- •Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.
- •Технические средства обеспечения авиационной безопасности и их эксплуатация
- •Тема 3. Системы охраны периметров аэропорта.
- •1. Классификация сейсмических средств обнаружения
- •2. Геофонные системы охраны периметров.
Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.
УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)
ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКА АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»
КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ОАБ
профессор В.М. Ильин
« » 2011г.
Доцент Вербицкий Ю А
ЛЕКЦИЯ
по учебной дисциплине
Технические средства обеспечения авиационной безопасности и их эксплуатация
Тема 3. Системы охраны периметров аэропорта.
Лекция 3.7. Сейсмические системы охраны периметров.
Обсуждена на заседании кафедры ОАБ
Протокол № от « « 2011г.
Ульяновск 2011
Введение.
Учебные вопросы.
1. Классификация сейсмических средств обнаружения.
2. Геофонные системы охраны периметров.
Заключение.
Литература.
Основная:
1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.
2.
Учебно-материальное обеспечение.
1. Наглядные пособия.
2. Технические средства обучения.
3. Приложения.
Введение.
Несмотря на широкую применимость, из всех пассивных физических принципов обнаружения потенциальные возможности сейсмического раскрыты в наименьшей степени. Это обусловлено его относительно сложной реализуемостью и отсутствием адекватных общеприменимых математических моделей сигналообразования ввиду наличия зависимости качества его функционирования от внешних условий — типа грунта, подстилающей поверхности, климатики (дождь, снег и пр.). Однако сейсмический принцип высоко информативен и позволяет решать широкий спектр задач обнаружения и распознавания объектов на больших расстояниях и площадях, чем другие пассивные физические принципы.
1. Классификация сейсмических средств обнаружения
Определения и терминология
Сейсмические средства обнаружения предназначены для обнаружения факта нарушения границы охраняемой территории на основе анализа сейсмических колебаний грунта, вызванных вторгшимся объектом (рис. 1).
Рис.1. Взаимодействие объекта обнаружения через среду с сейсмопреобразователем
Существует термин «вибросейсмические средства». Связано это с тем, что в вибрационных и сейсмических средствах зачастую используются одни и те же преобразователи физических величин в электрический сигнал. Например, виброчувствительный кабель, установленный на бетонном ограждении или в грунте, полностью определяет назначение средства — для обнаружения пролома (перелаза) или подкопа. Другой термин — «сейсмо-акустические средства» — обусловлен близостью физических процессов, происходящих при распространении акустических и сейсмических волн вдоль границы раздела двух сред с разной плотностью. Иногда употребляется термин «сейсмометрические средства обнаружения», происходящий из метрологии, когда речь ведется об измерении каких-либо параметров сейсмических сигналов.
Говоря о сложившейся терминологии, можно сделать вывод, что все определяется научно-технической школой, в которой сформировались разработчики средств как специалисты (сейсморазведка, акусто- и гидролокация, метрология, технические средства охраны).
Классификация и характеристики сейсмических средств обнаружения
Классификация сейсмических средств обнаружения в зависимости от решаемых задач, реализованных алгоритмов, применяемых сейсмопреобразователей (СП) и вариантов их установки представлена на рис. 2.
Рис.2. Общая классификация сейсмических средств обнаружения
Средства обнаружения могут решать задачи:
обнаружения нарушителей;
их классификации (например, по носимой угрозе);
измерения пеленга на обнаруженный объект;
сейсмолокации — определения координат объектов в зоне действия средств обнаружения.
Благодаря пространственно-временной фильтрации сигналов может производиться траекторный анализ действий нарушителей на охраняемой территории и последующее распознавание на основе траекторного анализа.
Основными характеристиками сейсмических средств обнаружения являются: вероятность обнаружения в заданном радиусе (дальности) действия, средняя наработка на ложную тревогу (вероятность ложной тревоги), вероятность правильной классификации обнаруженного источника воздействия, потребляемая мощность, длительность автономной работы и ряд других.
Контролируемая зона обнаружения может быть точечной (круговой) или распределенной вдоль линии или по площади. Последние могут формироваться посредством не только точечных (сосредоточенных) СП, но и благодаря преобразователям кабельного типа (медные, оптоволоконные, «жидкостные»). Сигналы от точечных СП могут передаваться индивидуально от каждого на схему обработки (по радио или проводному каналу), либо преобразователи могут объединяться в «сейсмокосы».
При индивидуальной передаче сигналов может быть реализована пространственно-временная обработка сигналов на основе пеленгации, локации и других методов, отслеживая «трек» объекта, его скорость, направление вторжения и т. д. В этом случае информативность сигналов очень высока, но недостатком является ее усложнение за счет увеличения кабельных коммуникаций или трафика радиоканала. Если же преобразователи объединяются в «сейсмокосы», то «индивидуальность» сигналов теряется и можно вести речь только об обнаружении или, максимум, о распознавании сигналов.
Для лучших мировых образцов радиус (дальность) обнаружения сейсмических средств обнаружения составляет до 100 м по человеку и до 500 м по автотранспорту при вероятности правильного обнаружения >0,95. Например, для магнитометрического средства обнаружения, обнаруживающего цели по возмущениям магнитного поля Земли, достоверная дальность обнаружения — приблизительно в 20 раз меньше.
Пеленгование целей достигается двумя способами: с использованием точечных или распределенных в пространстве преобразователей (3 и более точечных) (рис.3). Как показывает практика, при пеленговании источников сейсмических возмущений потенциально достижимая точность составляет ±2…5°. Точность зависит от типа грунта, состава неоднородностей и ухудшается с увеличением дальности до обнаруженного источника сейсмических возмущений.
Рис.3. Способы построения сейсмопеленгаторов
Сейсмолокация может осуществляться только распределенными системами на основе нескольких сейсмопеленгаторов
В настоящее время потенциально достижимая точность измерения координат может составлять ±0,5 м в условиях, близких к идеальным (однородный и «сейсмопроводящий» грунт) — на практике зависит от условий функционирования и расстояния до объекта обнаружения (цели).
Классификация объектов сейсмического воздействия может осуществляться либо на основе анализа временной структуры сейсмосигнала, принимаемого одним преобразователем, либо на основе анализа принимаемых сигналов с нескольких СП, пеленгаторов или сейсмолокаторов, т. е. за счет пространственно-временной обработки или траекторного анализа. Реально достижимая вероятность правильной классификации обнаруженных объектов для сейсмических средств обнаружения превышает 0,8; она зависит от «близости» в информационном пространстве используемых признаков объектов обнаружения и наиболее значимых источников помех, прямо (ветер, животные) или опосредованно (деревья) воздействующих на грунт — среду распространения сейсмических волн.
При преобразовании механических колебаний среды распространения волн в электрический сигнал могут использоваться: электродинамические преобразователи (рис.4), пьезопреобразователи (рис.5), микрофоны, проводные магнитометрические преобразователи (рис.6), наполненные антифризом шланги с датчиком давления (рис.7), кабельные чувствительные элементы (рис.8), оптоволоконные кабели и т. д.
Рис.4. Электродинамический преобразователь
Рис.5. Пьезопреобразователь
Рис.6. Преобразователь на основе токового контура в магнитном поле Земли
Рис.7. Гидродинамический преобразователь
Рис.8. Преобразователь на основе трибокабеля
В зависимости от конструкции и принципа преобразования различают СП абсолютных и относительных величин смещения грунта (рис.9). Преобразователи абсолютных величин делятся на велосиметры, акселерометры и виброметры.
Рис.9. Классификация сейсмопреобразователей
При любом построении сейсмического средства обнаружения сигналы могут обрабатываться на месте установки средства, на удаленном пункте и распределенно (первичные сигналы обрабатываются на месте, основные вычисления — на удаленном пункте). Решение об обнаружении может приниматься автоматически, полуавтоматически с участием оператора или оператором на слух. Соответственно техническая сложность реализации изделия (низкая, средняя, высокая) определяется информативностью средств обнаружения (его возможностями), степенью детализации информации на выходе, разрешающей способностью по времени и пространственным координатам, степенью участия оператора в работе системы.
По конструктивному исполнению преобразователь — чувствительный элемент средств обнаружения — может выполняться в едином корпусе с блоком обработки или раздельно от блока. Раздельное исполнение позволяет наилучшим образом обеспечить согласование среды с сейсмопреобразователем, но ухудшает некоторые эксплуатационные показатели изделия в целом. Совместное исполнение позволяет обеспечить оперативность установки, надежность конструкции, но уменьшает радиус и вероятность обнаружения ввиду ухудшения согласования со средой.
По виду установки средства обнаружения различают:
стационарные, использующие преимущественно «сейсмокосы» из геофонов или пьезоэлементов, либо кабельные СП;
временно устанавливаемые (передвижные и переносные комплекты).
Как правило, под временно устанавливаемыми сейсмическими средствами обнаружения подразумевают точечные, используемые для установки в районе дорог или троп, причем время установки занимает не более нескольких минут. Стационарные изделия могут питаться от промышленной сети ~220 В или от аккумуляторов. Временно устанавливаемые сейсмические средства обнаружения питаются от автономных источников и могут автономно функционировать от нескольких суток до нескольких месяцев (типично не менее 30 дней). Существуют изделия однократного и многократного применения.
В составе интегрированных систем безопасности, систем охраны объекта сейсмические средства обнаружения типично используются для:
раннего обнаружения попыток вторжения нарушителей на объект на подступах;
усиления блокируемого рубежа, оборудованного другими средствами обнаружения (обнаружение подкопов, попыток спрыгивания с ограждения, с подручных средств на охраняемую территорию).
Блокируются либо целые замкнутые периметры, либо отдельные угрожаемые направления. Главным достоинством сейсмических средств обнаружения является скрытность контролируемых рубежей, а также их высокая информативность при минимуме энергопотребления. К недостатку можно отнести невысокие показатели средней наработки на ложную тревогу, обусловленные сложностью условий функционирования в различных грунтах.
В настоящее время наблюдается рост интереса к сейсмическим средствам обнаружения в связи с открывшимися возможностями извлечения информации из сейсмосигналов за счет применения новой элементной базы, в том числе мощных микропроцессоров. Развивается так называемая «концепция сейсмических информационных полей», определяющая облик сейсмических средств обнаружения ближайшего будущего. Наиболее актуальными проблемами развития сейсмических средств обнаружения на современном этапе по-прежнему остаются две, которые, судя по всему, не решены ни за рубежом, ни в России:
обеспечение заданной помехоустойчивости функционирования изделий на фоне различных помех метеорологического, биологического и техногенного характера;
обеспечение автоматической адаптации средств в различных условиях применения (в разных грунтах и в разных природно-климатических условиях, при изменении погоды, промокании или промерзании грунта).
На отечественном рынке коммерчески доступны изделия КСМ и «Радиобарьер» в различных модификациях, в состав которых входят точечные сейсмические средства обнаружения. При этом обеспечивается радиус обнаружения одиночного человека в пределах 20-40 м, а транспортных средств >100 м, что уступает, но соизмеримо, характеристикам зарубежных аналогов.
Примером средств обнаружения с распределенным чувствительным элементом на основе пьезопреобразователей может быть «Годограф- СМ-С». Это изделие способно блокировать два фланга по 150 м при ширине зоны обнаружения 10-15 м и вероятности обнаружения >0,95.