Комбинированные датчики, называемые также датчиками двойной технологии, появились относительно недавно и в настоящее время становятся все более популярными. Преимущество таких датчиков заключается в существенном снижении частоты ложных тревог. Это достигается за счет того, что в одном датчике используется комбинация двух различных физических принципов обнаружения. Сигнал тревоги выдается только в том случае, если одновременно или в течение небольшого интервала времени срабатывают оба детектора.

Для снижения частоты ложных тревог, используемые принципы обнаружения должны быть такими, чтобы помехи, вызывающие ложные срабатывания, по-разному воздействовали на каждый составляющий комбинацию детектор. Наибольшее распространение в настоящее время получила комбинация микроволнового активного и ИК-пассивного принципов обнаружения. Гораздо реже используется комбинация ультразвукового и ИК детекторов. Существуют также отдельные образцы датчиков, в которых используются три различных физических принципа обнаружения, однако такие датчики пока не завоевали популярности. В данном обзоре мы будем рассматривать самую распространенную группу датчиков двойной технологии – ИК+микроволновые. Прежде чем перейти к подробному анализу особенностей датчиков двойной технологии, целесообразно остановиться на изложении основных принципов микроволнового метода обнаружения. МИКРОВОЛНОВЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ Принцип действия микроволнового активного метода обнаружения основан на излучении в окружающее пространство электромагнитного поля СВЧ диапазона и регистрации его изменений, вызванных отражением от нарушителя, движущегося в зоне чувствительности датчика. Микроволновые активные датчики, реализующие этот метод, относятся к классу детекторов движения. антенной системы, создающей электромагнитное поле в окружающем пространстве, принимающей отраженные сигналы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму пространственной зоны чувствительности; СВЧ приемника, регистрирующего изменение характеристик принятого сигнала; блока обработки, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех. Генератор микроволнового датчика предназначен для формирования СВЧ сигнала – обычно в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн (10…11 ГГц), в последнее время производителями датчиков начали осваиваться и более коротковолновые диапазоны (24…25 ГГц). Первоначально в микроволновых датчиках использовались генераторы на диодах Гана, в настоящее время производители перешли на транзисторные генераторы. Современные СВЧ генераторы позволяют формировать стабильный сигнал с требуемыми характеристиками при малых габаритах и низком потреблении. В качестве антенной системы в микроволновых датчиках обычно используется единственная совмещенная приемо-передающая антенна. В большинстве современных датчиков применяются микрополосковые антенны, обладающие меньшими габаритами, весом и стоимостью по сравнению с широко использовавшимися ранее рупорными антеннами. Однако рупорные антенны продолжают применяться некоторыми производителями датчиков и в настоящее время, так как обеспечивают несколько более высокую точность формирования диаграммы направленности. Вообще говоря, формы зон чувствительности микроволновых детекторов не отличаются таким многообразием, как у ИК-пассивных датчиков. Конфигурация зоны чувствительности микроволновых датчиков представляет собой объемное тело, напоминающее по форме эллипсоид. В идеале от антенной системы требуется излучение (и, соответственно, прием) только в переднее полупространство без заметного заднего и бокового излучения (с целью минимизации ложных срабатываний). Для такой идеальной антенной системы зона чувствительности представляет собой объемное тело каплевидной формы (сплошная кривая на рис.1), характеризующееся углами обзора (в горизонтальной и вертикальной плоскостях), длиной Rmаx (максимальной дальностью действия) и шириной D (высотой). Именно эти параметры обычно приводятся в документации на микроволновые датчики (иногда дополняются величинами контролируемых датчиком площади и объема помещения). Типичные значения размеров зоны чувствительности для микроволновых датчиков составляют: Rmаx=10…15 м, D=5…10 м, дельта=60°…100°. Зона чувствительности, формируемая реальной антенной системой, отличается от идеальной – из-за заднего и бокового излучения/приема она приобретает форму, изображенную на рис.1 пунктиром.

Отношение Rз/Rmаx может составлять 0,03…0,1. Приведенные выше характеристики справедливы для свободного пространства. При расположении датчика в помещении форма зоны чувствительности существенно искажается. Из-за отражения от ограждающих конструкций (коэффициент отражения по полю от кирпичных и железобетонных стен составляет 0,3…0,6) электромагнитное поле “заполняет” с большей или меньшей степенью равномерности практически все помещение, если размеры этого помещения не превышают размеры зоны чувствительности. С другой стороны, тонкие перегородки из легких материалов, деревянные двери, стекла, шторы не являются существенной преградой для электромагнитного поля, поэтому зона чувствительности может распространяться и за пределы охраняемого помещения, что может привести к ложным срабатываниям, например при проходе людей по коридору или проезде транспорта у окон первого этажа. В то же время, крупногабаритные предметы (шкафы, сейфы и т.п.), находящиеся в помещении, создают “тени” (зоны нечувствительности). Все это должно учитываться при выборе места установки и количества используемых датчиков. Перемещение нарушителя приводит к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала. Здесь различают два эффекта: изменение пространственной картины стоячих волн и частотный сдвиг отраженной от движущегося человека волны (эффект Доплера). Микроволновые датчики, основанные на регистрации первого эффекта, называются амплитудно-модуляционными, второго – доплеровскими. Вообще говоря, оба этих эффекта неразрывно связаны, имеют общую природу и одинаковое проявление, и поэтому практически неразделимы. По сути, отличие проявляется в структуре построения и характеристиках СВЧ приемника микроволнового датчика. Наибольшее распространение получили доплеровские микроволновые датчики, имеющие более высокую чувствительность. Доплеровский сдвиг частоты df возникает при движении нарушителя вдоль луча, частота отраженного сигнала возрастает при движении к датчику и уменьшается при движении от датчика. Абсолютная величина df пропорциональна частоте зондирующего сигнала f и составляющей скорости движения вдоль луча. Зависимости df от Vл представлены на рис.2, из которого видно, что типичные значения регистрируемых датчиком величин доплеровского сдвига лежат в диапазоне частот сетевой помехи 50/60 Гц и ее гармоник. Для борьбы с этими помехами современные микроволновые датчики оснащаются режекторными фильтрами (в том числе адаптивными) гармоник сети. Другими источниками помех, вызывающими ложные срабатывания доплеровских микроволновых датчиков, являются отражения от вибрирующих, колеблющихся и движущихся хорошо отражающих объектов. Такими источниками ложных срабатываний могут быть, например: работающее электрооборудование, создающее вибрацию; мелкие животные и птицы. В прежние годы, до широкого распространения ИК-детекторов, микроволновые активные датчики пользовались большой популярностью. Сейчас и спрос, и предложения этих датчиков существенно снизились. Основные характеристики микроволновых датчиков российского производства, предназначенных для установки внутри помещений, приведены в табл1. Все эти датчики имеют сплошную объемную зону чувствительности, предусмотрена возможность регулировки в широких пределах максимальной дальности обнаружения. Рекомендуемая высота установки составляет 2…2,5 м. Допускается эксплуатация нескольких датчиков в одном помещении – для исключения взаимного влияния сигналов, возможен выбор одной из четырех рабочих частот. Таблица 1. КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ Итак, основное преимущество комбинированных датчиков – существенное уменьшение вероятности ложных тревог. Если бы ложные срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы абсолютно различными физическими явлениями (то есть эти события были бы независимыми), то вероятность ложной тревоги Pлт такого датчика равнялась произведению вероятностей ложных тревог для каждого из детекторов: Pлт=P1 ·P2 . Так, при P1=P2=10-5 мы потенциально получили бы снижение частоты ложных срабатываний в 100000 раз. В реальной ситуации выигрыш не так велик, но все же достигнутые характеристики впечатляют: у современных комбинированных ИК+микроволновых датчиков среднее время наработки на ложную тревогу доведено до 3000-5000 часов, что существенно превышает аналогичный показатель датчиков других типов. Потенциально возможный выигрыш недостижим потому, что с одной стороны у ИК и микроволновых детекторов все же имеютс

17.04.2021