В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр
Сергей
МихаилЧтобы оценить актуальный уровень развития линейных радиоволновых извещателей (ЛРВИ), предназначенных для охраны периметров территорий объектов, в статье проведен сравнительный анализ их технических особенностей, а также рассмотрены вопросы влияния устройств с различными способами обработки сигналов на здоровье человека и обеспечения соответствия их требованиям нормативных документов.
Кроме того, проанализированы различные варианты построения блоков ЛРВИ и ограничения, которые накладывают на ЛРВИ указанные в статье нормативные документы, а также описаны наиболее перспективные направления развития ЛРВИ, в том числе с использованием методов цифрового супергетеродинного приема сигналов и высокостабильных передатчиков на базе цифровых синтезаторов частот в диапазоне от 24,05 до 24,25 ГГц.
Объемная и невидимая зона обнаружения, возможность работы в условиях тумана, дождя, снега, сильного ветра – все это технические и эксплуатационные преимущества ЛРВИ, позволяющие успешно конкурировать с извещателями, построенными на иных физических принципах, а также эффективно дополнять их при создании нескольких рубежей охраны или формировании комплексной зашиты периметра с использованием нескольких средств обнаружения, логически объединяемых в единый комплекс.
Высокие тактико-технические и эксплуатационные параметры ЛРВИ хорошо известны проектировщикам систем охраны периметра. Есть большое количество публикаций, описывающих назначение, применение, установку и правила эксплуатации этих извещателей, что значительно облегчает работу с ЛРВИ на объекте. Однако существуют некоторые параметры ЛРВИ, которые, как правило, не отражаются в технических описаниях (руководствах по эксплуатации) таких изделий, но могут отрицательно влиять на их работу при эксплуатации на периметре объекта.
В Российской Федерации ЛРВИ разрабатывают и производят около десяти предприятий промышленности, и число таких производителей продолжает увеличиваться. Среди наиболее известных такие компании, как:
Кроме этих предприятий, появляются производители, которые используют покупные комплектующие изделия (готовые функциональные блоки и модули) для так называемой отверточной сборки ЛРВИ, которые затем поставляются на рынок под различными брендами. Основные параметры таких изделий, указанные в рекламной документации, практически идентичны параметрам продукции, выпускаемой известными производителями.
Однако при этом все предприятия считают построение электронных узлов своим ноу-хау и не отражают их конструктивные и схемотехнические решения в эксплуатационной документации.
Все это затрудняет осознанный выбор изделий для использования в системах охранной сигнализации.
Для того чтобы разобраться в достоинствах и недостатках существующих ЛРВИ, в том числе соответствии их действующей нормативно-технической базе, проанализируем зависимость потребительских характеристик извещателей от применяемых в них технических решений, а именно:
Все ЛРВИ, представленные на российском рынке, как правило, содержат блок приемника (ПРМ) и блок передатчика (ПРД) сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов, которые формируют зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения. Зоной обнаружения ЛРВИ называется часть пространства охраняемого объекта, при пересечении которого нарушителем извещатель выдает сигнал тревоги.
Длина зоны обнаружения соответствует расстоянию между ПРМ и ПРД, а диаметр зоны ограничивается шириной диаграмм направленности приемной и передающих антенн.
Принцип действия практически всех ЛРВИ основан на анализе изменения амплитуды принимаемого сигнала, возникающего при появлении в зоне обнаружения нарушителя.
Основным недостатком ЛРВИ является наличие "мертвых зон" – части пространства, расположенного перед ПРД и ПРМ, при пересечении которого нарушителем способом и со скоростью, установленными в технических условиях, не формируется извещение о тревоге.
Это связано с тем, что в силу специфики построения приемо-передающих блоков чувствительность в целом понижена вблизи ПРД и ПРМ, поэтому блоки соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров, обычно от 3 до 5 м.
Наличие зон с пониженной чувствительностью, "мертвых зон" накладывает дополнительные требования к извещателям, а именно необходимость иметь нескольких рабочих частот ПРД (сетки частот), что представляет определенную трудность в силу ограниченности частотного ресурса (диапазона), а также наличие достаточно высокой степени селекции входных каскадов ПРМ.
Другие требования к ЛРВИ определяются нормативным регулированием, в котором можно выделить следующие основные документы:
Следует отметить, что все эти документы устанавливают достаточно жесткие требования к разработке, монтажу и эксплуатации ЛРВИ.
Рассмотрим более детально построение блоков ЛРВИ и те ограничения, которые накладывают на них перечисленные нормативные документы. Основными элементами ПРД являются задающий генератор и антенная система, которые обычно выполняются в виде единого модуля.
В ПРД используется амплитудная импульсная модуляция (меандр или короткие импульсы с определенной скважностью). Несущая частота выбирается исходя из требований Постановления.
В таблице представлены наиболее распространенные ЛРВИ, параметры их антенн и частоты, которые составляют 9,4 и 24,15 ГГц.
Постановление допускает использовать без регистрации в Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ):
Если используются иные, в том числе и выделенные, частоты, то в соответствии с Постановлением такие ЛРВИ подлежат обязательной регистрации, за исключением использования их для нужд органов государственной власти, обороны и безопасности государства, а также обеспечения правопорядка.
Следует различать собственно мощность передатчика и максимальную эквивалентную изотропно излучаемую мощность (ЭИИМ).
ЭИИМ – это интегральная энергетическая характеристика радиопередатчика, равная мощности, которую должен излучать изотропный излучатель, чтобы на одинаковом удалении от передатчика плотность потока мощности создаваемого им радиоизлучения равнялась плотности потока мощности радиоизлучения, создаваемого данным передатчиком в направлении максимума ДН его антенны.
На основании этого определения любой передающий блок с направленной антенной должен излучать мощность заведомо меньшую, чем 100 мВт в диапазоне частот от 24,05 до 24,25 ГГц, и создавать максимальную спектральную плотностью менее чем - 45 дБм/МГц в диапазоне частот от 9,15 до 10,6 ГГц.
При этом видно, что все ЛРВИ, представленные в таблице, имеют достаточно узкую ДН, а производители в своей документации не всегда приводят информацию по параметрам излучения.
Следующее ограничение на мощность излучения накладывают СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 и ГОСТ Р 52651–2006 по допустимому уровню плотности потока энергии.
Применяя методику расчета плотности потока мощности в соответствии с методическими указаниями МУК 4.3.043-96 "Определение плотности потока мощности электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц – 30 ГГц", например, для частотного диапазона от 24,05 до 24,25 ГГц, несложно установить, что для ПРД с КНД более 50 возникают определенные проблемы с выполнением требований ГОСТ Р 52651–2006 по плотности потока энергии на расстоянии 2 м от ПРД, а в некоторых случаях и норм СанПиН (в частности, при длительном пребывании в зоне облучения).
Поэтому потребителю при выборе технического средства следует обязательно учитывать указанные факторы, так как производители, имея на руках решение ГКРЧ о выделении частот для разработки и производства, не всегда информируют потребителя о возможных проблемах при их эксплуатации. Примером служит отсутствие в документации информации по излучаемой мощности, что является отрицательной стороной необязательной сертификации ТСО.
Как правило, генераторы и антенные системы строятся по микрополосковой (рис. 1) или волноводной технологиям (рис. 2).
Из практики применения известно, что второй способ построения уступает первому по таким важным эксплуатационным параметрам, как температурная стабильность частоты, ширина спектра, внеполосные излучения и т.д.
Схемотехнически генераторы могут выполняться как по классической схеме на фиксированной частоте (рис. 3), так и в виде синтезатора частот с использованием высокостабильного опорного кварцевого генератора (рис. 4).
На рис. 5, 6 и 7 представлены скриншоты спектров для классической схемы построения генератора с амплитудной импульсной модуляцией при нормальных условиях, положительных и отрицательных температурах.
На рис. 8, 9 и 10 представлены скриншоты спектров частот с использованием высокостабильного опорного кварцевого генератора с синтезатором частоты с амплитудной импульсной модуляцией при нормальных условиях, положительных и отрицательных температурах.
При сравнении спектров можно отметить, что кварцевые генераторы с синтезатором частоты обладают большей стабильностью частоты при заданных условиях эксплуатации: узкой шириной спектра и отсутствием внеполосных излучений.
Что касается антенных систем, то они могут выполняться в виде зеркала, в фокусе которого расположен излучатель типа волноводно-щелевой решетки (рис. 11) или микрополосковых антенных решеток (рис. 12).
Конструкция антенны в виде зеркала очень критична к точности установки волновода. Отражение от зеркала к волноводу сильно влияет на режим работы генератора и ДН антенны. Поэтому предпочтение следует отдать микрополосковым антенным решеткам. Современные микрополосковые антенны более технологичны, имеют низкую себестоимость и обладают хорошей повторяемостью параметров в серийном производстве.
Как показывает анализ технической документации и рекламных материалов, подавляющее число российских разработчиков использует схему прямого детектирования сигнала в ПРМ извещателей. Это следует из описания принципов работы изделий, изложенных в эксплуатационной документации. В некоторых случаях в ПРМ имеется предварительное усиление сигнала по несущей частоте с помощью малошумящего широкополосного усилителя.
Вторым техническим решением, используемым производителями, является применение супергетеродинного приема.
Если мы обратимся к классической теории радиосвязи, то даже теоретически детекторная характеристика прямого детектирования обладает такими недостатками, как амплитудно-фазовые искажения, малый динамический диапазон и низкий коэффициент передачи.
На практике ПРМ извещателя, выполненный по схеме прямого детектирования, является самым примитивным с точки зрения параметров избирательности и помехоустойчивости. Такая схема имеет широкую полосу приема, далеко выходящую за границы разрешенного диапазона частот, и низкую чувствительность.
Сделав несложный расчет, можно утверждать, что:
Совсем по-иному обстоит дело при супергетеродинном приеме:
Приобретая ЛРВИ, следует отдавать предпочтение устройствам, реализованным с применением передовых технических решений, таких как:
Только с использованием данных технологий качество продукции может отвечать современным требованиям, в том числе и нормативных документов.
Кроме того, в технической документации на ЛРВИ должны быть указаны сведения по параметрам излучения ПРД, позволяющие оценить их соответствие требованиям:
Потребителям продукции хочется пожелать быть более требовательными при выборе того или иного технического средства охраны, детально изучать характеристики, просить у производителей официальные документы, которые подтверждают возможность эксплуатации ЛРВИ без регистрации в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, а также соответствие требованиям норм СанПиН.
Литература
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2018
Посещений: 4639
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
