Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Радиоканал для системы охраны водного рубежа

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Радиоканал для системы охраны водного рубежа

Ю.Л. Давыдов
Первый заместитель генерального директора ФГУП "СНПО "Элерон"

Д.Н. Руднев
Начальник лаборатории ФГУП "СНПО "Элерон"

Для охраны водных рубежей в последние годы все чаще применяются гидроакустические системы. В большинстве случаев они должны содержать в своем составе радиоканальное оборудование для передачи данных от чувствительных элементов в центр охраны

Определимся с понятиями
Многообразие задач охраны водных рубежей не только порождает многовариантность построения систем охраны на воде, но и предъявляет особые требования к структуре и алгоритмам функционирования аппаратных комплексов радиоканала. Особые проблемы вызывает волнение водной поверхности при организации радиоканала. Следует отметить, что в данной краткой статье не приведен полный анализ сложной картины электромагнитного поля сигнала в точке приема на базовой станции, складывающейся из тропосферной и отраженной от статистически неравномерной водной поверхности составляющих. Тропосферная составляющая в основном зависима от высот размещения антенн передающего и приемного устройства и состояния атмосферы над водной поверхностью (рефракция и турбулентные неоднородности). Оценка отраженной составляющей достойна отдельного рассмотрения. Изучая модель распространения радиосигнала над поверхностью воды и его приход в точку приема, следует учитывать то, что антенна передающего устройства претерпевает хаотические вертикальные перемещения и наклонения. Это влияет на изменение уровня сигнала на приемной стороне: полная потеря при экранизации излучения гребнем соседней волны и понижение уровня от несовпадения поляризаций передающей и приемной антенн. Отдельного рассмотрения заслуживает интерференция радиосигнала при отражении от нескольких волн водной поверхности, прилежащих к источнику излучения. В данной ситуации учтено то, что скорость движения волн на водной поверхности не вносит существенного влияния на флуктуацию частоты радиосигнала. С учетом изложенного можно образно представить себе многообразие состояний радиосигнала на входе приемного устройства, сложенного из составляющих сигнала, отраженного от нерегулярной волнистой поверхности водной акватории, и сигнала, поступившего напрямую по каналу распространения, подверженному турбулентным возмущениям прилежащей к водной поверхности атмосфере. Интегральная оценка ситуации с распространением радиоволн в изложенных выше условиях предопределяет сложность создания математического аппарата для решения прикладных задач. В настоящее время такой аппарат не создан. С некоторым приближением решение задачи создания радиоканала для систем охраны водных рубежей сопоставимо с проблемами, которые возникли в области подвижной связи, когда сигнал может претерпевать при приеме полное пропадание или интерференцию от комбинаций прямого сигнала и суммы переотраженных составляющих. При этом необходимо принять во внимание соразмерность переотражающих поверхностей водного пространства и зон Френеля. Отметим, что ситуация с интерференционной составляющей на приемной стороне усложняется при повышении частоты несущего колебания. Определенный вклад в сумму сигналов на приемной стороне также оказывают переотражения радиоволн от земных поверхностей или сооружений и зданий, расположенных вблизи приемной станции. Изложенные выше обстоятельства предполагают индивидуальный подход к проектированию конкретной системы охраны водного рубежа. Для описания модели радиоканала на воде будем использовать следующие упрощенные понятия. Охранный буй - то есть комплекс технических средств, имеющий положительную плавучесть, состоящий из гидроакустических приемных устройств, радиооборудования, элементов питания и корпуса с установленной на нем антенной. Нас будет интересовать радиооборудование буя, предназначенное для передачи соответствующих данных в центр охраны. Следует заметить, что в системе охраны конкретного объекта в зависимости от протяженности охраняемого периметра, могут быть несколько охранных буев. Центр охраны - комплекс программно-аппаратных средств, предназначенный для сбора и обработки данных, поступающих от буев по каналу связи. Центр охраны в своем составе имеет антенно-мачтовые устройства, радиооборудование и оконечное оборудование обработки поступающей информации.

Устойчивость радиоканала
Устойчивость функционирования радиоканала в системах охраны водных рубежей зависит, в основном, от одного фактора - волнения водной поверхности, вызванного ветрами. Идеология построения системы охраны подчинена этому основополагающему фактору. Рассмотрим геометрические соотношения схемы радиоканала, представленные на рис. 1. Для дальнейших рассуждений за основу примем среднестатистические значения волны Балтийского моря: длина волны - 6 м, высота волны - 3 м, длина периода - 4 с. Система охраны предусматривает удаление рубежа охраны на расстояние 4-5 км. Высота антенной опоры базовой станции составляет 50 м. При этом предполагается, что берег моря пологий. Применены радиоволны дециметрового диапазона. Как показывают простые расчеты, в качестве иллюстрации к которым может служить рис. 1, при предполагаемом волнении и принятых отправных геометрических показателях схемы канал связи будет устойчивым при условии подъема антенны на высоту 3 м относительно корпуса буя. В этом случае даже при нахождении буя в подошве (впадине) волны его антенна будет "видна" с базовой станции. При более низком расположении антенны буя канал связи будет периодически пропадать из-за экранирующего действия волн, находящихся между буем и базовой станцией. Уменьшить перерывы связи можно только за счет увеличения высот установки антенн базовой станции и буя. Причем результат оказывается намного эффективнее при манипуляциях с антенной буя. Исключения составляют такие, например, случаи, когда антенна базовой станции устанавливается на высоком скалистом берегу, тогда высота установки антенны буя может быть уменьшена.

Антенное устройство для буя
Интересен вопрос о выборе типа антенного устройства для буя. На морской волне для маломерных конструкций качка может достигать более 30 град. по вертикали; кроме того, буй совершает повороты вокруг своей оси. Не прибегая к подробным расчетам, можно предсказать, что антенны с направленной диаграммой излучения неприемлемы для простых и функционально надежных устройств. Можно сколь угодно долго заниматься стабилизацией буя на воде, непроизводительно тратя силы и средства, и не достичь желаемого результата. Иллюстрацией применения направленной антенны на буе служит рис. 2. В случае использования коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости результат качки буя окажется однозначным - радиоканал с базовой станцией будет существовать ограниченное время, пропорционально ширине диаграммы направленности. Совершенно другой результат будет получен, если применить направленные антенны на базовой станции. Тогда антенны могут быть однозначно сориентированы на конкретный буй или их группу для повышения энергетики радиоканала и пространственной селекции от помех.

Схемы систем охраны
Следующим интересным моментом в разработке охраны водного рубежа является рассмотрение структурных схем систем охраны. Имеют право на существование два основных варианта схем. Первая, рассмотренная выше, радиальная схема, когда каждый буй связан радиоканалом с базовой станцией. Вторая - предусматривает ретрансляцию сигналов между буями и вывод информации по цепочке на базовую станцию (линейная система). У каждой схемы, как это обычно бывает, есть преимущества и недостатки. Могут быть также комбинации из рассмотренных вариантов, когда часть охранных буев выполняет функции концентраторов данных и устанавливает канал связи с базовой станцией. Основная сложность реализации линейной схемы состоит в особенности применения радиоустройств на волнистой поверхности водной акватории, параметры которой приведены в начале статьи. В качестве примера можно рассмотреть акваторию Балтийского моря с характеристиками волны, указанными выше. При условии предположения синусоидальной формы волны и антенны буя высотой 1 м для скорости ветра 17-20 м/с была получена оценка вероятности связи во времени около 0,03 при трех ретрансляциях. Эта оценка оптимистична, так как учитывает только опускания морского объекта во впадины волны и экранировки луча гребнями соседних волн. Если скорость ветра составляет около 40 м/с, то практически невозможна даже однопролетная связь.

Широкополосная передача цифровой информации
В связи с растущими задачами оперативного обмена цифровой информацией с мест происшествий или теми случаями, когда требуется быстрое развертывание средств телекоммуникационного обмена с большим трафиком, компанией "Моторола" была создана технология широкополосной передачи цифровой информации MEA (Mesh Enabled Architecture - само-организующаяся сетевая архитектура). Технология MEA заимствована из военной мобильной связи Министерства обороны США. Система MEA поддерживает высокоскоростную передачу цифровой информации, видео- и речевую связь. Скорость передачи цифровой информации составляет до 6 Мбит/с; IP-протокол позволяет использовать в системе разнообразное периферийное оборудование: мобильные терминалы передачи данных, карманные и портативные компьютеры, IP-видеокамеры. Технология ориентирована на сетевую структуру, каждый элемент сети работает, с одной стороны, как точка доступа, с другой - как маршрутизатор-ретранслятор передаваемых данных. При ретрансляции возникает возможность доступа к стационарным сетям через соседние устройства. В технологии осуществлены современные протоколы передачи данных и защита от несанкционированного доступа. Структура сети на основе MEA имеет высокую системную устойчивость и адаптацию в отношении распределения трафика по каналам передачи данных. В том случае, если в узле инфраструктуры происходит сбой, самовосстанавливающиеся системы MEA быстро (за миллисекунды) маршрутизируют пакеты данных, отправляя их в обход неисправного узла. Программное обеспечение MEA обнаруживает неисправный узел и извещает сеть о данном инциденте с помощью сигналов простого протокола управления сетью. Система на основе МЕА удобна при сложной береговой линии, когда несколько буев радиальной системы охраны могут быть невидимы базовой станцией. Для повышения надежности системы целесообразно нескольким буям, распределенным по линии охраны, придать функции точек доступа, оснастив их антенными опорами достаточной высоты для преодоления экранирующего влияния волн. Предварительные испытания технологии на воде показали ее принципиальную пригодность для организации радиоканалов систем охраны.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2007
Посещений: 11693

  Автор

 

Давыдов  Ю.  Л.

Первый заместитель генерального директора ФГУП "СНПО "Элерон"

Всего статей:  1

  Автор

 

Руднев  Д. Н.

Начальник лаборатории ФГУП "СНПО "Элерон"

Всего статей:  1

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций