Глава 7 комбинированные средства обнаружения

7.1. Назначение, виды и способы комбинирования средств обнаружения.

Как было показано ранее, отдельное СО может решать задачу обнаружения человека-нарушителя или признаков его деятельности только в ограниченных зоной обнаружения пределах и только с харак­теристиками, оговоренными в нормативно-технической документации на СО. Часто для блокирования реальных участков и применительно к реальным нарушителям требуется использовать несколько СО, по­зволяющих перекрыть все вероятные пути движения нарушителя. На­пример, для случая простой модели нарушителя комната с дверью и окном может быть блокирована объемным СО (ИК, радиолучевым, акустическим и т.д.) или магнитоконтакгным СО на открывание вход­ной двери. Более высокие категории нарушителя, способные исполь­зовать ухищренные способы передвижения, маскировки или техниче­ские средства для обхода СО, требуют закрытия всех вероятных пу­тей движения такого нарушителя (окна - на открывание и разбивание, двери - на открывание и разрушение дверного полотна, объем поме­щения - на быстрое и медленное перемещение и отдельные особо важные предметы, находящиеся в помещении - на прикосновение, перемещение или вскрытие) - это основная цель комбинирования СО. Таким образом, первая задача комбинирования СО - это подбор для данного (выбранного) участка блокирования необходимой гаммы СО, позволяющих блокировать все вероятные пути и способы пере­мещения человека-нарушителя и допускающих при этом их совмест­ную работу. Если при этом зоны обнаружения отдельных СО не пере­крываются (т.е. нарушитель может пересечь только одну зону обна­ружения, например преодолеть заграждение подкопом), то в этом случае СО, как правило, включаются по схеме ИЛИ.

Вторая цель комбинирования СО - снижение вероятности ложных тревог (средней частоты ложных тревог), вызываемых флюктуационными помехами или, что то же самое, - увеличение среднего периода наработки на ложное срабатывание. При этом должна сохраняться (или обеспечиваться) заданная вероятность обнаружения нарушителя за счет использования нескольких СО (как правило, построенных на разных физических принципах действия), имеющих общую зону обнаружения и совпадающие характеристики объекта обнаружения. Это достигается за счет того, что в СО, рабо­тающих на разных физических принципах действия, флюктуационная помеха имеет разные источники и, соответственно, помеховые воздействия на СО являются либо некоррелированными, либо сла­бо коррелированными.

Третья цель комбинирования СО - снижение вероятности ложных тревог (средней частоты ложных тревог), вызываемых им­пульсными помехами или, что то же самое, - увеличение среднего периода наработки на ложное срабатывание. При этом должна со­храняться (или обеспечиваться) заданная вероятность обнаружения нарушителя за счет того, что различные импульсные помехи по раз­ному воздействуют на СО. Это позволяет существенно снизить уро­вень помех от порывов ветра, животных, транспорта, офисного и промышленного оборудования.

Таким образом, комбинированные СО предназначены для реализации названных трех целей.

Виды и способы комбинирования СО можно разделить на три большие группы:

• комбинирование на уровне логических сигналов (сигналов "Тревога” с выходов СО);

• комбинирование на уровне аналоговых сигналов, снимаемых со входов пороговых устройств СО;

• комбинирование на уровне оценок параметров человека- нарушителя (его высоты, длины шага, шаговой частоты, эффектив­ной массы, скорости движения и т. д.).

Если в алгоритме работы комбинированного СО предусмотре­но принятие более двух гипотез (отсутствие или наличие нарушите­ля в зоне обнаружения), СО называется распознающим (например, добавляется гипотеза о наличии в зоне обнаружения животного).

Кроме того, можно выделить две группы комбинирования СО:

• комбинирование в контуре СО; в этом случае комбинирован­ное СО поставляется в виде законченного изделия, реализующего тот или иной алгоритм совместной обработки сигналов нескольких СО;

• комбинирование различных СО в контуре комплекса техни­ческих средств охраны объекта; здесь осуществляется выбор типов СО, видов и способов совместной обработки сигналов и места ее проведения.

Рассмотрим комбинирование СО на уровне логических сигналов.

Наибольшее применение для повышения помехоустойчивости СО по патентно-информационным источникам находит схема логи­ческой обработки И. Известны устройства, содержащие радиолучевое и сейсмическое СО, радиолучевое и емкостное СО, сейсмиче­ское и ИК-пассивное СО. Общий сигнал тревоги формируется во всех случаях при появлении в течение заданного промежутка вре­мени сигналов тревоги с обоих СО. В устройстве в качестве чувстви­тельного элемента используется коаксиальный кабель, располагае­мый на местности в виде петли, при этом с центрального проводника кабеля снимается сигнал давления, с внешнего - сигнал изменения магнитного поля. Два отдельных блока обработки сигналов подклю­чены соответственно к центральному и внешнему проводникам ка­беля для формирования двух различных сигналов тревоги при про­ходе нарушителя с предметом, обладающим магнитным моментом. Общий сигнал тревоги возникает при срабатывании обоих блоков. В устройстве имеется один, выполненный конструктивно отдельно, чувствительный элемент, представляющий собой ферромагнитный сердечник (с магнитострикционными свойствами), поверх которого намотан изолирующий провод. Этот чувствительный элемент анало­гичен производимому в промышленных масштабах кабелю типа MILES, используемому при охране военных объектов США. При этом на чувствительном элементе возникает сигнал как от производимого на него давления и сейсмических колебаний грунта, так и от измене­ния напряженности внешнего магнитного поля. Сигналы от указан­ных трех типов воздействий выделяются и обрабатываются в трех каналах блока обработки. Общий сигнал тревоги формируется при появлении во всех трех каналах сигналов, характерных для воздей­ствий от нарушителя.

Кроме того, известен ряд модификаций схем логической обра­ботки для комбинированных средств обнаружения (КСО). Так, в неко­торых устройствах в нормальном состоянии включено лишь одно СО, по сигналу тревоги с которого включаются остальные СО, входящие в состав системы. Такой принцип организации КСО предназначен для снижения потребляемой мощности, схема же логической обработки сигналов тревоги с отдельных СО не меняется. В ряде устройств предлагается формировать общий сигнал тревоги при срабатывании любых (по крайней мере К) средств обнаружения (из общего их числа N) лишь при их срабатывании в определенной последовательности (схема логической обработки К из N с пересчетом). Поскольку требуе­мая последовательность срабатывания совпадает с последователь­ностью пересечения зон чувствительности различных СО нарушите­лем, такое решение позволяет добиться уменьшения частоты ложных тревог при сохранении вероятности обнаружения (по сравнению со схемой логической обработки К из N без пересчета). Однако приме­нимость данного метода ограничивается необходимостью наличия значительного количества СО (N>K>3).

Предложена также схема логической обработки К из N с при­оритетом, отличие которой от схемы логической обработки К из N состоит в том, что для формирования общего сигнала тревоги в чис­ло К (или более) сработавших СО должно обязательно входить одно (или несколько) заранее выделенных «приоритетных» СО. В общем случае область использования данного алгоритма также ограничи­вается (N>K>2) количеством применяемых СО.

Таким образом, обработка сигналов от нескольких СО произ­водится в настоящее время на уровне бинарных сигналов тревоги от отдельных СО с помощью схем логической обработки К из N (схема ИЛИ соответствует значению К=1, схема И соответствует значению K=N). Как правило, число СО на одном участке КСО составляет 3-5.

Построение высокоэффективных КСО связано с решением двух основных задач: выбор из множества различных типов СО тех, которые наиболее полно удовлетворяют предъявляемым к ним тре­бованиям (по вероятности обнаружения, частоте ложных тревог, маскируемости, энергопотреблению и др.), и выбор алгоритма обра­ботки сигналов, формируемых отдельными СО. Решение первой за­дачи проводилось ранее по частному показателю качества - поме­хоустойчивости, для чего рассматривалась степень воздействия различных помеховых факторов на тот или иной тип СО и выбира­лась комбинация с совпадением наименьшего числа наиболее ред­ких помеховых воздействий. Был проведен выбор типов СО по бо­лее сложным показателям качества, учитывающим до 14 различных характеристик СО, в результате чего выявлена перспективность ис­пользования в составе периметральных КСО следующих типов СО: магнитометрических, трибоэлектрических, емкостных, индуктивных, сейсмических, радиолучевых, радиолокационных и оптических.

При выборе СО необходимо учитывать их устойчивость к воз­действию (способность различать) следующих классов объектов:

• одиночного нарушителя (человека);

• группы нарушителей;

• транспорта;

• крупных животных;

• мелких животных.

При выборе (в качестве частного показателя эффективности) числа распознаваемых КСО объектов можно выделить ряд наиболее перспективных по данному показателю комбинаций СО различных типов.

Для КСО заградительного типа, в состав которых входят два СО различного типа, такими комбинациями являются: ИндСО и МСО, ИндСО и ИКСО, ECO и МСО, ТрЗСО и МСО. Однако следует отметить, что ни одна из этих комбинаций не в состоянии осуществить полное разделение всех классов объектов распознавания, что связано с высокой вероятностью возможности применения наруши­телем вблизи ограждения способа передвижения ползком. Среди КСО заградительного типа, состоящего из трех СО, способностью распознавать наибольшее число классов объектов обладают сле­дующие: ИндСО и МСО в комбинации либо с ИКСО, либо с ТрСО, либо с радиотехническими средствами обнаружения (РСО); ECO и МСО в комбинации с РСО либо с ТрСО; ТрЗСО и МСО в комбина­ции с РСО. При наличии у нарушителя предметов, обладающих маг­нитным моментом, эффективность указанных комбинаций обеспечи­вается во многом благодаря МСО. Для случая отсутствия у наруши­теля подобных предметов целесообразность применения МСО те­ряется и наиболее перспективными становятся комбинации: ИСО и ИКСО с РСО либо с ТрСО; ТрЗСО и ИКСО с РСО, ECO и ТрСО с ИКСО либо с РСО.

Аналогичный анализ для КСО незаградительного типа, в состав которых входят два различных СО, приводит к выявлению следующих комбинаций: МСО либо с ТрСО, либо с ИКСО, либо с РСО, либо с ССО (последняя - в случае отсутствия необходимости отличать мелких животных от крупных); ИКСО либо с ТрСО, либо с ССО, либо с РСО. Для случая трех СО незаградительного типа получены сле­дующие результаты: МСО и ИКСО в комбинации либо с ТрСО, либо с ССО, либо с РСО; ИКСО и РСО в комбинации с ТрСО либо с ССО.

При выборе всех перечисленных сочетаний для КСО загради­тельного и незаградительного типов, кроме данных по потенциаль­ным возможностям распознавания объектов различными СО, учиты­вались также данные по их помехоустойчивости таким образом, что­бы входящие в состав той или иной комбинации СО не имели корре­лированных помеховых воздействий. Более точный количественный учет может быть проведен на базе разработанных алгоритмов для отдельных СО путем моделирования и последующего макетирова­ния КСО в целом, что позволит выбрать из числа перечисленных КСО те, которые обладают наилучшей помехоустойчивостью.