WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

«ВОЛОВАЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Специальность ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Поволжский государственный университет сервиса»

На правах рукописи

ВОЛОВАЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СРЕДСТВ

РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ



ОБНАРУЖЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

Артюшенко Владимир Михайлович доктор технических наук, профессор Самара

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ условий работы радиотехнических устройств охраны................. 22 

1.2. Критерии оценки качества радиотехнических устройств охраны............ 29  1.3. Выбор и обоснование моделей возмущающих воздействий на радиотехнические системы и устройства охраны

1.4. Постановка задачи исследования

1.5. Выводы по первой главе

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОХРАНЫ

2.1. Постановка задачи

2.2. Достоверность обнаружения объектов в системах охраны периметра при наличии сигнала «просачивания»

2.3. Достоверность обнаружения объектов в системах охраны периметра в прожекторном режиме

2.3.1. Двухканальный вариант построения радиотехнического устройства охраны

2.3.2. Радиотехнические устройства охраны с некогерентными приемниками прямого канала и отраженного сигнала

2.3.3. Достоверность фиксации объектов устройствами охраны турникетного типа. Гауссовское приближение

2.4. Учет негаусовского характера отраженных сигналов и помех................. 68 

2.5. Обнаружение объектов в условиях априорной неопределенности относительно параметров движения

2.6. Пороговый способ измерения скорости протяженных объектов в зоне контроля устройств охраны

2.7. Выводы по второй главе

3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ УСТРОЙСТВАМИ ОХРАНЫ

3.1. Законы распределения дальности действия радиотехнических устройств охраны и достоверности обнаружения протяженных объектов

3.2. Оценка достоверности обнаружения объектов по статистическому распределению дальности действия радиотехнических устройств охраны........... 99 

3.3. Накапливающаяся вероятность обнаружения объектов в зоне контроля радиотехнических устройств охраны

3.3.1. Мгновенные вероятности обнаружения объектов системами охраны

3.3.2.Ожидаемая вероятность обнаружения объектов системами охраны... 113  3.3.3. Оценка ожидаемой вероятности обнаружения движущегося объекта

3.3.4. Аналитические зависимости закона установления приборного контакта радиотехнических систем и устройств охраны

3.4. Эффективность радиотехнических устройств охраны

3.5. Выводы по третьей главе

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ, ПРИНИМАЕМЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ

УСТРОЙСТВАМИ СИСТЕМ ОХРАНЫ

4.1. Обоснование и разработка методики исследования статистических характеристик принимаемых сигналов

4.2. Структура и характеристики радиотехнического устройства охраны... 135 

4.3. Статистические характеристики сигналов, отраженных от протяженных объектов

4.3.1. Экспериментальное определение ширины спектра доплеровского сигнала

4.3.2. Экспериментальное определение статистических характеристик огибающих сигналов, принимаемых радиотехническим устройством охраны... 150 

4.4. Статистические характеристики длительностей выбросов огибающих сигналов, отраженных от протяженных объектов

4.5. Выводы по четвертой главе

5. РАЗРАБОТКА, ОПТИМИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ





ИССЛЕДОВАНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЧАСТИ РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО

ИЗМЕРИТЕЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.. 166 

5.1. Краткий анализ методов построения низкочастотной части измерителей параметров движения. постановка задачи исследования

5.2. Анализ параметров спектра доплеровского сигнала, отраженного от протяженного объекта

5.3. Анализ помехоустойчивости и оптимизация параметров следящего измерителя параметров движения протяженных объектов

5.4. Методика расчета низкочастотной части следящего измерителя.......... 198  5.5. Обоснование и разработка методики исследований следящего измерителя

5.7. Результаты исследований следящего измерителя в эксплуатационных условиях

5.8. Анализ эффективности работы следящего измерителя

5.9. Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Результаты статистической обработки длительностей пропаданий огибающей сигнала ниже заданного порогового уровня.................. 273  ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты сравнительной оценки экономической эффективности разработанного измерителя параметров движения протяженных объектов

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Материалы внедрения результатов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

В настоящее время в нашей стране, как и во всем цивилизованном мире, на первый план выдвигаются вопросы обеспечения безопасности как каждой отдельной личности, так и в целом всего общества. Обеспечение безопасности стало в ряд важнейших стратегических задач, которое должно обеспечивать каждое государство независимо от его геополитической роли, экономической или военной мощи. Особенно показательными в этом плане стали события 11 сентября 2001 года в США, а также целая череда террористических актов на Ближнем Востоке, в Российской Федерации, в странах Евросоюза, произошедшие уже в нынешнем XXI веке.

Вопросы обеспечения безопасности как в глобальном, так и в локальном аспектах могут быть решены, в том числе и, прежде всего, с использованием современных технических средств, использующих самые передовые алгоритмические, программные и технологические решения. Среди таких средств значительное распространение получили радиотехнические системы и устройства ближнего действия [1–4]. Такие системы и устройства наряду с общими вопросами, характерными для построения всех радиотехнических систем, имеют ряд специфических особенностей, связанных с небольшой удаленностью их приемопередающих антенн от обнаруживаемых, как правило, протяженных объектов [3, 5]. Локальность области обнаружения подразумевает создание устройств с высокой разрешающей способностью, требующих, в свою очередь, использования сложных зондирующих сигналов [6–13].

Личная и общественная безопасность самым непосредственным образом связана с обеспечением контроля и охраны различных открытых и закрытых территорий и объектов, к которым могут быть отнесены аэропорты, железнодорожные вокзалы, автомобильные стоянки и парковки, спортивно-концертные и торговые комплексы, различные помещения в частных и общественных зданиях. Немаловажными в современном обществе являются и вопросы, связанные с охраной и защитой личной, частной, общественной и государственной собственности [14– 20]. Обеспечение личной и общественной безопасности, равно как защита и охрана собственности – это экономические категории, являющиеся основанием стабильности и развития любого государства и роста благосостояния его граждан.

Для обеспечения контроля, защиты и охраны открытых и закрытых территорий в настоящее время широко применяются радиотехнические устройства охраны (РУО) [21–25], являющиеся разновидностью радиотехнических устройств обнаружения ближнего действия (РУОБД) и используемые в различных системах охранной сигнализации [26–29], в этих случаях их часто называют радиотехническими устройствами охранной сигнализации (РУОС). Основной особенностью таких устройств охраны является использование радиолокационных принципов обнаружения.

Постоянный рост внимания к названной проблеме проявляется разными фирмами и предприятиями различных форм собственности, связанными с разработкой, установкой и обслуживанием различных систем и устройств охраны, предназначенных для обеспечения контроля, охраны и защиты контролируемых территорий и пространств. Это проявляется также и в организации новых научнотехнических журналов, проведении конференций, симпозиумов, выставок, включении в учебные планы ведущих университетов дисциплин подобной направленности.

Вплоть до середины 90-х годов прошлого века вопросы безопасности, защиты и охраны личной собственности рассматривались в основном лишь в зарубежной печати; причем, как правило, они касались методов защиты информации [30, 31]. Ситуация начала меняться лишь в последние двадцать лет, когда наряду с работами иностранных авторов, например [4, 5, 22, 28, 32–43], стали появляться работы отечественных ученых [16,18, 44–52]. Следует отметить, что исследования в области радиосистем ближнего действия опираются на такие значимые работы, как например [53–57].

Важнейшей составной частью проблемы обеспечения безопасности и сохранности материальных ценностей является создание высокоэффективных систем и устройств охраны. За счет использования как известных принципов действия, так и новых, позволяющих полнее обеспечить высокую достоверность обнаружения и уменьшить ложные срабатывания, идет непрерывный процесс совершенствования технических характеристик таких систем и устройств, расширения их возможностей.

Использование новых технологий и элементной базы ведет к постоянному снижению массогабаритных параметров, совершенствованию алгоритмов обработки сигналов, использованию новых принципов действия и комплексированию нескольких принципов действия в одном устройстве охраны.

Несмотря на большое многообразие принципов, реализуемых в системах и устройствах охраны, следует выделить те из них, в которых реализуются радиотехнические принципы, имеющие общеизвестные достоинства: скрытность работы; защищенность от атмосферных воздействий; возможность осуществления непрерывного, объемного контроля в каждой точке охраняемого пространства; непрерывный контроль за работоспособностью самого устройства.

Степень разработанности темы исследования в настоящей области характеризуется следующими основными достижениями: рассмотрены общетеоретические вопросы построения и функционирования радиотехнических систем ближнего действия [3, 4, 14]; предложены вероятностные гипотезы, описывающие такие системы [58–67]; предложены основные функциональные схемы – одно- и двухканальные устройств охраны [26, 68–71].

Вопросам исследования параметров и характеристик радиотехнических устройств обнаружения ближнего действия посвящено много работ, например, [1, 2, 72–78]. Однако обзор литературы показал, что практически нет работ, в которых проводится статистический анализ зондирующих обнаруживаемый объект сигналов, вводятся критерии оценки качества радиотехнических устройств охраны, осуществляется оценка характеристик достоверности обнаружения систем и устройств охраны периметров, определяется оценка эффективности устройств охраны в условиях априорной неопределенности относительно положения и параметров движения протяженного объекта, получены законы распределения дальности действия устройств охраны, в том числе в двухмерной и трехмерной системах координат, а также получены выражения для определения вероятностей обнаружения в различных условиях наблюдения.

Актуальность темы нашла подтверждение в «Приоритетных направлениях развития науки, техники и технологий Российской Федерации», утвержденной Указом Президента РФ от 7 июля 2011 г. № 899, в направлении «Безопасность и противодействие терроризму».

Из вышеизложенного следует актуальность проблемы развития теории, принципов построения и средств реализации радиотехнических систем и устройств обнаружения и контроля протяженных объектов, работающих в условиях ближнего действия, в частности, их разновидности – радиотехнических систем и устройств охраны.

Более того, опыт использования таких систем и устройств, позволяет утверждать, что часто системы и устройства охраны должны не только обнаружить протяженный объект, но и определить параметры его движения.

Все разработки в области радиотехнических устройств и систем обнаружения ближнего действия, включая и представленную диссертационную работу, используют фундаментальные результаты исследований, полученные Ф.А. Басаловым, М. Бернфельдом, А. Вальдом, Л.Е. Варакиным, В.Е. Дулевичем, Д.Д. Кловским, И.М. Коганом, И. Я Кремером, Ч. Куком, Б.Р. Левиным, Р.В. Островитяновым, Ю.Г. Сосулиным, В.И. Тихоновым, А.П. Трифоновым, Г. Ван Трисом, Дж.П.

Хьюбером, Я.Д. Ширманом и др. отечественными и зарубежными учеными.

Объект исследования – радиотехнические системы и устройства обнаружения и контроля ближнего действия, используемые в системах охраны и системах измерения параметров движения протяженных объектов.

Предметом исследования являются модели и методы, предназначенные для создания эффективных радиотехнических систем и устройств обнаружения и контроля ближнего действия, в частности, используемые при создании радиотехнических устройств охраны.

Цели и задачи диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является проведение на основе предложенных критериев сравнительного анализа эффективности существующих и вновь создаваемых радиотехнических систем и устройств обнаружения и контроля протяженных объектов, применяемых для охраны открытых пространств, площадей и периметров, и выработка научно-обоснованных технических решений по их использованию в народном хозяйстве и частном бизнесе.

В соответствии с этим были поставлены и решены следующие основные задачи работы:

1. Анализ условий работы, вариантов построения, тактико-технических данных, характеристик точности и достоверности существующих радиотехнических систем и устройств охраны периметров, открытых и закрытых пространств с целью повышения их эффективности;

2. Разработка критериев оценки качества радиотехнических систем и устройств охраны периметров, открытых и закрытых пространств с учетом специфических особенностей их функционирования в условиях ближнего действия;

3. Анализ характеристик достоверности обнаружения протяженных объектов радиотехническими системами и устройствами охраны периметров и пространств в турникетном и прожекторном, а также локационном режимах;

4. Анализ характеристик достоверности обнаружения радиотехнических систем и устройств охраны в условиях априорной неопределенности относительно параметров движения обнаруживаемого протяженного объекта с учетом негауссовского характера отраженных сигналов и помех;

5. Вывод законов распределения дальности действия радиотехнических устройств охраны и достоверности обнаружения протяженных объектов, оценки достоверности обнаружения объекта на основе введенных статистических распределений дальности действия радиотехнических устройств охраны;

6. Статистический анализ накапливающейся вероятности обнаружения протяженных объектов в зоне контроля систем и устройств охраны, включающий в себя: анализ мгновенной вероятности обнаружения объектов системами и устройствами охраны; анализ ожидаемой вероятности обнаружения объектов системами и устройствами охраны; анализ оценки ожидаемой вероятности обнаружения подвижного объекта, а также получение аналитических зависимостей закона установления приборного контакта систем и устройств охраны;

7. Экспериментальное исследование статистических характеристик как самих сигналов, принимаемых радиотехническими устройствами охраны в результате отражения от движущихся протяженных объектов, так и длительностей выбросов их огибающих;

8. Разработка методики проектирования и осуществление выбора оптимальных параметров радиотехнического измерителя параметров движения протяженных объектов, работающего в широком динамическом диапазоне измеряемых скоростей в условиях пропаданий обрабатываемого сигнала при воздействии аддитивно-мультипликативных негауссовских помех.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:

* осуществлен статистический анализ сигналов и получены математические модели, адекватные реальным физическим явлениям в радиотехнических системах и устройствах охраны;

* разработаны критерии и даны оценки показателей эффективности радиотехнических устройств охраны открытых пространств с учетом протяженного характера обнаруживаемых объектов, непрерывно изменяющейся дальности, различных законов мгновенной вероятности обнаружения;

* проведен сравнительный анализ многоканальных структур систем и устройств охраны, дана оценка характеристик достоверности обнаружения протяженных объектов системами и устройствами охраны периметров, реализующих различные алгоритмы обработки;

* осуществлена оценка эффективности радиотехнических устройств охраны в условиях априорной неопределенности относительно положения обнаруживаемого протяженного объекта и его параметров движения, разработаны принципы и пути технической реализации адаптации устройств охраны;

* разработана методика проектирования и оптимизации параметров следящего измерителя параметров движения протяженных объектов в условиях одновременного воздействия мультипликативных и аддитивных в общем случае негауссовских помех.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость состоит в следующем: совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований составляют новое направление в области теоретических и практических методов анализа и решения проблемы создания эффективных радиотехнических устройств обнаружения ближнего действия в части вероятностных характерик обнаружения и законов распределения дальности действия радиотехнических устройств охраны, а также разработки методики проектирования и оптимизации параметров радиотехнических измерителей параметров движения протяженных объектов.

Диссертационная работа выполнена в рамках фундаментальных научноисследовательских работ, осуществляемых в Поволжском государственном университете сервиса: «Синтез алгоритмов и устройств охранных систем с повышенной достоверностью обнаружения на основе сверхчувствительных генераторных преобразователей», проведенной в 2011 году в рамках тематического плана по заданию Минобрнауки РФ (№ ГР 01201176447), «Анализ характеристик и повышение достоверности обнаружения устройств ближнего действия на основе эффекта повышенной чувствительности», проведенной в 2012-2013 годах в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (№ ГР 01201271317), и «Разработка и исследование методов обработки информации для бесконтактных систем анализа движения и контроля параметров наблюдаемых объектов», проводимой в 2014, 2015 годах в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (№ ГР 01201458513).

Практическая значимость заключается в следующем:

* на основании разработанной теории анализа систем и устройств охраны периметров и пространств даны рекомендации по созданию и модернизации систем обеспечения безопасности (охраны), использующих радиотехнические устройства обнаружения и контроля ближнего действия;

* впервые предложены критерии сравнительной оценки различных типов систем и устройств охраны, позволяющие на основе учета специфических особенностей функционирования устройств охраны, работающих в условиях ближнего действия, разработать требования к устройствам охраны открытых (закрытых) территорий;

Загрузка...

* предложена методика и определены статистические характеристики сигналов, отраженных от движущихся в зоне контроля систем и устройств охраны протяженных объектов (различных моделей автотранспортных средств);

* предложена методика проектирования и оптимизации параметров следящего измерителя параметров движения протяженных объектов, адекватная реальным условиям эксплуатации измерителя.

Разработанные методы и рекомендации прошли апробацию и внедрены для практического применения на промышленных предприятиях и в организациях различных сфер деятельности.

Результаты внедрения подтвердили целесообразность и корректность разработанных методов и алгоритмов, направленных на обеспечение эффективного функционирования радиотехнических устройств обнаружения ближнего действия при их эксплуатации, а также достижения высоких тактико-технических характеристик на этапе проектирования.

Результаты диссертационной работы могут быть в дальнейшем использованы для создания радиотехнических устройств обнаружения и контроля ближнего действия, обладающих повышенной достоверностью обнаружения протяженных объектов, имеющих заданные законы распределения дальности действия и обеспечивающих повышенную точность измерения параметров движения в условиях интенсивного воздействия мешающих воздействий.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей случайных процессов, математической статистики, статистической радиотехники, математического моделирования на ПК. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB 7.02. Экспериментальные исследования выполнены методами физического моделирования в реальных эксплуатационных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

* применение вновь разработанных критериев сравнительной оценки различных типов радиотехнических систем и устройств охраны периметров и площадей, таких как мгновенные вероятности обнаружения объекта устройством охраны и интенсивность обнаружения объекта по дальности, позволяет учитывать специфические особенности функционирования устройств ближнего действия и обоснованно осуществлять выбор и применение систем и устройств охраны;

* использование результатов анализа характеристик достоверности обнаружения радиотехнических систем и устройств охраны в условиях как априорной неопределенности относительно параметров движения протяженного объекта, так и с учетом негауссовского характера отраженных сигналов и помех, впервые позволяет дать инженерную оценку вероятности обнаружения, пропуска и ложного срабатывания радиотехнических устройств охраны периметров турникетного типа в реальных эксплуатационных условиях;

* использование результатов анализа эффективности обнаружения объектов устройствами и системами охраны с учетом протяженного характера названных объектов, непрерывно изменяющейся дальности, различных законов мгновенной вероятности обнаружения, позволяет определять ожидаемую вероятность обнаружения любого объекта, перемещающегося в зоне контроля системы охраны, в любой точке охраняемого пространства;

* использование результатов экспериментальных исследований статистических характеристик сигналов и длительностей выбросов их огибающих, отраженных от различных моделей транспортных средств, движущихся в зоне контроля устройств охраны, позволяет применять их для выбора и обоснования параметров и характеристик как существующих, так и разрабатываемых устройств охраны;

* применение методики оптимизации и расчетных соотношений для выбора оптимальных параметров радиотехнического измерителя, таких как значение собственной частоты, нормированный коэффициент усиления, постоянная времени, множитель затухания, позволяет осуществить проектирование помехоустойчивых следящих измерителей параметров движения протяженных объектов в условиях воздействия аддитивных и мультипликативных негауссовских помех.

Степень достоверности и апробация результатов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным использованием результатов исследований, применением классических методов теории радиотехнических систем, статистической обработки данных, а также практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанных систем, устройств и моделей.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами математического и физического моделирования, практической реализацией и внедрением разработок в организациях, занимающихся созданием многофункциональных радиотехнических систем и устройств обнаружения и контроля ближнего действия, а также их эксплуатацией.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы и внедрены при создании и модернизации систем охраны и систем измерения параметров движения, использующих радиотехнические устройства обнаружения ближнего действия, в ОАО «АВТОВАЗ», ОАО «Тяжмаш», ОАО «Жигулевский радиозавод», ООО «Жигулевская долина», на ряде других промышленных предприятий и в организациях различных сфер деятельности, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Результаты исследований использованы в учебном процессе Поволжского государственного университета сервиса (ПВГУС) и Технологического университета (г. Королев, Московская область), что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на заседаниях и научно-технических семинарах факультета информационно-технического сервиса и кафедры «Информационный и электронный сервис» ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет сервиса».

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: Международных научнотехнических конференциях «Наука – сервису» (Москва, 1998, 2006 гг.); межвузовской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и научные исследования в сфере сервиса» (Москва, 1999 г.); Российских научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2005, 2006 гг.); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Самара, 2005 г.); Международных научно-практических конференциях «Наука – промышленности и сервису» (Тольятти, 2006–2014 гг.); Международных научнотехнических конференциях «Синергетика природных, технических и социальноэкономических систем» (Тольятти, 2006, 2009 гг.); Всероссийских научнотехнических конференциях «Методы и средства измерений физических величин»

(Нижний Новгород, 2006, 2008, 2010 гг.); Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2006, 2007, 2012, 2015 гг.); Международных научно-практических конференциях «Состояние и перспективы развития инновационной деятельности в области сервиса» (Тольятти, 2006, 2007, 2009 гг.); Всероссийских научно-технических конференциях «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов» (Пенза, 2006, 2011 гг.); Международных научных конференциях «Татищевские чтения:

актуальные проблемы науки и практики» (Тольятти, 2007, 2012 гг.); V-ой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008 г.);

Международных научно-технических конференциях «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (Пенза, 2008, 2010 гг.); Международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2009 г.);

Международных заочных научно-технических конференциях «Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации» (Тольятти, 2011–2015 гг.);

Тринадцатой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии» («СИЭТ-2012») (Одесса, 2012 г.); Iой международной заочной научно-технической конференции «Алгоритмические и программные средства в информационных технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях» (Тольятти, 2013 г.); Международных симпозиумах «Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2013). Rostov-on-Don, Russia, September 27–30, 2013» и «Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2014). Kiev, Ukraine, September 26–29, 2014»; X-ой Белорусско-российской научно-технической конференции (Минск, 2012 г.); VIII-ой Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, 2014 г.); XI-ой Международной IEEE Сибирской конференции по управлению и связи SIBCONОмск, 2015 г.), а также на ряде зарубежных конференций.

Работа прошла апробацию на кафедре «Информационный и электронный сервис» ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет сервиса», а также на кафедрах «Информационные системы и радиотехника» ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» и «Информационные технологии и управляющие системы» ГБОУ ВПО МО «Технологический университет».

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 1 монография «Методы и алгоритмы анализа радиотехнических устройств обнаружения ближнего действия», 2 главы в коллективной монографии «Обработка и преобразование сигналов в радиотехнических и инфокоммуникационных системах»; 151 печатная работа общим объемом 56,44 п.л., в том числе 82 статьи, из них 51 работа в изданиях, входящих в перечень ВАК; а также 3 патента на полезные модели.

Личный вклад.

21 статья в изданиях, входящих в перечень ВАК, опубликованы соискателем без соавторов. В остальных работах соискателем выполнены: математические выкладки, численные расчеты, анализ полученных результатов. Все научные положения, расчетные и экспериментальные результаты, обладающие научной новизной и составляющие содержание настоящей работы, а также выводы, сформулированные в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 324 наименования, и приложения. Основной текст диссертации изложен на 272 страницах текста, содержит 76 рисунков и 9 таблиц. В трех приложениях, объемом 59 страниц, содержатся 19 таблиц и 16 рисунков с результатами статистической обработки длительностей пропаданий огибающей сигнала ниже заданного порогового уровня, результатами сравнительной оценки экономической эффективности разработанного измерителя параметров движения и материалы внедрения.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, определены научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Дается краткое описание по главам основных рассматриваемых вопросов. Приводятся сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе проведен анализ условий работы радиотехнических систем и устройств охраны. Показано, что одним из наиболее важных звеньев в системе охраны любого объекта являются средства обнаружения, которые можно подразделять на два типа: турникетного – для охраны периметров, и объемного (площадного) – для охраны территорий. Отмечено, что для оптимизации построения систем охраны, отвечающих требованиям надежности, необходимо комплексное использование различных типов устройств охраны. Проведен анализ характеристик точности и надежности радиотехнических устройств охраны открытых территорий. Показано, что наиболее широкое распространение в системах охраны нашли радиотехнические устройства ближнего действия. Предложены системные критерии оценки, позволяющие осуществлять сравнение различных систем и устройств охраны, учитывая их специфические особенности функционирования при работе на малых расстояниях (в условиях ближнего действия).

Осуществлен выбор и обоснование моделей возмущающих воздействий на радиотехнические устройства охраны СВЧ типа с учетом многолучевого характера сигналов, отраженных от протяженных объектов. Разработаны требования к устройствам охраны и контроля больших открытых (и закрытых) территорий. Осуществлена постановка задачи исследования диссертационной работы.

Во второй главе проанализированы причины пропуска движущегося объекта устройствами охраны периметра в турникетном и прожекторном режимах.

Осуществлен анализ выбора оптимального порогового напряжения устройств охраны периметров в условиях «просачивающегося» сигнала. Проведен анализ радиотехнических устройств охраны периметров турникетного типа, работающих в двух режимах: обнаружения посредством приема отраженного сигнала и обнаружения в результате экранирования объектом сигнала, излучаемого передатчиком. Рассмотрены структурные схемы и особенности работы таких устройств (датчиков). Осуществлена оценка достоверности обнаружения объектов устройствами охраны периметров турникетного типа. Получены выражения, позволяющие дать инженерную оценку вероятности обнаружения, пропуска и ложного срабатывания радиотехнических устройств охраны периметров турникетного типа. Осуществлен анализ характеристик обнаружения радиотехнических устройств (датчиков) с учетом реальных плотностей распределения вероятности амплитуды (огибающей) сигналов, отраженных от протяженных объектов. Получены инженерные выражения, позволяющие оценить вероятности обнаружения и пропуска устройствами охраны протяженных объектов, амплитуда сигналов отраженных от которых описывается ПРВ Накагами. Получены зависимости, позволяющие оценить влияние характера мешающих отражений на величину ложного срабатывания устройства охраны. Осуществлен анализ обнаружения протяженных объектов в условиях априорной неопределенности относительно параметров их движения.

Осуществлен теоретический и численный анализ, позволяющий дать оценки потенциально достижимой точности измерения скорости движения протяженных объектов устройствами охраны, построенными на доплеровском принципе в пороговом режиме демодуляции.

В третьей главе получены законы распределения дальности действия радиотехнических устройств охраны применительно к движущемуся протяженному объекту в зависимости от скорости его движения, характера отражающей поверхности, условий работы радиотехнических устройств охраны, с учетом статистических характеристик отраженных сигналов, а также формы диаграммы направленности радиотехнического устройства охраны. Получены оценки достоверности обнаружения протяженных объектов на основе статистических распределений дальности радиотехнических устройств охраны. Получены аналитические соотношения для функции распределения дальности действия устройств охраны, позволяющие оценить вероятность обнаружения протяженного объекта, проникающего в зону контроля названных устройств. Введено понятие и найдены мгновенные вероятности обнаружения объектов системами и устройствами охраны для хороших, нормальных и плохих условий обнаружения. Получены выражения оценок ожидаемой вероятности обнаружения движущегося объекта как в постоянных, так и в изменяющихся условиях обнаружения. Получены аналитические зависимости закона установления приборного контакта систем и устройств охраны при изменении расстояния между протяженным объектом и устройством охраны в двухмерной и трехмерной системе координат. Предложена методика, позволяющая оценить ожидаемую вероятность обнаружения любого перемещающегося в зоне контроля системы охраны объекта в любой точке охраняемого пространства. Кроме того, методика позволяет рассчитать универсальную характеристику эффективности обнаружения объекта на рубеже охраны, изображаемую в виде поля из серии эквипотенциальных кривых, равных суммарным вероятностям обнаружения объекта в зависимости от глубины его проникновения в зону контроля.

В четвертой главе обоснована и разработана методика исследования статистических характеристик сигналов, принимаемых устройствами охраны. Осуществлен анализ статистических характеристик как самих сигналов, отраженных от протяженных объектов (транспортных средств), так и длительностей выбросов их огибающих. Проанализированы причины и факторы, влияющие на ширину энергетического спектра отраженного сигнала, а, следовательно, на точность измерения параметров движения обнаруживаемых протяженных объектов (транспортных средств) устройствами охраны. Определены зависимости коэффициента пропадания от порогового уровня. Дана сравнительная оценка экспериментальных и теоретических зависимостей коэффициента пропадания от порога обработки и параметров распределения огибающей сигнала, принимаемого устройством охраны. Рассмотрены вопросы практической реализации систем охраны, успешно реализованных на различных объектах.

В пятой главе осуществляется оптимизация и экспериментальное исследование низкочастотной части радиотехнического измерителя параметров движения протяженных объектов. Показано, что определение параметров движения обнаруживаемого протяженного объекта может быть использовано в системах и устройствах охраны для анализа траектории движения объекта и, как следствие, для определения потенциальной опасности его вторжения в пределы охраняемой территории. Экспериментальным путем показано, что на ширину спектра доплеровского сигнала наибольшее влияние оказывает ускорение протяженного объекта. Предложена методика проектирования и осуществлен выбор оптимальных параметров радиотехнического измерителя параметров движения, обеспечивающих высокую помехоустойчивость измерителя. Проведены экспериментальные исследования работоспособности и помехоустойчивости измерителя в широком динамическом диапазоне изменения измеряемых скоростей, в условиях пропаданий отраженного сигнала, при одновременном воздействии аддитивных и мультипликативных негауссовских помех в реальных условиях эксплуатации, которые показали его высокую надежность, помехоустойчивость и достоверность при измерении скорости движения протяженных объектов.

В заключительном разделе диссертации приведены основные выводы и результаты выполненной работы.

В приложениях содержатся результаты статистической обработки длительностей пропаданий огибающей сигнала ниже заданного порогового уровня, результаты сравнительной оценки экономической эффективности разработанного измерителя параметров движения протяженных объектов, а также материалы внедрения результатов диссертационной работы.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ ОХРАНЫ

В основе системы контроля, защиты и охраны любого объекта лежит принцип создания последовательных рубежей охраны, в которых угрозы должны быть своевременно обнаружены, а их распространению будут препятствовать надежные преграды. Такие рубежи должны располагаться последовательно, от ограждения вокруг охраняемой территории до непосредственно охраняемого объекта на этой территории либо до охраняемого объекта в пределах здания.

Чем сложнее и надежнее защита каждого рубежа, тем больше времени потребуется на ее преодоление, и, следовательно, тем больше вероятность того, что средства обнаружения угроз (различные системы и устройства охраны) подадут сигнал тревоги. Это, в свою очередь, даст больше времени сотрудникам службы безопасности (охраны) для определения причины тревоги и организации эффективной ликвидации возникшей угрозы.

Основу планировки и оборудования рубежей охраны должен составлять принцип равнопрочности их границ [16, 20], то есть границы не должны иметь слабых и незащищенных участков.

Важной составной частью системы контроля, защиты и охраны объекта является персонал службы безопасности, основной задачей которого, является поддержание в постоянной работоспособности всей системы контроля, защиты и охраны объекта.

Одним из наиболее важных звеньев в системе контроля, защиты и охраны любого объекта являются РУОБД, принцип действия которых построен на радиолокационном обнаружении объекта [3, 79–83]. Обычно, устройство обнаружения выдает команду управления для других средств системы охраны. Например, по сигналу тревоги приводятся в действие такие средства, как автоматическая блокировка дверей и включения сигналов звукового оповещения.

Радиотехнические устройства обнаружения условно различают на следующие:

– объемные (или площадные), позволяющие контролировать пространство;

– линейные (или поверхностные), контролирующие территории и здания по периметру;

– локальные (или точечные), призванные контролировать отдельные объекты.

Объемные радиотехнические (оптические) средства (датчики), контролирующие пространство, как правило, состоят из двух частей: передатчика, излучающего зондирующий сигнал, и приемника. При появлении угрозы, приемник фиксирует измененный сигнал [76, 84–88].

Устройства, используемые для охраны территорий по периметру или внутренних рубежей и периметров объектов (их также принято называть турникетными [89, 90]), по принципу действия совпадают с устройствами обнаружения, контролирующими пространство. Различие, как правило, заключается лишь в конструкции и технических характеристиках, например, в ширине диаграммы направленности (ДН) антенн того или иного устройства.

Широкое применение в РУО, как уже отмечалось выше, нашли радиолокационные системы (РЛС) ближнего действия (БД) [11, 91, 92].

Рынок систем безопасности и охраны характеризуется высокими темпами роста. Так, только в США годовой объем продажи устройств охраны, построенных на базе РЛС БД, уже в 1980 году составил около 9 млрд. долларов в год [93].

А в 2014 году объем продаж только одной компании Honeywell International превысил 37 млрд. долларов [94]. При этом более чем пятнадцать процентов жилищ американцев оборудовано охранной сигнализацией, средняя стоимость которой составляет 2…3 тысячи долларов. Однако, несмотря на это, каждые 15 секунд происходят кражи с взломом, каждые 30 секунд – угон автомобиля [95]. Для нашей страны, в свете значительного роста числа преступных посягательств на общественную и личную безопасность и имущественные ценности в последние годы, использование систем и устройств охраны как в общественных, так и в частных зданиях является весьма актуальной проблемой.

Характерно, что все чаще об этом секторе экономики говорят, используя термин «индустрия безопасности». Развитие индустрии безопасности эксперты связывают, прежде всего, с ростом экономики в тех ее отраслях, которые предъявляют по роду своей деятельности специфический, характерный спрос на системы безопасности: развитие системы самообслуживания в торговле, развитие строительной отрасли, увеличение доли «интеллектуальных зданий» и пр. Безусловно, традиционным и возрастающим остается спрос различных оборонных и силовых структур, промышленных предприятий и транспортных комплексов.

Особенностью спроса на услуги и системы безопасности является их рост даже в условиях экономического спада, поскольку активность террористических группировок различного толка и организованной преступности во время экономических кризисов, как правило, только нарастает. Можно отметить, что преимущественно рост российского рынка систем безопасности определяется теми же факторами, что и в целом в мире. Вместе с тем, специфическими факторами роста аналитики РБК отмечают рост культуры использования системами безопасности и рост доли названных систем российского производства.

По данным экспертов компании Oppenheimer & Co. [96], «…мировой рынок систем и услуг безопасности характеризуется высокой фрагментарностью, большим удельным весом высокотехнологичной продукции, зависимостью от правительственных заказов, слабой прогнозируемостью доходов…» [97]. Из чего следует, что используемые данные о рынке систем и услуг безопасности характеризуются высокой противоречивостью.

Тем не менее, по оценкам различных источников индустрия безопасности во всем мире характеризуется как успешная отрасль [98]: «По оценке компании General Electric, одного из крупнейших производителей средств и систем безопасности, объем мирового рынка безопасности ежегодно растет на 7…12% и составляет сегодня примерно 160…170 млрд. долларов. По последнему исследованию Freedonia Group, оборот мирового рынка безопасности составил в 2014 г. 17 млрд. долларов, в том числе по рынку услуг – 108 млрд. долларов, по рынку средств безопасности – 64 млрд. долларов. К этим цифрам можно прибавить рынок систем и решений в области информационной безопасности, который, повидимому, остался за рамками приведенных выше оценок. В 2014 г. он составил 21,9 млрд. долларов (данные The Yankee Group)».

По данным того же источника в структуре мирового рынка средств и систем безопасности системы защиты от вторжения (датчики нарушения периметра и охранная сигнализация) составляют около 31% объема (в России около 8%).

Над разработкой устройств охраны работает целый ряд крупнейших фирм, как у нас в стране, так и за рубежом, таких как, безусловно, крупнейшие General Electric, Honeywell, Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, Siemens, Bosch, Pelco, Tyco International Ltd., United Technologies Corporation, Assa Abloy AB, IngersollRand Company Ltd., «Алмаз», «Протон», так и средние и небольшие «

Защита информации», «Маском», «Поулидж экспресс», «Скантек», «Анкад», «Шлаг», «Видеофон», АРА «Меньюфекчуринг», «Майкролоджик», ЭМС «Электроника», «Чепмен секьюрити», «Видеосистем», «Аргус-Спектр», «Безопасность», МГП «Спецавтоматика», НИКИРЭТ, «Радиан» и многие другие [99–101].

Развитие рынка систем безопасности было бы невозможным без НИОКР в области разработки и создания современных и функционально завершенных радиотехнических устройств обнаружения. Значительное место в этих работах занимает разработки и модернизация радиотехнических (радиолокационных) датчиков (РД), являющихся ключевым компонентом РУО. Так только в период последней четверти ХХ века в Японии выдан ряд патентов на волноводные СВЧголовки для доплеровских обнаружений движущихся объектов. Головки состоят из полупроводникового генератора, диода и рупорной антенны. Изобретения касаются введения различных согласующих устройств в волновод с целью повышения чувствительности на 5…10 дБ. В США также с завидной регулярностью выдаются патенты на различные конструкции волноводных головок, например, для доплеровских радиолокаторов с различными дополнительными неоднородностями, помещенными между резонатором и смесителем [102], между смесителем и диодом [103], использующие распределенный спектр [104], с двумя детекторными диодами и ферритовым элементом [105] с целью повышения чувствительности на 5…10 дБ. Одна из заявок [106] посвящена головке РЛС БД с видеоимпульсами длительностью 200 нс и частотой повторения 10 кГц. Средняя мощность 1 мкВт.

Конструкция отличается простотой и отсутствием СВЧ-генераторов и усилителей.

Недостаток – малая чувствительность и пониженный потенциал.

Очень интересна радиолокационная головка, созданная фирмой Phlllpg (Франция), с возможностью частотой модуляции в монолитном исполнении [107].

Размер кристалла, на котором размещен СВЧ-генератор с варакторной перестройкой, буферные усилители передатчика и гетеродина, входной усилитель приемника и балансный смеситель составляет всего 1,3 1,75 мм. Работает головка на частоте 5,8 ГГц с электронной перестройкой до 400 МГц при выходной мощности 5 мВт.

В настоящее время разработано и запатентовано большое количество разнообразных систем и устройств охраны, построенных на базе РЛС БД. Так, например, в патентах [108, 109] предлагаются устройства, реагирующие на появление в зоне контроля только движущихся объектов. Зона контроля предлагаемых устройств, при этом, зависит как от эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) объекта, так и от скорости его движения, что приводит к относительно большому числу ложных тревог, что в целом недопустимо для систем охраны.

В [110] описано двухпозиционное устройство охраны, работающее в диапазоне 5,8 ГГц и обеспечивающее охрану в зоне контроля, ограниченной в плане эллипсом. Работает оно с импульсной модуляцией при длительности импульса 6 нс и частоте посылок 45...92 кГц. Импульсная мощность – менее 100 мВт, а общая потребляемая мощность 1,0 Вт. Это устройство способно обнаружить объекты, двигающиеся со скоростями от 2 см/с до 100 см/с. Изменяя частоту посылок, можно менять размер зоны контроля устройства охраны.

В [111] предлагается РЛС БД с амплитудной и частотной модуляцией для обнаружения нарушителей в зоне контроля на малых и больших расстояниях.

В ряде работ [112–114] описаны РЛС БД с ограничением зоны контроля, работающие с короткими импульсами, частотной модуляцией или с использованием мер, препятствующих распространению энергии СВЧ вне охраняемой зоны.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
Похожие работы:

«Попов Александр Сергеевич ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭФИРНОГО ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ Специальность 05.12.04 – радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Диссертация на соискание учёной степени кандидата...»

«СМИРНОВА ЛАРИСА ПЕТРОВНА ДИЗАЙН ИЗДЕЛИЙ ПО УХОДУ ЗА РЕБЁНКОМ ПЕРВОГО ГОДА ЖИЗНИ Специальность: 17.00.06 – Техническая эстетика и дизайн ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата искусствоведения Научный руководитель: доктор искусствоведения, профессор Грашин Александр...»

«Туляков Юрий Михайлович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ Специальность 05.12.04. Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант доктор технических наук, профессор М.Д. Венедиктов Москва 2015 г. ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ГЛАВА 1. Анализ развития передачи данных в системах и сетях 25 подвижной наземной...»

«Самищенко Алексей Сергеевич Научные основы дактилоскопии и перспективы их развития Специальность 12.00.12 — криминалистика; судебно-экспертная деятельность; оперативно-розыскная деятельность Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель:...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.