и в целом очень эффективны. Тем не менее, большинство из них имеют существенный недостаток, они не могут обеспечить ранее регистрирование сигнала вторжения на территорию объекта. Такие системы ориентированы на обнаружение нарушителя, который уже проник на охраняемую территорию или в здание. Простым примером тому служат системы охранного видеонаблюдения. Системы охранного видеонаблюдения зачастую с помощью устройства видеозаписи могут лишь подтвердить факт вторжения после того, как он уже произошел. Фактором, определяющим эффективность любой охранной системы, является минимизация этого интервала времени, и в этом заключается привлекательность периметральных систем охраны.истема охраны периметра выполняет задачу обнаружения и задержки нарушителей. Другая ее задача - удержание нарушителей от совершения противоправных действий [1, 2].

Периметральная граница объекта является наилучшим местом для раннего обнаружения вторжения. Нарушитель, взаимодействуя, в первую очередь, с физическим периметром, создает возмущения, которые и можно зарегистрировать специальными извещателями. Будь то ограждение в виде металлической решетки - можно перелезть через нее; будь то стена или барьер - преодолевать сверху; ну а если это открытая территория - ее можно пересечь. Тем самым, вызывая физический контакт нарушителя с периметром, получаем возможность электронными средствами обнаружить это вторжение. Причем обнаружить именно на первом рубеже охраны, то есть на периметре.

Таким образом, периметральные системы охраны являются наиболее эффективными средствами защиты от несанкционированного проникновения, поскольку выдают сигнал тревоги задолго до того, как злоумышленник может проникнуть в особо важные зоны охраняемого объекта.

При выборе необходимой системы охраны периметра необходимо определить, что именно мы хотим защитить и решить следующие задачи
[2, 3, 4]:

         провести анализ угроз;

         оценить объект с точки зрения его диверсионной привлекательности;

         оценить сумму возможного ущерба.

Несомненно, необходимо учесть степень сложности охраны периметра, которая зависит от следующих факторов [3, 4]:

         конфигурации забора, если таковой имеется;

         площади территории, прилегающих к внешнему ограждению территорий;

         наличия в ее пределах деревьев, транспортных проездов, особенностей рельефа.

Но эти факторы решающими не являются, так как в настоящий момент техника охраны настолько разнообразна, что позволяет организовать эффективную защиту любого периметра без полосы отчуждения и предварительной очистки рубежей [3, 4].

Системы защиты и охраны периметра занимают ведущее место в обеспечении охраны объектов различного назначения.

К типовым решениям охраны периметра относятся следующие системы:

         системы охраны периметра на промышленных объектах;

         системы охраны периметра коттеджных участков;

         системы охраны периметра объектов повышенного риска (к примеру, охрана периметра химического предприятия);

         системы охраны периметра складов, ангаров, хранилищ;

         системы охраны периметра иностранных посольств, фирм, офисов, госучреждений и другие.

Охрана периметра осуществляется разнообразными периметральными охранными системами, которые обычно рекомендуется применять в комплексе с другими системами охраны (видеонаблюдение, охранная сигнализация и другие) и тогда средства безопасности становятся наиболее эффективны, так как покрывают недостатки друг друга. Любая периметральная система должна легко интегрироваться с другими охранными системами, в частности, с системой видеонаблюдения [5].

Существуют общие требования к периметральным системам, к ним относятся следующие [1, 5, 6]:

         возможность раннего обнаружения нарушителя до его проникновения на объект;

         точное следование контурам периметра, отсутствие «мертвых» зон;

         по возможности скрытая установка датчиков системы;

         устойчивость к электромагнитным помехам - грозовые разряды, источники мощных электромагнитных излучений и тому подобное;

         невосприимчивость к внешним факторам «нетревожного» характера - индустриальные помехи, шум проходящего рядом транспорта, мелкие животные и птицы;

         независимость параметров системы от сезона (зима, лето) и погодных условий (дождь, ветер, град и так далее).

Периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя. В то же время эта система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний. Причины ложных тревог могут быть различными. К примеру, система может среагировать при появлении в зоне охраны птиц или мелких животных. Сигнал тревоги может появиться при сильном ветре, граде или дожде. Кроме того, ложная тревога может возникнуть из-за «технологических» причин: неграмотный монтаж датчиков на ограде, неправильная настройка электронных блоков или просто неудовлетворительное инженерное состояние самой ограды, которая может, например, вибрировать при сильном ветре [5].

1.2    Современные системы охраны периметра. Специфика применения периметральных систем

Защита периметра - комплексная задача, для эффективного решения которой очень важно обеспечить оптимальное сочетание физического барьера, затрудняющего проникновение на объект, со средствами охранной сигнализации. Система охраны периметра является ответственной частью охранной сигнализации, так как обеспечивает обнаружение нарушителя [7].

При выборе и проектировании системы охраны периметра необходимо учитывать множество факторов - тип ограды, топографию и рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседство железных дорог, автомагистралей, наличие линий электропередач.

Периметральные системы используют, как правило, систему распределенных или дискретных датчиков, общая протяженность которых может составлять несколько километров. Такая система должна обеспечивать высокую надежность при широких вариациях окружающей температуры, при дожде, снеге, сильном ветре. Поэтому любая система должна обепечивать соответсвующую автоматическую адаптацию к погодным условиям и возможность дистанционной диагностики [5].

Основные виды систем охраны периметров [5, 6, 8, 9, 10, 11, 12]:

         радиолучевые системы;

         инфракрасные системы;

         вибрационные системы;

         емкостные системы;

         радиоволновые системы.

1.2.1 Радиолучевые системы

Радиолучевые системы [5, 6, 10,12] содержат передатчик и приемники с узконаправленными антеннами. Радиолучевые системы охраны периметра создают объемное электромагнитное поле, которое формирует зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения (рисунок 1.1). Длина отдельной зоны охраны определяется расстоянием между приемником и передатчиком, а диаметр зоны варьируется от долей метра до нескольких метров.

Рисунок 1.1 - Принцип действия радиолучевой системы

В случае нахождения постороннего объекта в зоне контроля происходит изменение поля. Регистрация изменения осуществляется приемником, переходящим в возбужденное состояние при отклонении характеристик электромагнитного поля от заданных. Существуют системы, в которых передатчик излучает высокочастотные поля. При попадании движущегося объекта в зону, контролируемую таким прибором происходит изменение частоты отраженных колебаний (эффект Доплера), регистрируемое приемником. Принцип действия таких систем основан на анализе изменений амплитуды и фазы принимаемого сигнала, возникающих при появлении в зоне постороннего предмета [5].

Используемый диапазон частот лежит в пределах от 10 до 40 ГГц [12].

Радиолучевые системы применимы там, где обеспечивается прямая видимость между приемником и передатчиком, то есть профиль поверхности должен быть достаточно ровным и в зоне охраны должны отсутствовать кусты, крупные деревья и тому подобное. Радиолучевые системы чаще всего используют для контроля протяженных прямолинейных участков, когда имеется достаточно свободного пространства для вынесения приемников и передатчиков за пределы охраняемых зон, как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражденных участков периметров. Эти системы обычно рассчитаны на обнаружение нарушителя, который преодолевает рубеж охраны в полный рост или согнувшись. Общим недостатком радиолучевых систем является наличие «мертвых» зон - чувствительность системы понижена вблизи приемника и передатчика, поэтому приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров. Кроме того, радиолучевые системы недостаточно чувствительны непосредственно над поверхностью земли (30 - 40 см), что может позволить нарушителю преодолеть рубеж охраны ползком. Тем не менее, радиолучевые системы получили широкое распространение благодаря высокой надежности и большой вероятности обнаружения (около 0,98) [5, 12].

Недостатком радиолучевых систем охраны периметра относительно охраны периметра обьекта является тот факт, что для применения радиолучевых систем необходимо обеспечить прямую видимость между приемником и передатчиком, то есть в зоне охраны объекта должны отсутствовать кусты, деревья и тому подобное, что в принципе сложно при расположении обьекта в черте города. Относительно широкая зона чувствительности системы обуславливает ограниченность ее применения для охраны периметра обьекта, где возможно случайное попадание в зону обнаружения людей, транспорта и тому подобное.

1.2.2 Инфракрасные системы

Инфракрасные системы - системы делятся на два класса: активные и пассивные [1, 6, 10, 12]. Активные лучевые инфракрасные системы состоят из двух частей - передатчика и приемника излучения (инфракрасная часть спектра), расположенных в зоне прямой видимости [5]. При прерывании луча, попадающего в приемный блок, формируется сигнал тревоги. Особенностью активных инфракрасных систем является возможность создания узкой зоны обнаружения, что особенно важно для объектов, вокруг которых нельзя создать зону отчуждения [5]. Пассивные инфракрасные системы основаны на принципе регистрации теплового излучения в диапазоне от 8 до 14 мкм и имеют специальные линзы, которые формируют пространственную диаграмму чувствительности нужной конфигурации. Конфигурация зон бывает различной - «штора» (пересечение поверхности), «луч» (линейное движение), «объем» (перемещение в пространстве). Пассивные инфракрасные приборы проще в монтаже и настройке, чем активные, и используются обычно там, где нужно охранять относительно короткие участки периметра [6, 8].

Инфракрасные активные средства защиты отличаются от радиолучевых средств диапазоном частот и шириной диаграммы направленности лучей. Площадь сечения луча инфракрасных систем значительно меньше, чем у радиолучевых систем. Для обеспечения надежной защиты периметра по высоте используют так называемые инфракрасные барьеры.

Инфракрасные барьеры строят с применением активных инфракрасных извещателей с разнесенными передатчиками и приемниками. Примером активных инфракрасных систем обнаружения служат активные инфракрасные извещатели серии АХ и стойки серии REDNET RN фирмы Optex и стойки Perimbar фирмы Radiovisor. Принцип их действия заключается в следующем: передатчик излучает электромагнитный поток инфракрасного диапазона - невидимый луч, который направляется в сторону приемника. В отсутствие препятствий на пути луча приемник воспринимает его и преобразует в электрический сигнал. Изменение интенсивности принимаемого луча при попытке его пересечения детектируется и анализируется процессором приемника. Для создания барьера группу передатчиков и приемников встраивают в стойку, размещая их на различной высоте (рисунок 1.2, а) [5, 12].

Для разделения каналов осуществляют синхронизацию каждого приемников с соответствующим передатчиком. Встроенный процессор позволяет анализировать каждый из сигналов раздельно, группами или в произвольной их комбинации. Это позволяет гибко использовать систему, как в плане логического анализа, так и в плане приспособления к местным условиям. Если пересекается только нижний луч, например, мелким животным, возникает состояние предтревоги, но сигнал тревоги не формируется. Последующее пересечение второго луча уже вызывает сигнал тревоги, так же как и одновременное пересечение двух лучей. Перекрестная синхронизация приемников и передатчиков, расположенных на разной высоте, позволяет обойти «мертвые» зоны, которые образуются из-за специфики рельефа (рисунок 1.2, б) [5, 12].

а - инфракрасный барьер; б - пример обхода неровностей почвы.

Рисунок 1.2 - Создание барьеров

Недостатком применения инфракрасных систем защиты периметра для объекта, которым является склад, является то, что для инфракрасных средств с длиной волны, составляющей сотые доли миллиметра, туман, пыль, дождь, снег уже являются существенными помеховыми факторами для эффективной работы системы охраны периметра. Также засветка прямыми солнечными лучами, электрическими осветительными приборами, попадание в луч птиц, животных, листьев и веток деревьев может стать источником помех при использовании инфрактрасных систем [13].

1.2.3 Вибрационная система

Основа вибрационной системы - специальный сенсорный кабель, являющийся, по сути, электромагнитным микрофоном. При колебаниях кабеля, происходит генерация звукового сигнала. Анализатор, подключенный к нему, сигнализирует об этом. В случае необходимости, сигнал от кабеля можно прослушать и принять решение о степени опасности, а также отсеять случайные шумы.

На рисунке 1.3 показано сечение многожильного телефонного кабеля. Под воздействием вибрации происходит микродеформация кабеля, и изолированные проводники трутся друг о друга. В результате на изоляции наводится объемный заряд, и на проводниках образуется разность потенциалов (трибоэффект) [5, 6, 9]. Дешевый телефонный многожильный кабель часто используют как сенсор для вибрационной системы сигнализации. Это типичный пример применения в качестве сенсора приспособленного кабеля.

Рисунок 1.3 - Трибоэффект в многожильном кабеле

Конструкция сенсорного кабеля IntrepidTM, выпускаемого фирмой Southwest Microwave [5]. Ключевым элементом системы является специальный кабель MicroPoint, показанный на рисунке 1.4 [14]. Он представляет собой обычный коаксиальный кабель с двумя дополнительно сформированными каналами, в которых свободно расположены тонкие чувствительные проводники - сенсоры [15].

Рисунок 1.4 - Кабель MicroPoint

На рисунке 1.5 показана конструкция электродинамического сенсорного альфа-кабеля, специально разработанного фирмой Geoquip для обнаружения вибраций при защите периметров [9]. В защитной оболочке кабеля размещены два полимерных магнита. В их магнитных зазорах уложены фторопластовые трубки, в которых свободно перемещаются подвижные чувствительные проводники. Для уменьшения трения трубки изнутри смазывают силиконовой смазкой. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации перемещаются магниты, а проводники остаются на месте, так как обладают массой. Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникает электрический ток, который воспринимается анализатором. Этот сенсор является пассивным. Он не требует внешнего источника электрической энергии, а сам генерирует электрический ток. Чувствительность электродинамического сенсора очень высока. Эти сенсоры отличаются высокой стабильностью параметров и обеспечивают высокое отношение сигнала к шуму, приведенному к входу анализатора.

Рисунок 1.5 - Электродинамический сенсор вибраций

Одно из достоинств кабельных вибрационных систем состоит в том, что сенсорным кабелем могут быть защищены ворота и калитки, попадающие в зону охраны. Для этой цели используют комплект для подключения сенсора к воротам, а на створках ворот или калитки крепят петлю сенсора. Так образуется непрерывная цепь охранной сигнализации в зоне [9].

Область применения вибрационных систем охраны периметра - от охраны легких ограждений (например, сетка «рабица») до кирпичных стен и заборов. Такие системы применяются также для охраны крыш и стен зданий, обнаружения подкопа, разрушения или перелезания забора.

Недостатком применения вибрационных систем для охраны периметра склада является то, что данные системы охраны периметра требуют достаточно определенных типов ограждений, на которых должны устанавливаться, как правило, на внешние ограждения, крайне чувствительны как к умышленным, так и неумышленным физическим воздействиям на ограждения с внешней стороны.

1.2.4 Емкостные системы

Емкостные системы охраны периметра используют эффект изменения характеристик электрического поля при приближении или прикосновении нарушителя к ограждению объекта [6].

Емкостное средство обнаружения представляет собой антенную
систему - цепь проводящих элементов (чувствительный элемент), укрепляемых на изоляторах по периметру объекта и соединенных в общий электрический контур. Система подключается к электронному блоку, выдающему сигнал тревоги при изменении емкости антенного устройства относительно земли [6].

Основные достоинства емкостных средств:

         отсутствие «мертвых зон»;

         стабильная высокая чувствительность (вероятность обнаружения 95%);

         возможность регулировки зоны обнаружения;

         возможность монтажа на периметре любого профиля на местности со сложным рельефом.

Емкостные средства обнаружения могут устанавливаться на любых видах ограждений, крышах зданий, козырьках ворот и калиток. Они используются на пересекающих периметр технологических конструкциях (воздушных трубопроводах и подземных коллекторах). Их применение наиболее эффективно на объектах, имеющих механически прочные ограды, оборудованных въездными распашными или раздвижными воротами, а также на периметрах со сложной конфигурацией и рельефом [6].

Чувствительным элементом емкостных систем являются металлические электроды, имеющие различную конфигурацию и монтирующиеся, как правило, на изоляторах вдоль ограды. Система электродов подключается к электронному блоку, генерирующему сигнал и измеряющему емкость системы. При приближении к ограде, попытке перелезания емкость системы в зоне обнаружения меняется, и анализатор выдает тревожный сигнал. Емкостные системы используются также для защиты внутренних помещений, отдельных предметов, а также средств транспорта [6].

Принцип работы систем этого класса достаточно прост - изменение параметров электрического поля при приближении или прикосновении нарушителя. Технически система представляет собой электрический контур (система проводников, сетка и тому подобное), подключенный к контрольному устройству. При изменении емкости относительно земли (например, касание проводника или приближение к нему человека) оно подает сигнал тревоги.

Недостатком применения емкостных систем по отношению охраны периметра склада то, что емкостные системы в силу сложности процессов, происходящих в электромагнитных полях, больших протяженностей антенных систем нестабильны по показателям чувствительности, крайне подвержены к воздействию внешних электромагнитных полей, климатических и атмосферных факторов.

1.2.5 Радиоволновые системы

Радиоволновые системы - простейшая радиоволновая система состоит из двух фидеров, расположенных параллельно друг другу на определенном расстоянии [5]. При пропускании через них тока, вокруг образуется стабильное электромагнитное поле. При попадании какого-либо объекта внутрь контролируемой фидерами зоны электромагнитное поле возмущается, что и регистрируется приемником-анализатором. Радиоволновые системы можно очень легко устанавливать скрытно (фидеры закапываются в землю, декоративно монтируются на стены зданий, заделываются в забор и тому подобное). Чувствительным элементом радиоволновой системы является пара расположенных параллельно проводников (кабелей), к которым подключены соответственно передатчик и приемник радиосигналов. Вокруг проводящей пары («открытой антенны») образуется чувствительная зона, диаметр которой зависит от взаимного расположения проводников. При появлении человека в зоне чувствительности сигнал на выходе приемника изменяется, и система генерирует сигнал тревоги [6].

Принцип действия радиоволновых систем состоит в следующем. На некотором расстоянии параллельно друг другу прокладываются два кабеля (две антенны) специальной конструкции, показанной на рисунке 1.6, а. Зазоры между разреженными проводами «экрана» своеобразного коаксиального кабеля образуют щелевую антенну. Один из кабелей служит передающей антенной, другой - приемной антенной. При возбуждении первой антенны высокочастотными колебаниями она начинает излучать электромагнитное поле, воспринимаемое второй антенной. При этом приемник, подключенный к приемной антенне, принимает сигнал. Если в окрестности двух антенн появляется тело определенного объема с диэлектрической или магнитной проницаемостью, отличной от проницаемости свободного пространства, электромагнитное поле, воспринимаемое приемной антенной, искажается (изменяется его амплитуда и фаза). Это изменение детектируется и анализируется приемником-анализатором. Если анализируемый сигнал превышает пороговое значение, формируется сигнал тревоги.

Распределение электрической составляющей (Е) электромагнитного поля в окрестности кабелей показано на рисунке 1.6, б. Зона чувствительности по модулю подобной системы в поперечном сечении кабелей принимает форму искаженного эллипса с полюсами, совпадающими с положениями кабелей. Максимальная чувствительность системы лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения кабелей, совпадающей с центральной осью. Минимальная чувствительность системы находится в плоскости расположения кабелей [12].

а) конструкция кабеля; б) распределение составляющей Е электромагнитного поля.

Рисунок 1.6 - Кабель вытекающей волны - щелевая антенна

При реализации охранных радиоволновых систем кабели располагают скрытно в стене или ограде в вертикальной плоскости (рисунок 1.7, а); в земле в горизонтальной плоскости (рисунок 1.7, б); либо в наклонной плоскости (один кабель в земле, другой - в ограде) [12].

а) в ограде; б) в земле.

Рисунок 1.7 - Расположение кабелей радиоволновой охранной системы

Для уменьшения влияния материала ограды и слоя земли на зону чувствительности, особенно с учетом сезонных и погодных изменений свойств материалов, кабели укладывают в пустотелые трубы, чтобы стабилизировать условия в самой ближней к кабелям зоне. Подобные системы настраивают таким образом, чтобы зона чувствительности при укладке кабелей в земле доходила до роста идущего человека (1,5 - 1,8 м). Расстояние между кабелями в этом случае лежит в пределах двух-трех метров.

Радиоволновые системы требуют зоны отчуждения, поскольку зона их чувствительности выходит за пределы линии ограды Сигнал тревоги может вызвать и прохожий, идущий по тропинке вдоль ограды, защищенной радиоволновой системой, и поливальная машина или грузовик с металлоломом, проезжающий по дороге в десяти-пятнадцати метрах от ограды (рисунок 1.7, а). При расположении кабелей в горизонтальной плоскости (в земле) влияние проезжающего транспорта снижается, поскольку он попадает в зону минимальной чувствительности системы (рисунок 1.7, б). Конфигурация линии периметра и перепады высот не оказывают влияния на свойства радиоволновых систем. Во избежание образования «мертвых» зон кабели смежных зон охраны размещают с некоторым перекрытием (2 - 5 м) в продольном направлении [9].

Радиоволновые системы применяются для охраны как огражденных периметров (когда кабели устанавливают либо на стойках на верхнем торце ограды, либо на поверхности ограды), так и для охраны открытых территорий, при этом кабели закапываются в грунт [6].

При использовании радиоволновых систем на оградах, кабели устанавливают либо на специальных стойках на верхнем торце ограды, либо непосредственно на поверхности ограды. Выпускаются модификации радиоволновых систем также для защиты неогражденных территорий. При этом кабели устанавливают в грунт на глубину 15 - 30 см. Такая система охраны является скрытой, но подвержена сильному влиянию погодных условий, снижающих стабильность ее параметров.

1.2.6 Промышленные образцы радиоволновых систем

.2.6.1 Радиоволновая система «Уран»

«Уран». Чувствительные проводники системы закрепляются на диэлектрических кронштейнах, установленных на торце ограды. Длина одной зоны охраны достигает 200 - 250 м, а зона обнаружения имеет сечение 0,5 х 0,8 м. Аналогичная по назначению и принципу действия система Intelli-FIELD канадской компании Senstar-Stellar содержит четыре параллельных проводника, монтируемых на мачтах или на специальных кронштейнах на ограде. Эти проводники формируют чувствительную зону с поперечным сечением 1 м и высотой 2,5 м. Для снижения вероятности ложных срабатываний от атмосферных помех в системе применена автоматическая цифровая обработка сигналов. Два излучающих коаксиальных кабеля устанавливают на ограде или под землей, параллельно друг другу на расстоянии 2 м. Система работает в диапазоне частот 40 - 41 МГц; ширина зоны чувствительности - до 3 м, предельная длина одной зоны охраны - 150 м [16, 17].

Радиоволновые периметровые извещатели представляют собой охранные устройства, в работе которых используется излучение сверхвысокочастотной электромагнитной энергии (СВЧ-излучение).

Популярность радиоволновых извещателей обусловлена удобством эксплуатации, надежностью в работе, возможностью совмещения со всеми известными приборами для охраны объектов, включая системы видеонаблюдения.

Для обеспечения устойчивой работы радиоволновых извещателей передатчик и приемник должны быть установлены на высоте от 0,8 до 0,9 м на столбах, глубоко вкопанных в землю. Такая установка увеличивает высоту зоны обнаружения и обеспечивает суммирование энергии прямых и отраженных лучей, что позволяет повысить запас по уровню принимаемого сигнала. Данный запас для извещателя должен составлять величину не менее
9 - 12 дБ [16].

Использование радиоволновых извещателей требует выполнения следующих условий [5, 16]:

         неровности грунта не должны превышать ± 0,3 м на расстоянии до 5 м;

         высота травяного покрова должна быть не выше 0,3 м, а снежного покрова - 0,5 м;

         должны отсутствовать посторонние предметы (в том числе кусты, кроны деревьев).

Важным параметром, связанным с отражением энергии, является минимальное расстояние, при котором допускается проезд автотранспорта вдоль зоны обнаружения без выдачи извещения о тревоге. Современные извещатели, установленные на расстоянии не менее 2 м от автомагистрали, не реагируют на плотный поток автомобилей.

Недостатком данных извещателей является наличие мертвых зон длиной от 3 до 5 м вблизи передатчика и приемника. В пределах мертвой зоны возможно проникновение нарушителя в положении согнувшись (барьер здесь формируется не полностью и граница зоны обнаружения проходит примерно на высоте 0,8 м). Также если максимальная обнаруживаемая скорость менее 7 м/с, пересечение луча на максимально большой скорости может быть воспринято извещателем как помеха (кратковременное перекрытие луча), без выдачи извещения о тревоге [5, 6].

Для устранения первого недостатка передатчики и приемники устанавливаются с перекрытием зон обнаружения (на длину мертвых зон).

Существуют извещатели, которые работают на более низкой частоте излучения (2,5 ГГц). Эти извещатели не имеют мертвых зон, более устойчивы к вибрации, колебаниям травы, кустов и крон деревьев [16].

Нет средств, работоспособность которых не зависит ни от каких помеховых факторов.

Необходимо учитывать, что воздействие большинства помех носит вероятностный характер. Конкретное событие для данного объекта может происходить раз в год, или раз в минуту. К примеру, если средство будет реагировать на проезд автомобиля, а случается это раз в месяц, то с этим можно смириться; если средство реагирует на пролет птиц всего, лишь один раз из десяти, а таких пролетов несколько сотен в сутки, его установка недопустима; если помехи происходят днем, когда средство снято с охраны и отсутствуют вечером и ночью, то ими можно пренебречь. Частый случай, когда средство устанавливается на забор между двумя соседними дачными участками и может реагировать на подход с внешней стороны.

В случае, когда с внутренней стороны периметра по тропе наряда перемещается часовой, и средство охраны его обнаруживает, информация, получаемая оператором, является только полезной и не относится к разряду ложных тревог.

Когда средство срабатывает по сравнительно редкому известному событию, например, открывание ворот, включение поливальной установки и тому подобное, это можно учесть.

Если имеется металлический забор или ограда, железобетонный забор на основе металлической сварной сетки, то можно использовать горизонтальный вариант расположения кабелей на или в земле (рисунок 1.8). Высота зоны обнаружения в этом случае составляет 0,5 - 1,0 м, что может сказываться на обнаружении при большой глубине снежного покрова [10].

Рисунок 1.8 - Горизонтальное расположение кабелей на земле или в земле

В таблице 1.1 приведены виды радиоволновой системы охраны периметра и их основные характеристики [10].

Таблица 1.1 - Технические характеристики радиоволновых систем

Таблица 1.2 содержит основные технические характеристики радиоволновых систем [18].

Таблица 1.2 - Технические характеристики радиоволновых систем

1.2.6.2        Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID фирмы GEOQUIP (Англия)

Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID предназначена для укладки под землей или монтажа на стенах, которые не содержат или содержат очень немного металлических деталей вокруг сенсорных кабелей [19].

Типы регистрируемых вторжений:

         приближение;

         перелезание.

Принцип работы системы RAFID основан на регистрации возмущений электромагнитного поля, которые создает попадающий в это поле нарушитель.

В простейшем случае система (рисунок 1.9) содержит пару расположенных параллельно «излучающих фидеров», один из которых является передающей, а другой - приемной антенной радиочастотного поля. Выходной сигнал приемника непрерывно контролируется анализатором.

Рисунок 1.9 - Принцип работы проводно - радиоволновой периметральной системы RAFID

«Излучающие фильтры» представляет собой специально сконструированный коаксиальный кабель, содержащий внутренний провод, изолированный диэлектриком от внешнего экрана.

Внешний экран имеет так называемые «порты» или отверстия в экране, расположенные с регулярными интервалами. Такая конструкция кабеля обеспечивает излучение электромагнитного поля при пропускании по нему тока.

В результате вблизи обоих кабелей формируется невидимое электромагнитное поле. Попавший в радиочастотное поле объект изменяет фазу и амплитуду принимаемого сигнала, в результате чего анализатор генерирует сигнал тревоги.

Кабели располагаются параллельно друг другу и монтируются на жесткой стене или другом ограждении, обеспечивая зону обнаружения, как это показано на рисунке 1.9.

Расстояние между кабелями и их расположение могут изменяться в зависимости от конкретных требований заказчика и условий обнаружения.

Специальная конструкция системы RAFID делает ее нечувствительной к внешним факторам, которые могут иногда «ослепить» обычные электронные системы контроля, например, инфракрасные системы безопасности.

Система обеспечивает гибкость в выборе конфигурации зоны детектирования, позволяя приспособить параметры системы под индивидуальные особенности охраняемого объекта и стратегию обнаружения нарушителя.

Система RAFID может быть разделена на отдельные зоны, каждая из которых защищает отдельную часть периметра, например, стену. Все зоны работают на одной и той же частоте, что исключает возможность интерференционных помех при использовании схемы когерентного детектирования. Параметры всех зон оптимизированы для эффективной защиты отдельных участков периметра [19].

В комплект оборудования входит: передатчик, приемник/анализатор, излучающие кабели и оконечный блок.

Длина отдельной зоны охраны 0 до 150 м, ширина чувствительной область - до 3 м.

Передатчик и приемник работают на 16-ти дискретных частотах в диапазоне 40 - 41 МГц, что дает возможность организации многозонных рубежей охраны без взаимных перекрестных помех.

Система RAFID обеспечивает [19]:

         высоконадежную «объемную» защиту периметров;

         гибкую конфигурацию для различных типов ограждений, а также для неогражденных участков и запретных зон;

         защищенную от внешних воздействий конструкцию детекторов типа «излучающий фидер»;

         легко адаптируемую зонную структуру для приспособления к требованиям объекта (протяженность и конфигурация чувствительной зоны).

Преимущества радиоволновых систем перед радиолучевыми - независимость от профиля почвы и точное следование линии ограды [5, 20].

Недостатки - подвержены влиянию погонных условий, снижающих стабильность ее параметров.

С учетом помеховых факторов и изучения различных средств обнаружения охраны периметра объекта осуществляется выбор средств обнаружения. У каждого средства есть свои «плюсы» и «минусы», а также свои ограничения по применению [19].

Применение радиоволновых систем охраны периметра на основе коаксиальных кабелей, неоспоримым преимуществом которых является точное следование контурам всего периметра и невосприимчивость к топографии и рельефу. Помимо всего этого, коаксиальные кабели, прокладываются в грунт на глубину 10 - 30 см, в отличие от ряда других систем, равномерно распределяют «охранную нагрузку» по всему периметру, исключая нежелательную приоритетность, тем самым еще более повышая эффективность обнаружения.

К тому же, радиоволновые системы еще меньше реагируют на внешние помехи, таким образом, остаются незамеченными не только птицы, но и мелкие животные. Растительность, кусты и деревья могут находиться непосредственно в зоне обнаружения.

1.2.7 Цель и задачи

Целью дипломной работы является оценка рисков и возможностей технологий при использовании радиоволной системы для обеспечения безопасности периметра обьекта (здания),как в городском массиве так и в пригородных зонах, а именно охрана периметра складских помещений.

Необходимо решить следующие задачи:

         рассмотреть на примере склада факторы, которые необходимо учесть при выборе системы охраны периметра данного обьекта; выделить основные мотивы, цели нарушителей при совершении конкретных преступлений; определить классификацию нарушителей в отношении территории на которой непосредственно и находится скадское помещение;

         предложить алгоритм обработки информации в приемном блоке;

         провести расчет степени риска и показателя эффективности работы системы охраны периметра в целом, дать оценку применения комплекса системы защиты и охраны периметра;

         провести экспериментальные исследования чувствительности элементов радиоволновой системы на физической модели.

2.      Типовой вид расположения складского помещения

Под зоной периметра понимается часть территории объекта вдоль его периметра, ограниченная с внешней стороны внешним ограждением объекта, а с внутренней стороны - внутренним ограждением.

Под зоной периметра примем территорию складского помещения средних размеров, расположенного в черте города. В состав зоны периметра склада, входят контрольно-пропускные пункты, внешнее ограждение и зона отчуждения (ее ширина достигает 1,8-х метров), а также расположенные в ней инженерно-технические средства охраны и освещения и тому подобное.

На рисунке 2.1 приведен типовой вид расположения складского помещения

Рисунок 2.1 - Типовой вид расположения складского помещения

Факторы, которые необходимо учесть при выборе системы охраны периметра складского помещения:

         прилегающие к внешнему ограждению территории;

         транспортные проезды и пешеходные маршруты (при их наличии) вдоль внешней стороны периметра;

         внешнее ограждение периметра (состояние и характеристики его строительных конструкций);

         контрольно-пропускной пункт (КПП), предназначенный для прохода персонала и проезда служебного транспорта;

         здания и сооружения на внутренней территории, имеющие охраняемое имущество;

         элементы системы освещения зоны периметра.

2.1    Модель угроз, основные характеристики нарушителей. Классификация нарушителей

Модель угроз представляет собой перечень возможных действий (целей и способов их достижения) нарушителя по преодолению зоны периметра распределенного объекта охраны. Под целью вторжения понимается конечная цель нарушителя, реализуемая им после преодоления зоны периметра. Перечень возможных действий нарушителя по преодолению охраняемой зоны периметра достаточно широк - от простой кражи, до террористических действий. Он прямо зависит от типа охраняемого имущества собственника. Определение целей вторжения на территорию предприятия, облика возможного нарушителя и наиболее вероятных сценариев его действий дает возможность сформировать требования к инженерно-техническим средствам системы охраны периметра, при реализации которых возможно ее эффективное противостояние [21].

Под моделью нарушителя понимается уровень физической подготовленности нарушителя; знания, которые дают возможность оценить степень способности и заинтересованности нарушителя в преодолении охраняемой зоны периметра [21, 22].

Для любого объекта можно выделить классы нарушителей, действия которых наиболее вероятны для данного объекта. Для каждого класса нарушителей характерны свои способы действий, цели, задачи и тому подобное, а соответственно, методы противодействия [22].

Выделим несколько основных характеристик, которые позволят описать основные группы нарушителей [23]:

         мотивы;

         цели;

         финансовое обеспечение;

         наличие и уровень профессиональной подготовки нарушителей;

         техническое обеспечение;

         наличие и качество предварительной подготовки преступления;

         наличие и уровень внедрения нарушителей на объект.

Основные мотивы деятельности нарушителей [23]:

         желание приобрести материальные ценности;

         конкурентная борьба;

         сведение личных счетов;

         политические мотивы;

         религиозные мотивы;

         любопытство;

         ошибка;

         неосознанные, немотивированные действия под влиянием алкоголя, или других наркотических веществ.

Цели нарушителей при совершении конкретных преступлений [23]:

         кража материальных ценностей;

         кража информации;

         уничтожение материальных ценностей;

         уничтожение информации;

         создание помех функционированию объекта (вплоть до полного прекращения функционирования объекта);

         ухудшение условий жизнедеятельности людей;

         физическое уничтожение людей.

Среди целей нарушителей конкретно касающихся противоправных действий нарушителя по отношению к складскому помещению можно выделить кражу и уничтожение информации, создание помех функционированию объекта.

Классификация нарушителей [16, 22, 24]:

класс - случайный нарушитель. Он не имеет преступных намерений, не знает оборудования, не применяет подручных средств для проникновения, не пользуется специальными приемами преодоления зоны обнаружения.

класс - преступник-дилетант. Такой нарушитель решается на преступление при появлении благоприятного момента. Он не знает оборудования периметральной охранной сигнализации, может применять подручные средства для проникновения, будет осторожен при проникновении.

класс - подготовленный нарушитель. Он может выявить и определить по внешнему виду тип оборудования, знает принципы работы и форму зон обнаружения. Он может найти и использовать характерные для данного оборудования уязвимые места, может применить подручные средств для проникновения и обхода предполагаемой зоны обнаружения, может умышленно вызывать ложные срабатывания, при наличии доступа способен подручными средствами вывести из строя оборудование.

класс - нарушитель с профессиональными знаниями в области охранной сигнализации. Заранее изучает пути проникновения и готовится к нему. Он в совершенстве знает оборудование и его уязвимые места. Определяет и использует уязвимые места, применяет специальные методы, средства и приспособления для проникновения, может создать противодействие, нейтрализовать или вывести из строя оборудование, может замаскировать проникновение под ложное срабатывание.

класс - профессиональная преступная организация. Такая организация может иметь в своем распоряжении необходимые финансовые, людские и технические ресурсы для подготовки скрытого вторжения на охраняемый объект. Она может провести детальное изучение объекта, разработать и реализовать проекты нейтрализации оборудования.

Из приведенных выше классификаций нарушителей можно выделить 1-й, 2-й и 3-й, 4-й классы нарушителей, действия которых наиболее вероятны для выбранного объекта охраны периметра, которым является территория складского помещения.

радиоволновый периметральный безопасность угроза

3.      Алгоритм обработки информации в приемном блоке

Принцип действия радиоволновой системы основан на регистрации и анализе волн, излучаемых передатчиком на приемник. Если нарушитель в зоне обнаружения отсутствует, амплитуда радиоимпульсов изменяется только под влиянием условий распространения радиоволн (дождь, снег, колебания травы, ветвей кроны деревьев и так далее). Эти изменения представляют собой шумовую помеху приема. Передвигающийся в зоне обнаружения нарушитель вызывает модуляцию СВЧ-сигнала, глубина и форма которой зависят от роста и массы тела нарушителя, скорости движения, места пересечения участка, рельефа. Изменения параметров модуляции сигнала обрабатываются микропроцессором. Он анализирует амплитудные и временные характеристики принятого сигнала и в случае их соответствия критериям, заложенным в алгоритме обработки для модели нарушителя, формирует извещение о тревоге [5, 6, 8, 9, 10, 11, 12].

Нет средств, работоспособность которых не зависит ни от каких помеховых факторов.

Необходимо учитывать, что воздействие большинства помех носит вероятностный характер. Конкретное событие для данного объекта может происходить раз в год, или раз в минуту. К примеру, если средство будет реагировать на проезд автомобиля раз в месяц, то с этим можно смириться; если помехи происходят днем, когда средство снято с охраны и отсутствуют вечером и ночью, то ими можно пренебречь [10].

Система обработки должна наилучшим образом выделять необходимую информацию о цели из смеси сигнала, шумов и помех. Понятие «наилучшим образом» определяет качество выходной информации, а понятие «необходимая информация» - ее количество.

Большинство задач обнаружения сигналов решается методами статистической теории решений, которая является разделом математической статистики. Эти методы позволяют анализировать напряжение на выходе приемника, полученное на определенном интервале наблюдения. В результате анализа принимается решение о наличии или отсутствии сигнала от цели в составе этого напряжения. Из-за статистической природы анализируемого напряжения, принятое решение имеет ту или иную степень достоверности.

Для получения такого решения необходимо выполнить два условия.

Во-первых, должна быть известна некоторая предварительная (априорная) информация о составе выходного напряжения приемника. В качестве априорной информации используются, например, известные функции распределения напряжения шума W0(u) и напряжения суммы сигнала и шума W1(u).

Во-вторых, обработка выходного напряжения и принятие решения о наличии или отсутствии цели должны быть выполнены по определенному правилу. Применение этого правила должно максимально увеличить объем полученной (апостериорной) информации о составе выходного напряжения. Рассмотрим процесс получения такого правила.

При бинарном обнаружении цели имеется две группы событий.

В первую группу входят два события, которые отражают фактическую ситуацию в зоне обнаружения: «цель есть» (событие А1) и «цели нет» (событие А0). Каждое из этих событий имеет свою вероятность появления: Р(А1) и Р(А0). Эти события составляют полную группу, поскольку P(A1)+P(A0)=l и несовместимы, поскольку в данный момент времени может происходить только одно из них.

В процессе наблюдения в каждой зоне обнаружения будет иметь место одно из событий первой группы и одно из событий второй группы. В результате в каждой зоне возникнет один из четырех вариантов одновременного наступления двух зависимых событий. Два из этих вариантов дадут безошибочное решение: А1 и A'1 - правильное обнаружение цели и А0 и А'0 - правильное необнаружение цели. И два варианта дадут ошибочные решения: А1 и А'0 - пропуск цели и А0 и A'1 - ложная тревога. Ошибочные варианты появятся благодаря статистическому (шумовому) характеру выходного напряжения приемника, не позволяющему получать полностью достоверную информацию.

Известно, что вероятность одновременного наступления двух совместимых и зависимых событий Р(Аn+А'k) определяется по правилу умножения вероятностей. Она равна произведению вероятности одного из этих событий Р(Аn) на условную вероятность появления второго, вычисленную в предположении, что первое событие совершилось Р(А'k/Аn) [25]:

.                                (3.1)

Условная вероятность ложной тревоги (при условии, что сигнала нет), то есть вероятность того, что напряжение шума u(t) превысит некоторое пороговое значение u0 будет равна [25]:

.                          (3.2)

Тогда вероятность ложной тревоги:

.         (3.3)

Условная вероятность пропуска сигнала (при условии, что сигнал есть), то есть вероятность того, что напряжение суммы сигнала и шума не превысит уровень u0 будет равна [25]:

.                          (3.4)

Тогда вероятность пропуска сигнала:

.                  (3.5)

События (A0+A'1) и (A1+A'0) несовместимы. Тогда вероятность принятия одного из двух ошибочных решений в соответствии с правилом сложения вероятностей будет равна [25]:

 (3.6)

Если изменить пределы интегралов, то это выражение можно представить также в следующем виде:

.

Вероятность принятия правильного решения будет равна:

 (3.7)

Для отыскания оптимального уровня порога u0 необходимо определить его значение, при котором вероятность правильного решения будет максимальна. Для этого вычислим производную:

.                              (3.8)

и приравняем ее нулю.

В результате получим:  или

.                                (3.9)

При P(A0)=P(A1)=0,5 оптимальный уровень порога определяется точкой пересечения функций распределения W0(u) и W1(u). Для принятия решения о наличии цели необходимо, чтобы:

.

При обратном неравенстве принимается решение об отсутствии цели.

Это неравенство справедливо для значения напряжения шума или смеси сигнала и шума в один момент времени и поэтому в него входят одномерные функции распределения W0 и W1. Его можно распространить на случай, когда решение принимается по n отсчетам этого напряжения, полученным в интервале наблюдения. Отсчеты могут быть взяты либо по ансамблю реализаций в один момент времени либо из одной реализации в разные моменты времени [26]:

.                           (3.10)

В этом случае функции распределения W0 и W1 становятся многомерными.

Полученный статистический критерий является наиболее простым. Он называется критерием идеального наблюдателя. Его основной недостаток - отсутствие на практике априорных вероятностей наличия P(A1) или отсутствия Р(А0) цели в зоне обнаружения. Кроме того, критерий идеального наблюдателя не учитывает последствий ошибочных решений.

Для устранения этого недостатка в уравнение для оценки вероятности ошибочного решения вводятся весовые коэффициенты В и С, характеризующие потери, связанные с ложной тревогой и пропуском цели: Р[(А0+А'1) или (A1+A'0)] = B.P(A0+A'1)+C.P(A1+A'0). В этом случае для принятия решения о наличии цели необходимо выполнение неравенства:

Этот статистический критерий называется критерием минимального риска. Его использование затруднено на практике не только отсутствием априорных вероятностей P(A1) и Р(А0), но и отсутствием априорных оценок важности весовых коэффициентов В и С. Этот критерий, также как и критерий идеального наблюдателя относится к так называемым байесовским критериям.

Еще одним распространенным критерием является критерий максимального правдоподобия.

Приведенная выше функция распределения n случайных значений напряжения на выходе приемника W(u1, u2, u3,...un) называется функцией правдоподобия. Существует метод максимального правдоподобия, который позволяет находить максимум этой функции. Для этого производная функции правдоподобия по искомому сигналу приравнивается нулю. Решение полученного уравнения позволяет найти максимально правдоподобную оценку значения сигнала. Так, например, если случайные напряжения на выходе приемника u1, u2, u3,...un распределены по нормальному закону, то эта оценка совпадает с их средним значением. Метод позволяет получить оценки с наименьшим (относительно других методов) значением дисперсии. Такие оценки называются эффективными. Таким образом, критерием оптимальности процедуры, осуществляемой по методу максимального правдоподобия, является эффективность оценки. При использовании критерия максимального правдоподобия решение о наличии сигнала принимается в том случае, когда функция правдоподобия W1 превосходит функцию правдоподобия W0:

.

Как уже указывалось выше, некоторые априорные вероятности, необходимые для принятия решения о наличии цели, на практике обычно неизвестны. Поэтому наиболее широко используется еще один критерий, не зависящий от этих вероятностей. Это критерий Неймана-Пирсона, который обеспечивает максимальную вероятность правильного обнаружения P(A1+A'1) (в дальнейшем обозначается D) при заданной вероятности ложной тревоги P(A0+A'1) (в дальнейшем обозначается F). В соответствии с этим критерием величина порога u0 в правой части отношения правдоподобия выбирается из заданной условной вероятности ложной тревоги:

.                                (3.11)

Таким образом, решение задачи обнаружения цели в большинстве случаев сводится к вычислению отношения [26]:

,                                (3.12)

которое называется отношением правдоподобия. Решение о наличии цели принимается в том случае, когда это отношение превосходит некоторый фиксированный уровень u0, установленный заранее в зависимости от принятого критерия.

Традиционные методы оптимального обнаружения сигналов тревог используют в качестве априорной информации функцию распределения вероятностей напряжения шума на выходе приемника. Этот шум обычно аппроксимируется, так называемым, «белым шумом», имеющим равномерную спектральную плотность мощности N0 Вт/Гц в полосе частот приемника ∆f и нормальную функцию распределения напряжения во времени [25]:

.                                      (3.13)

Эта функция распределения имеет нулевое среднее значение и дисперсию
σ2 = N0-∆f. Отсчеты напряжения шума, отстоящие друг от друга на интервал
∆t = 1/2∆f являются статистически независимыми. Тогда функция правдоподобия для N отсчетов напряжения шума является произведением N сомножителей:

.         (3.14)

Функция распределения суммы сигнала и шума зависит от структуры сигнала. Для понимания общих закономерностей оптимальной обработки в традиционной теории обычно используется гипотетический сигнал, параметры которого полностью известны за исключением времени его прихода. В этом случае функция распределения суммы сигнала и шума отличается от функции распределения шума только тем, что среднее значение этой суммы отлично от нуля и равно амплитуде сигнала s:

.                         (3.15)

Функция правдоподобия суммы сигнала и шума будет равна:

.(3.16)

Тогда отношение правдоподобия для полностью известного сигнала будет равно [26]:

.

Учитывая, что σ2 = N0.∆f, а ∆t = 1/2∆f можем записать: 1/σ2 = 2.∆t/N0. Тогда:

.

Далее в традиционной теории обычно производится переход к пределу при . Однако следует помнить, что при этом , а, следовательно, и , то есть мощность шума становится бесконечно большой. Тем не менее, такая модель используется. Это позволяет перейти от суммирования к интегрированию на отрезке времени от 0 до Т, где располагаются n случайных значений напряжения на выходе приемника u1, u2, u3,...un:

.

Чтобы избавиться от экспоненты в этом выражении и упростить структурную схему оптимального приемника вместо величины Λ вычисляют ее логарифм [26]:

.                   (3.17)

Второе слагаемое является отношением энергии сигнала к спектральной плотности мощности шума и не зависит от выходного напряжения приемника u(t). Для известного сигнала и заданной плотности мощности шума это слагаемое является постоянной величиной, которая может быть учтена при выборе порога u0 (или включена в его состав). Таким образом, для получения оптимального алгоритма обнаружения цели необходимо вычислить интеграл:

                                    (3.18)

и сравнить полученную величину с порогом.

На практике принимаются меры по стабилизации уровня порога (стабилизации уровня ложных тревог). С этой целью напряжения шума и опорного сигнала нормируются, то есть делятся на  и  соответственно. При этом значение порога u0 будет оставаться постоянным. Однако для сохранения заданной вероятности правильного обнаружения отношение сигнал-шум все равно необходимо увеличивать.

В общем случае дисперсия напряжения шума на выходе коррелятора зависит также от времени интегрирования Т. Однако, при согласовании полосы приемника с длительностью интегрируемого сигнала эта зависимость отсутствует.

Вероятность ложной тревоги равна [25]:

,                                      (3.19)

а вероятность правильного обнаружения:

.                           (3.20)

Используя интеграл вероятностей [25]:

,                             (3.21)

можно переписать:

.                 (3.22)

Рассмотрим общий случай критерия: если сигнал от цели отсутствует и число совпадений отсчетов порогового напряжения i в k периодах повторения импульсов равно , то вероятность ложной тревоги на выходе схемы критерийной обработки будет равна:

,                                    (3.23)

где  - число сочетаний из k по i;

 - вероятность ложных тревог в одном периоде повторения. При наличии сигнала от цели и в аналогичных условиях вероятность правильного обнаружения будет равна:

,                                  (3.24)

где  - вероятность правильного обнаружения в одном периоде наблюдения.

Качество информации зависит от алгоритма обработки. Этот алгоритм устанавливает порядок анализа смеси сигнала, шума и помехи и определяет правило для принятия решения после получения результатов анализа. Алгоритм обработки информации в приемном блоке определенный с помощью статистического критерия, который позволил убедиться, что этот алгоритм является эффективным, это означает, что информация выделяется наилучшим образом, и ее искажения при обработке сведены к минимуму.

В настоящее время основными требованиями к системам защиты и охраны периметра являются улучшение качественных показателей по обнаружению нарушений. Периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя, но в то же время система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний. Вероятность правильного обнаружения, возможно, увеличить, применив методы статистической теории решений, которые позволяют уменьшить вероятность ложных тревог. Статистические методы позволяют анализировать напряжение на выходе приемника, полученное на определенном интервале наблюдения. В результате анализа принимается решение о наличии или отсутствии сигнала обнаружения нарушителя на охраняемой территории.

4.      Оценка применения комплекса системы защиты и охраны периметра с точки зрения рисков обнаружения нарушителя

В настоящее время основными требованиями к системам защиты и охраны периметра являются: улучшение качественных показателей по обнаружению нарушений. Периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя, но в то же время система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний [27]. Необходимо решить такие задачи, как риски при использовании комплекса системы охраны периметра здания, провести расчет степени риска и показателя эффективности работы системы охраны периметра в целом.

Степень риска - это вероятностная величина, характеризующая возможность невыполнения системой защиты объекта одной из своих целевых функций с учетом опасных воздействий, в нашем случае это проникновение нарушителя на объект. Обратная величина степени риска характеризует эффективность системы защиты объекта, это величина, характеризующая степень достижения системой стоящих перед ней задач [28, 29, 30].

Оценку степени риска проведем на основе использования логико-вероятностного моделирования (основу логико-вероятностного метода составляют операции над функциями булевой алгебры) в задачах оценки применения комплекса систем защиты и охраны объекта [29, 30]. Оценку риска проведем на основе анализа конкретного объекта.

Рассмотрим в качестве объекта складское помещение: здание, расположенное в черте города. Общая длина периметра - 300 м. Система защиты и охраны объекта состоит из:

         внешнего ограждения периметра (железобетонный забор на основе металлической сварной сетки);

         радиоволной системы охраны периметра (выполнена в виде 2-х коаксиальных кабелей диаметром 8,5 мм; кабели устанавливаются в грунт параллельно друг другу на расстоянии 2 м, на глубине 0,2 м, и на расстоянии 1,5 м от внешнего ограждения; система работает в диапазоне частот
40 - 41 МГц) [27, 30];

         система видеонаблюдения;

         контрольно-пропускного пункта, оборудованного тамбур-шлюзами с идентификацией работников по картам с ПИН-кодом.

Выбранная модель периметровой защиты объекта [29, 30] не соответствует выбранному объекту и вероятность инициирующих событий Р(zi) должна быть изменена. Примем для склада степень риска системы не превышающую 0,004 и показатель эффективности должен составлять не менее 0,996.

. Используя экспертные оценки, получим следующие значения вероятности инициирующих событий, в нашем случае это вероятности скрытного преодоления нарушителя на охраняемую территорию различными способами Р(zi): Р(z1)=0,1; Р(z2)=0,05; Р(z3)=0,0025; Р(z4)=0,002. В таблице 4.1 приведены исходные данные для оценки риска.

Таблица 4.1 - Исходные данные для оценки риска системы

Проведем сравнительный анализ следующих вариантов схем маршрутов защиты и охраны периметра:- внешнее ограждение периметра;- внешнее ограждение периметра и система видеонаблюдения;- контрольно - пропускной пункт;- внешнее ограждение периметра, система видеонаблюдения и радиоволновая система.

. Представим функцию опасности системы в дизъюнктивной нормальной форме для каждого вида защиты и охраны периметра y(zi): yI(z1)=z1, из которого виден кратчайший путь опасного функционирования (КПОФ): КПОФ=z1; yII(z1z2)=z1z2, КПОФ=z1z2; yIII(z3)=z3; КПОФ=z3; yIV(z1z2z4)=(z1z2)vz4; КПОФ1=z1z2; КПОФ2=z4.

Инвертируя по правилу де Моргана, получим функцию безопасности системы, функция безопасности представляет собой конъюнкцию минимальных сечений предотвращения опасности (МСПО) [29]:

                                          (4.1)

где  - МСПО.

3. Приведем функцию опасности к стандартному виду и преобразуем ее в вероятностную функцию, инвертируя y(zi) [29] получаем:

                                      (4.2)

Перейдем к вероятностной функции Р{y(z1..zm)=1}, заменив zi на Ri, а zi’ - на Qi=1-Ri [29].

. Вычислим значение степени риска , присутствующего в системе и показатель эффективности системы  по формулам [29]:

 ,                                 (4.3)

]                                            (4.4)

Результаты расчетов приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Результаты оценки степени риска и показателя эффективности системы

Проведенный сравнительный анализ вариантов схем маршрутов защиты и охраны периметра показывает, что в случае использования для охраны периметра только внешнего ограждения периметра показатель эффективности системы составляет 9 %. Показатель эффективности системы увеличивается на 56 % при использовании для охраны периметра внешнего ограждения и системы видеонаблюдения.

Если рассматривать применение контрольно-пропускного пункта для лиц, которые непосредственно проходят через него, то показатель эффективности составляет 99,5 %. Однако, применение одного контрольно - пропускного пункта в отношении лиц, попавших на охраняемую территорию и обошедших какими-либо способами контрольно - пропускной пункт может значительно уменьшить показатель эффективности системы охраны периметра.

В целом периметральные охранные системы эффективны при использовании их в комплексе с другими видами охранной сигнализации, таких как внешнее ограждение, системы видеонаблюдения, контрольно - пропускной пункт и другие. Рассмотрены несколько маршрутов защиты и охраны периметра, это : 1 - существует только внешнее ограждение; 2 - внешнее ограждение периметра и система видеонаблюдения; 3 - контрольно - пропускной пункт; 4 - внешнее ограждение, система видеонаблюдения и радиоволновая система. Таким образом, возможно, получить показатель эффективности системы 99,8 % при использовании комплекса защиты охраны периметра, в который входят применение внешнего ограждения, система видеонаблюдения и радиоволновая система охраны периметра здания, в том числе и в отношении охраны периметра складского помещения.

5.      Экспериментальные исследования элементов радиоволновой системы

В настоящее время существуют источники, упоминающие радиоволновые системы, из которых известно, что радиоволновые системы встречаются в виде извещателей, пары излучающих кабелей, принцип действия радиоволновых систем.

Информации о принципе действия радиоволновой системы недостаточно, поэтому целью экспериментальной части является проведение исследования чувствительности модели радиоволновой системы, определение условий работы системы. Сведения о результатах таких исследований отсутствуют.

5.1    Описание лабораторного макета

Исследуемый макет (рисунок 5.1) представляет собой систему, состоящую из генератора высокочастотных сигналов, 2-х коаксиальных кабелей длиной 2 м, вольтметра и осциллографа.

1 - линия (коаксиальный кабель);

- щель;

- нагрузка 75 Ом на 1 Вт.

Рисунок 5.1 - Схема измерения чувствительности элементов радиоволновой системы

.1.1   Измерительные приборы

В Алматинском университете энергетики и связи имеется значительное количество измерительного оборудования, которое может быть использовано при проведении экспериментальных работ. К этим приборам относятся генератор Г4-102, милливольтметр В3-38, осциллограф С1-93, анализатор спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300, осциллограф С1-114/1. Технические параметры этих приборов приведены в приложении А.

5.1.1.1        Генератор Г4-102

Генератор сигналов высокочастотный Г4-102 предназначен для регулировки, проверки и исследования параметров радиоприемных и
антенно - фидерных устройств. Диапазон частот составляет от 0,1 до 50 МГц, напряжение внешнего моделирующего сигнала - до 1 В.

5.1.1.2        Милливольтметр В3-38

В милливольтметре В3-38 имеется детектор среднего значения, шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Прибор удобен для измерения затуханий и частотных характеристик. В3-38 применяется в лабораторных и производственных условиях при разработке и наладке радиотехнической аппаратуры, аппаратуры связи, различных усилителей переменного тока, аппаратуры звуковой записи и воспроизведения, установок ультразвука и тому подобное. Диапазон частот от 20 Гц до 5 МГц.

5.1.1.3        Осциллограф С1-93

Осциллограф С1-93 предназначен для визуального наблюдения и измерения амплитудных и временных параметров периодических электрических сигналов. Наличие двух каналов вертикального отклонения обеспечивает одновременное исследование двух сигналов на одной развертке. Полоса пропускания от 0 до 15 МГц.

.1.1.4 Анализатор спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300

Анализатор спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300 обеспечивает все функции, необходимые для проведения точных измерений уровня и частоты радиосигналов.

Важнейшими особенностями анализатора являются:

         высококачественное исполнение прибора;

         обеспечение разрешения в диапазоне от 200 Гц до 1 МГц;

         измерение частоты с разрешением в 1 Гц;

         обеспечение максимального уровня входного сигнала +33 дБм по мощности.

5.1.1.5        Осциллограф С1-114/1

Осциллограф С1-114/1 универсальный осциллограф предназначен для исследования формы периодических электрических сигналов в диапазоне частот от 0 до 50 МГц. Габаритные размеры корпуса 340х200х450 мм,
массу 12,5 кг. По своим функциональным возможностям, альтернативой прибору может быть осциллограф С1-127.

5.1.2 Кабель коаксиальный типа RG 6/U

Кабель коаксиальный типа RG 6/U предназначен для передачи высокочастотных сигналов.

Технические характеристики кабеля [31]:

         внутренний проводник диаметр, мм: 0,72;

         полиэтилен изоляция диаметр, мм: 4,7;

         минимальный радиус изгиба кабеля, мм: 40;

         пределы рабочей температуры, °С: от - 35 до +80;

         внешний диаметр кабеля, мм: 8,84.

Электрические характеристики кабеля RG 6/U [31]:

         импенданс (Ом): 75±3;

         диапазон рабочих частот f(max), ГГц: 3;

         скорость распространения сигнала, v/c: 0,66;

         затухание при 20 °С (дБ/100 м): 100 МГц: 8,8;

МГц: 13,5;

МГц: 21,0;

МГц: 27,5;

         электрическая емкость пФ/м: 67;

         сопротивление изоляции, МОм х км: 105;

         сопротивление шлейфа (Ом/км): 110;

         максимальное рабочее напряжение, кВ: 2,8;

         электрическая прочность при 50 Гц кВэфф: 7,0.

Кабель RG-6U - Подробное описание [31]:

         центральный проводник: 1,0 мм/сталь-медь;

         диэлектрик (физически вспененный полиэтилен): 4,8 мм/;

         оплетка: 4,75 мм медь;

         внешняя оболочка - поливинилхлорид: 6,8 мм;

         волновое сопротивление: 75 Ом;

         минимальный радиус изгиба: 70 мм.

5.2    Основные положения проведения эксперимента

Для того, чтобы передача сигнала по коаксиальной линии от источника до нагрузки осуществлялась с наибольшей эффективностью, необходимо, чтобы в кабеле был реализован режим бегущей волны. При этом отражения высокочастотной энергии от нагрузки минимальны. Коаксиальный кабель имеет волновое сопротивление 75 Ом [31].

В связи с тем, что внутренний диаметр оплетки кабеля равен диаметру полиэтиленовой изоляции, волновое сопротивление кабеля можно определить с достаточной степенью точности, вычислив после измерения отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Если это отношение находится в пределах от 6,5 до 6,9, то кабель имеет волновое сопротивление Ом [31].

Если коаксиальную пару расположить так, чтобы ее ось совпадала с осью z, то электромагнитное поле вследствие цилиндрической симметрии не будет зависеть от координаты. Кроме того, по физическим соображениям будет отсутствовать составляющая Нz-напряженность магнитного поля по оси z. Также отсутствуют тангенциальная составляющая напряженности электрического поля Е, и радиальная составляющая напряженности магнитного поля Нr [32].

Таким образом, применительно к коаксиальной паре идеальной конструкции действуют лишь три составляющие электромагнитного поля: Еr, Еz, Н. В результате электромагнитное поле коаксиальной пары определится следующими уравнениями [31, 32]:

                      (5.1)

В этих уравнениях составляющие напряженности электромагнитного поля зависят от двух переменных: r и z. Напряженность магнитного поля коаксиальной пары содержит только одну составляющую Hφ. Это означает, что линии магнитной индукции располагаются концентрически вокруг оси z.

Электрическое поле характеризуется двумя составляющими: радиальной Еr и продольной Еz. Радиальная составляющая oбуслaвливается наличием тока смещения в диэлектрике Iсм и совпадает по направлению с вектором плотности последнего. Продольная составляющая Еz характеризует ток проводимости Iпp в проводниках, направленных вдоль кабеля [31, 33].

Еz - продольная составляющая электрического поля;

Еr - радиальная составляющая электрического поля;

Hφ - составляющая напряженности магнитного поля коаксиальной пары.

Рисунок 5.2 - Составляющие электромагнитного поля коаксиальной цепи

Для изучения явлений, происходящих в коаксиальной паре, необходимо рассмотреть два процесса: распространение энергии вдоль пары и поглощение ее проводниками (внутренним и внешним). В первом случае энергия направлена вдоль оси z, а во втором - внутрь проводников по составляющей r. Оба процесса оцениваются и характеризуются с помощью теоремы Умова - Пойнтинга [31]. В приложении Б представлен текст программы на языке программирования Delphi 7.0.

5.3    Методики проведения эксперимента

Сведений о проведении экспериментальных исследований чувствительности радиоволновой системы в литературе отсутствуют. Проведено семь экспериментов.

5.3.1 Эксперимент № 1

Для проведения эксперимента сделаны щели в кабеле, две продольные щели размером 1х1,5 см, расположены на равных расстояниях друг от друга. Генератор Г4-102 работал на частоте 40 МГц.

В процессе эксперимента подключили один кабель к генератору и милливольтметру В3-38, чтобы проверить, целостность кабелей и возможности измерительных приборов. В результате эксперимента не удалось зафиксировать сигнала милливольтметром.

5.3.2 Эксперимент № 2

Дополнительно сделали еще одну щель - всего 3 щели по периметру кабеля на равных друг от друга расстояниях. Один кабель подключили напрямую к генератору и осциллографу С1-93, осциллограф зафиксировал сигнал. Подключили параллельно второй кабель, нагрузив оба кабеля заранее приготовленной нагрузкой сопротивлением 75 Ом на 1 Вт. При включении и выключении осциллографа были заметны скачки, что говорит о том, что небольшая амплитуда сигнала. В данном случае необходим более высокочастотный осциллограф - С1-114/1. При подключении двух параллельно кабелей не удалось зафиксировать сигнала осциллографом С1-93.

5.3.3 Эксперимент № 3

Увеличили число щелей - всего 7 щелей (длина щелей 1,5 см) по периметру (круговые) на расстоянии друг от друга - 0,25 м. Подключили один кабель на прямую, один конец линии к генератору, а другой конец линии к осциллографу С1-114/1, зафиксировать сигнал не удалось. Воспользовавшись в лаборатории Б-203 индикаторной антенной, поднеся антенну к щели, для того, чтобы убедиться, что щель излучает, удалось увидеть отклонение стрелки миллиамперметра на одно деление.

5.3.4 Эксперимент № 4

Подключили один кабель к анализатору спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300, проверив предварительно прием радиостанций на обычной штыревой антенне, убедившись в работе анализатора спектра, подключили кабель и проделали все то, же самое, что и со штыревой антенной, используя кабель как антенну на прием радиостанций. В результате получили сигнал чуть выше уровня шума, вызванный большим затуханием.

При приеме тех же радиостанций на обычной штыревой антенне сигнал был выше на 35 дБ - 40 дБ. Щели практически не принимают сигнал радиостанций.

5.3.5 Эксперимент № 5

Подключили два кабеля расположенных параллельно друг к другу к генератору и осциллографу С1-114/1, нагрузив оба конца линии нагрузкой
75 Ом, при этом увеличив размер щелей, таким образом, что щели расположенные от генератора к осциллографу были увеличены по длине (длина щелей: 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,5; 5,0 см). Воспользовавшись в лаборатории Б-203 индикаторной антенной, поднеся антенну к щели, для того, чтобы убедиться, что щель излучает, удалось увидеть отклонение стрелки миллиамперметра на два деления. Получили на осциллографе сигнал, проделали эксперимент, в несколько этапов изменяя при этом расстояние между параллельно расположенными кабелями от 0,1 м до 2 м с шагом 0,1 м.

В таблице 5.1 приведены полученные результаты, проведенного эксперимента.

Характеристики эксперимента № 5.1:

Аудитория - Б-203; дата и время проведения - 23.05.2013 г., 12:30;
погода - солнечно, осадков не было; температура - 25 0С.

Характеристики эксперимента № 5.2:

Аудитория - Б-203; дата и время проведения - 24.05.2013 г., 16:00;
погода - пасмурно, температура составляла примерно - 24 0С.

Таблица 5.1 - Результаты эксперимента № 5

На рисунках 5.3 - 5.4 приведена зависимость амплитуды сигнала от расстояний между кабелями. Эксперимент был проведен дважды в разное время суток, погоде, температуре. На рисунках представлены отклонения характеристик полученных в результате проведения эксперимента.

Рисунок 5.3 - Зависимость амплитуды сигнала от расстояний между кабелями

Рисунок 5.4 - Зависимость амплитуды сигнала от расстояний между кабелями

.3.5.1 Анализ вероятности и оценка погрешности использования результатов эксперимента № 5.1 - 5.2

На рисунках 5.3 - 5.4 имеются два характерных участка, которые отличаются изменением амплитуды.

Амплитуда принятого сигнала этих участков уменьшается с увеличением расстояния между кабелями. На первом участке (10 - 100 см) характеристики отсутствует информация о появлении модели нарушителя, характеристики имеют низкую, нулевую чувствительность.

На промежутке характеристики от 0,7 м до 0,9 м заметный скачок, который мог возникнуть из-за резонансной частоты, с учетом изменения сопротивления всей системы.

На втором участке (110 - 200 см) наблюдается существенная чувствительность к появлению нарушителя. Амплитуда при появлении модели нарушителя уменьшается на 15 %.

Наиболее распространенным, в особенности в технической практике, является метод непосредственной оценки, при котором измеряемая величина оценивается непосредственно при помощи мер или измерительных приборов, по шкале которых определяется результат измерения. К подобным измерениям относятся измерения различных величин стрелочными приборами - амперметрами, вольтметрами, частотометрами и т.д. Точность этого метода ограничена точностью измерительных приборов [34].

Результат любого измерения всегда получается приближенным, то есть содержащим погрешность (ошибку) относительно истинного значения измеряемой величины.

Отсчет на глаз доли делений шкалы является одним из примеров случайных ошибок.

Если при повторных измерениях одной и той же величины получаются одинаковые числовые значения, то это не означает, что отсутствуют случайные погрешности, это указывает на то, что чувствительность использованной измерительной аппаратуры или примененного метода измерений недостаточно.

Устранение случайных погрешностей опытным путем невозможно. Однако их влияние на результаты измерений может быть оценено теоретически при помощи некоторых средних величин, если произвести ряд измерений и обработать этот ряд методами теории вероятностей и математической статистики. Подобную обработку результатов измерений производят при точных измерениях [34].

Величина случайных погрешностей определяет точность измерений, то есть степень достоверности полученного результата измерений: чем меньше случайные погрешности, тем точнее измерение.

Среднее арифметическое из результатов n отдельных измерений [34]:

                                                   (5.2)

где Аi - результат каждого отдельного измерения;

Отклонение результатов отдельных измерений Аi от среднего арифметического  [34]:

                                                   (5.3)

Алгебраическая сумма случайных отклонений отдельных измерений от среднего арифметического равна [34]:

                                          (5.4)

Сумма квадратов отклонений от среднего арифметического равна [34]:

                                        (5.5)

Величина средней квадратичной погрешности отдельного измерения σ определяется формулой [34]:

                       (5.6)

Наблюдаются периодические колебания, дисперсия (на участке от 100 до 150 см), которых составляет 0,4 и 0,45, когда в системе отсутствует модель нарушителя; 0,4 и 0,46 - присутствует модель нарушителя.

5.3.6 Эксперимент № 6

На рисунке 5.5 представлена схема проведения эксперимента № 6, где используется аттенюатор.

Аттенюатор - устройство, предназначенное для снижения уровня сигналов, обеспечивающее фиксированное или регулируемое затухание.

- линия (коаксиальный кабель);

- щель;

- нагрузка 75 Ом на 1 Вт;

- аттенюатор.

Рисунок 5.5 - Схема измерения амплитуды выходного сигнала вдоль линии передачи на каждом отдельном участке с щелью

Аттенюаторы используются в тех случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа какого-либо прибора чрезмерно мощным сигналом. Полезным побочным эффектом является то, что использование аттенюатора между линией и нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны <#"669416.files/image069.gif">

Рисунок 5.6 - Зависимость амплитуды выходного сигнала вдоль линии передачи на каждом отдельном участке линии с щелью

Из рисунка 5.6 видно, что при перемещении аттенюатора вдоль линии передачи на каждом отдельном участке с щелью, амплитуда выходного сигнала возрастает при увеличении длины щели от генератора к осциллографу.

5.3.7 Эксперимент № 7

В результате эксперимента № 7 было исследовано с помощью аттенюатора изменение амплитуды сигнала в зависимости от размера щели. Два кабеля расположили внутри аттенюатора, как показано на рисунке 5.5, при этом расстояние между кабелями составляло 1 см. Аттенюатор перемещали вдоль кабелей измеряя амплитуду сигнала на каждом отдельном участке с щелью. Количество щелей - 7, размеры щели увеличивали от 1,5 см до 5 см, с шагом 0,5 см. На рисунке 5.7 приведена характеристика зависимости амплитуды сигнала от размера щели. Таблица 5.3 содержит результаты проведения эксперимента № 7.

Характеристики эксперимента № 7:

Аудитория - Б-203; дата и время - 27.05.2013 г., 14:30; погода - солнечно, температура составляла - 25 0С.

Таблица 5.3 - Результаты эксперимента № 7