Радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа

(51) 08 15/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ охраняемую зону, сформированную передающим и приемным устройством, установленными на фиксированном расстоянии от поверхности почвы,включающим обработку сигналов, формируемых нарушителем, перемещающимся в охраняемой зоне,выполняется последовательно для двух разных частот сигнала, а отношение частот выбирается таким образом,чтобы частоты сигнала обеспечивали размеры первых зон Френеля, в соответствии, с требуемыми границами зон перемещения на коленях или ползком. Предлагаемый радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа предоставляет возможность фиксации перемещения нарушителя в нескольких значимых фиксированных зонах по отношению к поверхности земли и повышает достоверность обнаружения нарушителя за счет перехода от численных оценок порога обнаружения нарушителя к знаковым оценкам порога обнаружения.(72) Рутгайзер Олег Зиновьевич Рутгайзер Илья Олегович Мальбеков Жанат(54) РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА(57) Изобретение относится к охранной технике, в частности к способам контроля наличия нарушителя в охраняемой зоне. Изобретение может использоваться при защите открытых территорий от несанкционированного доступа, например, на участках контроля охраняемой зоны магистральных трубопроводов. Радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа нарушителя в Изобретение относится к охранной технике, в частности к способам контроля наличия нарушителя в охраняемой зоне. Изобретение может использоваться при защите открытых территорий от несанкционированного доступа, например, на участках контроля охраняемой зоны магистральных трубопроводов. Известен радиотехнический способ обнаружения нарушителя в контролируемой зоне, который заключаются в том, что контролируемую зону облучают импульсным радиосигналом, при приеме импульсного радиосигнала выделяют изменения его амплитуды, и при превышении этими изменениями порогового значения формируют сигнал тревоги. Предполагается, что внутри зоны обнаружения нарушитель может перемещаться в рост, на коленях, ползком, согнувшись. (Системы охранной сигнализации основы теории и принципы построения// Магауенов Р.Г.//Уч.пособие. - М. Горячая линия -Телеком, 2004. - гл.3, с.134-138). Недостатком известного способа является низкая достоверность обнаружения нарушителя двигающегося различными способами (в рост, на коленях, ползком, согнувшись). Известны радиоволновые способы обнаружения перемещающихся объектов, которые основаны на принципах, представленных выше, но в частотной области, передатчик генерирует гармонический сигнал СВЧ, в приемнике определяют текущий уровень амплитуды сигнала приемными антенными устройствами с использованием электронного блока и отслеживают изменения этого уровня при появлении нарушителя. Сравнивают уровень сигнала с установленными порогами, при отклонении уровня сигнала от порогового значения датчик фиксирует с определенной степенью вероятности появление нарушителя в охраняемой зоне (извещатель РЛД-94, Радий 2, Радон, Призма 1/300 Т, Барьер-300 и др.) Недостатком таких способов является низкая достоверность обнаружения нарушителей,пересекающих охраняемую зону в положении ползком или на коленях, т.е. в нижней зоне,формируемой непосредственно над поверхностью земли. Известен радиотехнический способ обнаружения нарушителя, основанный на оценке двух основных параметра настройки чувствительности и времени интегрировании. Настройка времени интегрирования позволяет устранить влияния высокочастотных возмущений и помех.(Интеллектуальные датчики для охраны периметров//Б.С. Введенский//журнал Системы безопасности, 3, 2011). Недостатком известного способа является необходимость,при изменении способа перемещения нарушителя в охраняемой зоне,устанавливать более низкий порог срабатывания или более высокую чувствительность датчика к изменению амплитуды сигнала и увеличивать время интегрирования, т.е. перестройка пороговых значений, что определяет низкую достоверность обнаружения нарушителя. 2 Известен способ обнаружения нарушителя,предусматривающий анализ сигналов приемника при использовании элементов искусственного интеллекта на основе нейронных сетей, накоплении в памяти обучающей ЭВМ сигналов,соответствующих реальным попыткам обучающего персонала пересечь охраняемую зону и накоплении в памяти сигналов различной природы, обучение этой системы на объекте после полного монтажа системы охраны периметра, выработку алгоритма распознавания сигналов(Интеллектуальные датчики для охраны периметров//Введенский Б.С.//журнал Системы безопасности, 3, 2011). Недостатком способа является большая стоимость разработки и отладки радиолучевых систем с элементами искусственного интеллекта на основе нейронных сетей. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является радиоволновой способ обнаружения объектов в охраняемой зоне, которая сформирована вдоль отражающих поверхностей одинаково поляризованными передающим и приемным антенными устройствами и установленными на фиксированном расстоянии от поверхности почвы, включающий обработку сигналов,формируемых объектами,перемещающимися в охраняемой зоне, при этом поляризованные передающие и приемные антенные устройства радиоволнового датчика располагаются в пространстве таким образом, что их векторы поляризации совпадают по направлению и формируются под определенным углом к отражающей поверхности. При этом способ позволяет уменьшить влияния прилегающих поверхностей при изменении их отражающих свойств (2348980 С 2, МПК 08 15/00, опубл. 10.03.2009 г.). Недостатком этого способа и большинства способов, представленных выше, является наличие только одного достоверного выходного сигнала типа тревога,фиксирующего наличие нарушителя, и низкая достоверность обнаружения нарушителя при пересечении охраняемой зоны в положении ползком или на коленях. Задачей изобретения является разработка радиоволнового способа обнаружения несанкционированного доступа, обеспечивающего повышенный уровень достоверности принятия решений, при обнаружении нарушителя в охраняемой зоне, двигающегося различными способами в рост, согнувшись, на коленях,ползком Техническим результатом изобретения является возможность фиксации перемещения нарушителя в нескольких значимых фиксированных зонах по отношению к поверхности земли, а также повышение достоверности обнаружения нарушителя за счет перехода от численных оценок порога обнаружения нарушителя к знаковым оценкам порога обнаружения. Для достижения технического результата,радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа нарушителя в охраняемую зону, сформированную передающим и приемным устройством, установленными на фиксированном расстоянии от поверхности почвы,включающим обработку сигналов, формируемых нарушителем, перемещающимся в охраняемой зоне,согласно изобретению, предварительно для частоты 1 и для частоты 2 вычисляют и запоминают сигналы мощности Р 01, Р 02 приемника для свободного пространства в охраняемой зоне,устанавливают генерацию двух частот сигнала передатчика 1, 2, обеспечивающих наличие двух конфокальных зон обнаружения с общими фокусами, измеряют и запоминают сигнал, Р 022 приемника при отсутствии нарушителя в охраняемой зоне для частоты 2, разбивают в штатном режиме работу приемника и передатчика на 2 цикла, в рамках каждого цикла измеряют сигналы приемника 1, Р 2, определяют величину 1 как разность сигнала Р 1 и сигнала Р 01,определяют величину 2 как разность сигналов Р 2 и Р 02, определяют величину 3 как разность сигнала Р 2 и сигнала Р 022, определяют наличие нарушителя в фиксированных зонах по отношению к поверхности почвы, в зависимости от величины или знака значенийналичие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя ползком определяют по знакам 1 и 2, которые должны быть одного знака - положительными наличие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя на коленях определяют по знаку величин 1, 2, которые должны быть разного знака,1 должна быть положительной наличие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя в рост или согнувшись, определяют по знакам 1 и 2,которые должны быть одного знака отрицательными отсутствие нарушителя в охраняемой зоне, определяют по значениям 3,которое должны быть равным нулю передающее и приемное устройство, устанавливают на расстоянии от поверхности почвы большем, чем радиус первой зоны Френеля для низшей частоты 2. Технический результат обеспечивается за счет того, что в предлагаемом способе фиксация нарушителя в охраняемой зоне выполняется последовательно для двух разных частот сигнала, а отношение частот выбирается таким образом, чтобы частоты сигнала обеспечивали размеры первых зон Френеля, в соответствии, с требуемыми границами зон перемещения на коленях или ползком. Радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа поясняется схемами, представленными на фиг.1, фиг. 2, фиг.3. На фиг.1 схематически показано формирование двух зон Френеля для разных частот, положение нарушителя и параметры просвета при перекрытии сигнала нарушителем. На фиг.2 представлена зависимость ослабления радиосигнала от величины относительного просвета для различных нарушителей. На фиг.3 представлена зависимость изменения радиосигналови 2 от величины относительного просвета для параметров примера работы системы для различных характеристик нарушителей. На схеме фиг.1 обозначены 1,2 приемный и передающий пост 1, 2, 3- нарушители и расстояние от линии прямой видимости до границ первой зоны Френеля для разных нарушителей 1, 2 - максимальный радиус первой зоны Френеля для частоты 1 и частоты 2- сплошная линия эллипса - положение первой зоны Френеля для частоты 1- двойная пунктирная линия эллипса- положение первой зоны Френеля для частоты 2 . На Фиг.2 обозначены р(0)- величина относительного просвета (ось абцисс),Р- изменение интенсивности радиосигнала (дБ). На фиг.3 обозначены сплошная линия - зависимость величины 1 от размеров нарушителя пунктирная линия зависимость величины 2 от размеров нарушителя. На Фиг.1 изображено 3 типа препятствий, которые определяют три типа зон в зависимости от типа препятствий полуоткрытая,открытая и закрытая зона. Если в первой зоне Френеля имеется препятствие (1), не пересекающее линию прямой видимости, то такая зона полуоткрытая, в противном случае (2) - зона закрытая. Если в первой зоне Френеля не имеется препятствий, то такая зона (3) - открытая. Отношение значения просвета , 2, 3 к радиусу зоны Френеля 1 определяет величину относительного просвета р(0)/. Для полуоткрытой зоны р(0) имеет положительное значение, для закрытой зоны - отрицательное значение. При совпадении наивысшей точки препятствия с линией прямой видимости р(0)0. В соответствии со значением р(0) и характером профиля препятствия можно по диаграмме Фиг.2 оценить величину ослабления или увеличения сигнала,вызванного наличием одиночного препятствия. Предлагаемый радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа работает следующим образом. Радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа являются двухпозиционными и состоят из передатчика и приемника, во время работы, которых образуется канал передачи электромагнитной энергии радиолуч. Устройства имеют объемную зону обнаружения - вытянутый эллипсоид вращения,диаметр которого зависит от рабочей частоты излучения передатчика и расстояния между передатчиком и приемником. Поперечные размеры зоны обнаружения включаютзон. Основная доля энергии передается внутри первой зоны Френеля,радиус которой равен 1. Экранирование этой зоны Френеля нарушителем приводит к ослаблению напряженности поля в зависимости от величины перекрытия сигнала. Радиус максимальной первой 3 зоны Френелядля середины расстояния между передатчиком и приемником, которые установлены на расстоянии , равен где- длина волны сигнала для частоты ,- длина пролета. Если размеры нарушителя меньше первой зоны Френеля, то на приемной антенне наблюдается практически напряженность поля соответствующая напряженности сигнала передатчика - нарушитель как бы не отбрасывает тени. Если размеры нарушителя закрывают несколько зон Френеля, то в области геометрической тени мощность сигнала значительно снижается по сравнению с мощностью сигнала передатчика. Когда нарушитель пересекает сигнальный рубеж радиолучевого датчика,приемный модуль регистрирует изменения уровня принимаемого сигнала. Интенсивность этих изменений зависит от размеров нарушителя, а также характера перемещения, эквивалентной формы фиг. нарушителя. Один из вариантов определения коэффициента изменения интенсивности радиосигнала от положения нарушителя относительно базовой линии представлен на Фиг.2(М.С.Елькин / Оценка пригодности радиолиний вне помещений // журнал Системы безопасности, 5,2010, .138-141 М.С. Елькин// Работа беспроводных систем ОПС на открытых интервалах вне помещений// журнал Системы безопасности,1, 2011). Предлагаемый радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа нарушителя реализуется следующим образом. Устанавливаем характеристики нарушителя и устройств в рост нарушителя равен 1,8 м., высота нарушителя при перемещении ползком составляет 0,3 м., при перемещении на коленях высота нарушителя составляет 0,65 м. Высота установки антенн Н 1,3, длина пролета Ь 150 м. Значение частот 24,5 ГГц, 2 9,9 ГГц, Для частоты 2 радиус первой зоны работы системы. 1 Для свободного пространства предварительно вычисляют и запоминают мощности сигналов Р 01,Р 02 на входе в приемник Рпр. Значения Р 01, Р 02 определяют из выражения Р 02 Рпр Рпер -- 201 - 201,(2) где Рпр- мощность на входе приемника,Рпер- мощность сигнала передатчика,- постоянное значение для выбранного диапазона частот,201- ослабление сигнала для выбранного значения расстоянияпролета,201- ослабление сигнала для выбранного значения частоты . 2 Генерируют сигнал 2. Для пролетапри отсутствии нарушителя измеряют и запоминают сигнал Р 022 на входе в приемник. 4 3 Процедуру определения наличия нарушителя в штатном режиме разбивают на 2 цикла, генерируют сигналы частоты 1 и 2 и в рамках каждого цикла измеряют последовательно сигналы мощности Р 1 для частоты 1 и сигнал Р 2 для частоты 2 ,контролируют изменение сигналов 1 Р 1-Р 01,2 Р 2-Р 02, 3 Р 2-Р 022. При появлении нарушителя эти сигналы изменяются, что является основанием для фиксации нарушителя, при этом в вариант 1 Нарушитель отсутствует. Поверхность земли относительно передатчика, приемника и зон Френеля представлена на (Фиг 1), просвет равен величине Н. Значения Р 022 для частоты 2 определяется в пролете потерями мощности и зависит от длины пролета, частоты сигнала,отражения сигнала от поверхности земли. Значение сигнала Р 2 для неизменного рельефа местности определяется таким же значением, что и Р 022, т.е. 3 Р 2 - Р 0220 дБ. вариант 2 Нарушитель находится в положении 1 (Фиг.1),которое соответствует его перемещению на коленях, т.е. высота нарушителя 0,65 м. Изменение сигнала Р 1 для частоты 1 за счет затенения определяется значением относительной величины просвета для радиосигнала (0)11/1(1,30,65)/0,651. Это полуоткрытая зона и (0)1 имеет положительный знак, т.е. р(0)11 и из Фиг.2(клиновидное препятствие) следует, что ослабление сигнала для (0)1 составляет -0 дБ, т.е. 11-Р 01 0 дБ. Изменение сигнала для частоты 2 определяется значением относительной величины просвета в первой зоне Френеля р(0)21/2(,8-0,65)/10,65 и из Фиг.2 следует, что ослабление сигнала для р(0)2 составляет -2 дБм, т.е. 022 дБм вариант 3 Объект находится в положении 2 (Фиг.1),которое соответствует перемещению нарушителя в рост, т.е. 21,8 м. Изменение сигнала Р 1 для частоты 1 определяется величиной относительной величины просвета для радиосигнала(0)12/1 (1,8-1,3)/0,65-0,77. В соответствии с Фиг.1 препятствие (2) пересекает линию прямой видимости, что свидетельствует -это закрытая зона. Значение (0)1 для закрытой зоны имеет отрицательный знак, т.е. р(0)1-0,77 и из Фиг.2(клиновидное препятствие) следует, что ослабление сигнала для р(0)1 составляет (-8 дБ.), т.е. 1-8 дБ Изменение сигнала Р 2 для частоты 2 нарушителя 2 определяется значением относительной величины просвета для радиосигнала р(0)22/2(1,3-1,8)/1-0,5, из Фиг.2 (клиновидное препятствие) следует, что ослабление сигнала для р(0)2 составляет (- 7 дБ.), т.е.-7 дБвариант 4 Объект находится в положении 3 (Фиг.1),которое соответствует перемещению нарушителя ползком. Изменение сигнала Р для частоты 1 определяется значением относительной величины просвета для радиосигнала (0)13/1. В соответствии с Фиг.1 препятствие (3) не находится в первой зоне Френеля, это открытая зона. Значение р(0)3(1,3-0,3)/0,661,5,это значение имеет положительный знак , т.е. р(0)3 1,5 и из Фиг.2 следует , что усиление сигнала по отношению к свободному пространству для р(0)3 составляет 5 дБ,т.е. 11 - Р 01(5 дБ). Изменение сигнала Р 2 частоты 2 для нарушителя 3 определяется значением относительной величины просвета в первой зоне Френеля для радиосигнала р(0)33/2(,30,3)/, из Фиг.2 следует, что ослабление сигнала для р(0)2 составляет 0 дБ, т.е. 20 дБ. На фиг.3 представлено изменение сигналов 1,2 для разных размеров нарушителя по результатам вычислений, приведенных выше. Из фиг.3 следует, что можно выделить значимые фиксированные зоны (А, В, С), которые позволяют перейти от численных оценок сигнала порога обнаружения нарушителя к знаковым оценкам сигнала,что существенно увеличивает доставерность работы системы. Из результатов примера следует, что в штатном режиме система принимает решения, анализируя сигналы 1, 2, 3(перемещение ползком) соответствует положительным значениям 1 и 2(перемещение на коленях) соответствует положительному значениям 1 и отрицательному значению 2(перемещение в рост или согнувшись) соответствует отрицательным значениям 1 и 2.-отсутствие объекта в зоне охраны соответствует нулевому значению 3. Реализовать радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа нарушителя можно при использовании разработок, на основе которых реализованы действующие системы обнаружения несанкционированного доступа,использующие одну частоту сигнала. Например,извещатель Радий-2 (использует частоту 9,5 ГГц),извещатель РМ 24-800 (использует частоту 24,5 ГГц), извещатель Тантал-200 (использует частоту 24 ГГц),извещатель Барьер-300(использует частоту 9,5 ГГц.) Логические устройства, принимающие решения относительно сигналов тревоги для разных зон, могут быть реализованы с использованием типовых устройств электроники. Таким образом, предлагаемый радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа предоставляет возможность фиксации перемещения нарушителя в нескольких значимых фиксированных зонах по отношению к поверхности земли, за счет генерации двух разных частот сигнала и выбора отношения между частотами,позволяющего обеспечивать требуемые размеры первых зон Френеля, кроме того, способ увеличивает достоверность обнаружения нарушителя за счет перехода от численных оценок порога обнаружения нарушителя к знаковым оценкам порога обнаружения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Радиоволновой способ обнаружения несанкционированного доступа,включающий обработку сигналов, формируемых нарушителем,перемещающимся в контролируемой зоне, которая сформирована вдоль отражающих поверхностей передающим и приемным антенными устройствами,установленными на фиксированном расстоянии от поверхности почвы, отличающийся тем, что предварительно вычисляют и запоминают сигналы Р 01, Р 02 приемника для свободного пространства в охраняемой зоне для частот 1, 2, излучают две частоты гармонического сигнала 1,2,обеспечивающих наличие двух конфокальных зон обнаружения с общими фокусами, измеряют и запоминают сигнал Р 022 приемника при отсутствии нарушителя в охраняемой зоне для частоты 2,разбивают в штатном режиме работу приемника и передатчика на два цикла, в рамках каждого цикла измеряют сигналы приемника Р 1, Р 2, определяют величину 1 как разность сигнала 1 и сигнала Р 01, определяют величину 2 как разность сигналов 2 и Р 02,определяют величину 3 как разность сигнала 2 и сигнала Р 022, определяют наличие нарушителя в фиксированных зонах по отношению к поверхности земли в зависимости от величины или знака значений . 2. Радиоволновой способ по п.1, отличающийся тем, что наличие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя ползком, определяют по знакам Р 1 и Р 2,которые должны быть одного знака положительными. 3. Радиоволновой способ по п.1, отличающийся тем, что наличие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя на коленях, определяют по знаку величин Р 1 и Р 2,которые должны быть разного знака, а величина Р 1 должна быть положительной. 4. Радиоволновой способ по п.1, отличающийся тем, что наличие нарушителя в фиксированной зоне,соответствующей перемещению нарушителя в рост или согнувшись, определяют по знакам величин Р 1 и Р 2, которые должны быть одного знака - отрицательными. 5. Радиоволновой способ по п.1, отличающийся тем, что отсутствие нарушителя в охраняемой зоне,определяют по значению Р 3, которое должно быть равным нулю. 6. Радиоволновой способ по п.1-5,отличающийся тем, что передающее и приемное устройство, устанавливают на расстоянии от поверхности почвы большем, чем радиус первой зоны Френеля для низшей частоты 2.