Физическая защита объектов

      Московский  государственный технический университет

      им. Н. Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Домашнее  задание № 1

      по  курсу “Физическая защита объектов” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Выполнил: студент гр. ЗИ-91

      Бойко О.А.

      Проверил: Гродецкий А.Е. 
 
 
 
 
 

      Москва

      2006 г.

1. задание

1. Описать принцип  действия, назначение и основные характеристики приведённых средств обнаружения (см. таблицу 1).
2. Сравнить средства обнаружения между собой.
3. Провести оценку основных характеристик подсистемы обнаружения для случая, когда она содержит 3-и рубежа, алгоритм функционирования - «2 из 3»; τ=30 сек. Длина периметра объекта составляет 3 км. Значения характеристик берутся из паспортных данных на конкретные типы средств.

      Таблица 1.

2. решение

1. Принцип действия, назначение и основные характеристики средств обнаружения

1. Ёмкостные средства обнаружения

      Ёмкостное средство представляет собой протяженный чувствительный элемент, называемый также “антенной системой” (рис. 1, 3). Нередко его оборудуют в виде “козырька” из проводов над оградой. Появление человека вблизи “антенн” или их касание меняет емкость системы. Измененный электрический сигнал и после соответствующей обработки электронным блоком вызывает сигнал тревоги. 
 
 

Рис. 1. Ёмкостное периметровое средство обнаружения “Радиан-14”.

Рис. 2. Защита коммуникаций.

Рис. 3. Схема установки ёмкостного периметрового средства обнаружения “Радиан-14”.

      К преимуществам ёмкостных средств относится то, что они не имеют “мертвых зон” и обладают стабильной высокой чувствительностью, при этом зона обнаружения регулируется и может быть очень узкой.

      Емкостные средства обнаружения наиболее эффективно применять:

• на объектах, имеющих механически прочные ограды (заборы из железобетонных плит, кирпичные, металлические), особенно там, где непосредственно в ограждение встроены здания КПП и другие постройки;
• на периметрах со сложной конфигурацией и рельефом;
• на объектах оборудованных въездными распашными или раздвижными воротами, особенно если над ними проведены крупногабаритные технологические трубопроводы, где практически невозможно использовать лучевые извещатели.

      При правильной установке и тщательном выполнении требований документации прибор “Радиан” дает очень мало ложных срабатываний даже в сложных метеорологических условиях - при дожде, ветре, снегопаде, тумане и т.п. Он обладает хорошей совместимостью с другими средствами сигнализации. Низкое напряжение на антенне (в пределах нескольких вольт) абсолютно безопасно для человека.

      Однако  преимущества емкостных средств  могут быть сведены на нет непрофессиональным проектированием, некачественным монтажом и, самое главное, безответственной эксплуатацией.

      Есть  несколько общих правил, которые  следует соблюдать при оснащении  участка периметра этим видом средств:

• длина каждого фланга не должна отличаться от другой на величину не более чем 1 секции (2,5 – 4 м);
• число изоляторов на флангах не должно различаться более чем на 2;
• секции антенных частей флангов должны быть надежно соединены электросваркой в единый фланг;
• вдоль всего участка на расстоянии 100 – 300 мм от нижней части антенны должна быть проложена шина заземления, подсоединенная к очаговому заземлению с сопротивлением растекания не более 10 Ом;
• минимальный воздушный зазор между антенной и генераторным проводом, между генераторным проводом и заземленными конструкциями не должен быть меньше 20 мм, а расстояние между “землей” и антенной должно быть порядка 100 мм;
• расстояние от антенны до веток деревьев должно быть не менее 1,5 м.

      Пересекающие  периметр технологические конструкции, (например, воздушные трубопроводы или подземные коллекторы) должны оснащаться индивидуальными антенными системами на изоляторах, в том числе запирающейся на замок калиткой, исключающей возможность преодоления сигнализационного рубежа без касания (рис. 2).

      Не  дают ложных срабатываний при тумане любой плотности, дожде, снегопаде, гололеде, граде, ветре, при грозовых разрядах, УКВ-станций и сотовых телефонов, расположенных более чем в 2 м от заграждения. Но если в пределах зоны действия находится деревья, кустарник, то при ветре происходит движение веток, что в свою очередь приводит к изменению ёмкости, а, следовательно, и к ложному срабатыванию. Также в пределах зоны наблюдения не должны находится животные. Следовательно, выгодно делать создавать зон отчуждения.

      Основные  технические характеристики у ёмкостного периметрового средства обнаружения следующие:

• длина зоны обнаружения;
• напряжение питания;
• потребляемая мощность;
• габаритные размеры;
• диапазон рабочих температур;
• наработка на отказ;
• время наработки на отказ;
• вероятность обнаружения.

      Технические характеристики ёмкостного периметрового средства обнаружения “Радиан-14” представлены в таблице 2.

      Таблица 2.

2. Радиолучевые средства обнаружения

      Предназначены для создания сигнализационных рубежей  охраны протяженных участков местности, периметровой части объектов, блокировки верхней части стационарных заграждений.

      Рудиолчевые средства обнаружения (РЛСО) используют дальнюю зону распространения радиоволн (более 100λ).

      В зависимости от принципа действия различают  активные или пассивные РЛСО.

      Пассивные РЛСО используют собственное излучение объекта обнаружения или вызываемое им изменение электромагнитных полей (ЭМП) внешних источников.

      Активные  РЛСО используют собственный источник ЭМП для формирования чувствительной зоны (ЧЗ).

      Различают одно- и двухпозиционные РЛСО:

• однопозиционные имеют общий блок приёмопередатчика;
• двухпозиционные имеют разнесённые блоки приёмника и передатчика.

      Пассивные РЛСО применяются для обнаружения нарушителей, имеющих собственное электромагнитное излучение.

      Форма чувствительной зоны для пассивных РЛСО определяется формой диаграммы направленности антенные. В первом случае она, как правило, круглая, а используемый диапазон лежит в пределах от 10 Гц до 10 ГГц. Во втором случае чувствительная зон имеет лучевую форму и используется метровый и дециметровый диапазоны.

      Активные  однопозиционные РЛСО включают в  себя:

• однопозиционную РЛС;
• нелинейный радиолокатор;
• однопозиционное микроволновое СО.

      Однопозиционные РЛС метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов применяются для контроля территории, прилегеающей к особо важным объектам, охраны береговой полосы, прибрежной зоны.

      Нелинейный  радиолокатор использует широкополосный сигнал специальной формы и предназначен для обнаружения человека за неподвижными физическими преградами и укрытиями.

      Однопозиционные микроволновые СО используют для  временного блокирования разрывов в заграждении, охраны объёмов неотапливаемых помещений, входов в охраняемые здания, для перекрытия “мёртвых зон” радиолучевых рубежей охраны периметров, организации скрытых рубежей блокирования в охраняемых помещениях.

      Данные  СО работают в дециметровом, сантиметровом  и миллиметровом диапазонах. Для обнаружения используется изменение расположения стоячих волн в охраняемом объёме при появлении объекта обнаружения, либо проявления эффекта Доплера при движении объекта обнаружения.

      Двухпозиционные РЛСО работают в дециметровом, сантиметровом  и миллиметровом диапазонах и используются для блокирования периметров объектов, мест временного расположения войсковых подразделений, грузов и т.п. полезный сигнал формируется за счёт изменения объектом обнаружения (нарушителем) сигнала связи на входе приёмника.

      Все двухпозиционные РЛСО имеют объемную зону обнаружения – “вытянутый” эллипсоид вращения, диаметр которого в середине зоны составляет от 70 до 600 см (в зависимости от параметров антенн и частоты излучения). Эти средства применимы там, где обеспечена прямая видимость между передатчиком и приемником, то есть отсутствуют в зоне обнаружения неровности почвы выше 40 см, кустарник, ветви деревьев и пр., вблизи не должен проезжать автотранспорт. Такие средства рассчитаны на обнаружение нарушителя, преодолевающего сигнализационный рубеж в полный рост или согнувшись.

      Применение  радиолучевые средств возможно в  нескольких вариантах:

• если на объекте нет заграждения (ограды), то премники-передатчики располагаются по линии воображаемого периметра, стойки устанавливаются на грунте, закладные элементы стоек для устойчивой юстировки бетонируются, кабель укладывается в грунт;
• там, где имеется ограда, возможны варианты крепления стоек на грунте, на ограде или на стене здания. Для предотвращения случайного попадания в зону обнаружения проходящих поблизости людей за ее пределами рекомендуется с помощью дополнительной ограды оборудовать предзонник.

      Непосредственно у стоек зона чувствительности резко сокращена, поэтому приемники и передатчики соседних участков должны устанавливаться с перекрытием в 7-15 м.

      Охраняемую  зону необходимо соответствующим образом  подготовить: произвести планировку, удалить  кустарники и деревья (допустимо оставить несколько крупных деревьев, однако их нижние ветви должны быть не менее чем в 4 м от земли), другие посторонние предметы. В дальнейшем следует периодически выкашивать траву, снег. Высота снежного покрова не должна превышать 0,5 м, в противном случае необходима дополнительная подстройка приемников-передатчиков: изменение высоты их крепления на стойках с соответствующей юстировкой антенных устройств.

      Рассмотрим  некоторые средства обнаружения:

• РАДИЙ-1. Это устройство имеет несколько меньшую в сравнении с другими средствами длину охраняемого рубежа (до 200 м). Оно включено в Перечень ГУВО МВД и рекомендуется для применения на объектах, охраняемых подразделениями МВД.
• РАДИЙ-2. Электромагнитное поле (радиоволны) в пространстве между блоком передающим и блоком приемным создают объемную зону охраны в виде вытянутого эллипсоида вращения. Изменение этого поля, при пересечении зоны охраны нарушителем, анализируется блоком приемным, который формирует сигнал тревоги. Сигнал тревоги выдается блоком приемным при пересечении зоны охраны человеком или группой людей в полный рост или пригнувшись. Программа встроенного микропроцессора обеспечивает способность извещателей серии «Радий-2» адаптироваться к воздействию самых различных помех: мелкие животные и птицы, снег, дождь, туман, сильный ветер, вибрация, СВЧ- излучение, лектростатические и грозовые разряды, электромагнитные помехи и т.п.
• ПИОН-Т уже много лет применяется для охраны периметров, особенно в качестве второго сигнализационного рубежа. Одно из достоинств этого устройства - низкая цена.
• РИФ-РЛ отличается высокими эксплуатационными характеристиками, устойчив в работе, что является следствием строгого контроля качества на заводе-изготовителе. Приемник, передатчик, стойка с телескопической регулировкой, закладной элемент для бетонирования и защищенные металлорукавом жгуты очень удобны для монтажа. В конструкции РИФ-РЛ использованы лучшие решения его предшественников - систем ГЕОРГИН и ПРОТВА. К сожалению, РИФ-РЛ пока мало известен на рынке охранных средств.
• ГАРУС - отличается от вышеперечисленных средств практическим отсутствием "мертвых зон" и малым потреблением энергии.
• ЛЕНА-2 - имеет небольшую зону обнаружения (диаметр не более 1 м при длине 125 м). Может использоваться для прикрытия окон в зданиях на 1 и 2 этажах, на других отдельных участках охраняемого контура. Отличается высокой стоимостью.
• ПРОТВА. Это средство обнаружения целесообразно применять на периметрах, имеющих множество изгибов в азимутальной плоскости. Теоретически 5 приемо-передающих пар позволяют оборудовать одним сигнализатором столько же участков общей длиной 500, а практически, с учетом перекрытия участков, - 400 м. ПРОТВА может быть рекомендована для оснащения небольших объектов (например, четыре участка вокруг склада-ангара плюс один у въездных ворот). Стоимость оснащения условного метра периметра этим средством довольно высока.
• РЛД-94 поставляется в трех модификациях с длинами зон обнаружения соответственно 30, 100 и 300 м. Его рационально использовать для защиты ворот, разрывов в ограждении, которые могут образовывать, например, подъездные железнодорожные пути, водными пространствами и др. Модификации на 100 и 300 м представляют собой базовый комплект (передатчик-приемник), рассчитанный на 30 м, дооснащенный специальными отражателями - довольно громоздкими, но не дорогими.
• ФОН-1 (выпускается АО “МЗЭП”) и ШТОРМ-2 (завод “Арсенал”). Оба эти средства включены в Перечень ГУВО МВД и позволяют защищать открытые площадки до 300 м2 (регулируемая зона обнаружения до 50х10 м). Их также можно использовать для охраны локальных участков, на которых допустима зона обнаружения с “размытыми” краями.
• РИФ-РЛМ. Принцип действия основан на создании в пространстве между передатчиком и приемником электромагнитного поля и регистрации изменения этого поля при пересечении зоны обнаружения нарушителем. Трасса состоит из участков, образованных парами передатчик-приёмник. Поверхность зоны обнаружения должна быть выровнена, при этом максимальное отклонение от плоскости, проходящей через основания стоек, не должно превышать ±0,4 м. Высота травяного покрова – не более 0,5 м, в зимнее время расстояние от осевой линии до поверхности снега – не менее 0,3 м. В зоне обнаружения не должно быть посторонних и перемещающихся предметов (в том числе кустов и крон деревьев) в пределах ±3,0 м от осевой линии. Осевая линия должна быть параллельна поверхности участка. Оптимальная высота положения приёмника и передатчика от поверхности земли составляет 0,8-1,2 м (рис. 4).

Рис. 4. Принцип  действия РЛСО РИФ-РЛМ.

      Основные  технические характеристики РЛСО следующие:

• длина зоны обнаружения;
• высота зоны обнаружения;
• скорость пересечения, при которой происходит срабатывание;
• напряжение питания;
• потребляемая мощность;
• средняя мощность излучения;
• частота излучения;
• габаритные размеры;
• диапазон рабочих температур;
• время наработки на отказ;
• Время наработки на ложное извещение;
• вероятность обнаружения;
• длина мертвой зоны;
• время восстановления извещателя после выдачи тревожного сообщения.

      Технические характеристики РЛСО “РЛД-СМ”, “АТОМИН-1” представлены в таблице 3.

      Таблица 3.

3. Сейсмические средства обнаружения

      Принцип действия сйсмических средств обнаружения (ССО) основан на регистрации колебаний, возникающих в грунте при перемещении человека по поверхности земли. Чувствительные элементы (ЧЭ) установленные в поверхностном слое грунта ан глубине 20…50 см, преобразуют сейсмические колебания в электрические сигналы, поступающие на вход СО. Участок местности, преодоление которого должно быть обнаружено сейсмическим средством, называется зоной обнаружения (ЗО). ССО можно условно разделить на 2 класса: для блокирования малых участков местности и для охраны протяжённых рубежей. Обычно, первые ССО имеют ЗО, близкую по форме к кругу, радиус которого не превышает 3…5 м. Протяжённость ЗО ССО второго класса находится в пределах от 10 до 100 м, а ширина – от 5 до 20 м. В качестве ЧЭ используются точечные ЧЭ – сейсмоприёмники и протяжённые ЧЭ – трибокабели, эластичные трубы с жидкостью, соединённые с датчиками давления или волоконно-оптичиские преобразователи.

      Одним из самых распространённых вариантов ССО для протяжённых рубежей является вариант, когда точечные чувствительные элементы устанавливаются в один или два ряда, образуя линейную часть сигнализационного средства на охраняемом рубеже.

      В таблице 4 сведена информация о ССО, которая определяет их функциональные особенности и ограничения на условия применения. Их использование, несмотря на повышенную погонную стоимость по сравнению с заградительными СО, незаменимо в случаях повышенной секретности (при условии маскируемости, пассивного способа действия), где требуется высокая вероятность обнаружения, при потенциальной возможности прорыва “туннеля” под объектом охраны, для особо важных объектов – как второй рубеж охраны (первый – заградительное СО).

Таблица 4.

      Наибольшие  перспективы развития сейсмического  принципа обнаружения связаны с комплексированием (лучше на базе единого ЧЭ) с другими принципами – магнитометрическим, радиоволновым (на эффекте ЛВВ).

      На  рисунке 5 представлена классификация  ССО по виду используемых ЧЭ, физическим законам функционирования и приведены примеры ССО. 
 

Рис .5. Классификация  ССО.

      В комбинированном периметровом средстве обнаружения “Дуплет” (“Дедал”) сейсмический канал обнаружения обеспечивает распределенный “трибоэлектрический” ЧЭ в виде 3-х параллельных линий специального кабеля КТПЭДЭП (ТУ 16.К71-054-89), уложенных в грунт на глубину 30±5 см на расстоянии приблизительно 1 м друг от друга. ЗО длиной до 500 м разбита на два фланга. Усиленный трибоэффект в кабеле обусловлен:

• относительно большим диаметром кабеля (14 мм) и соответственно большой поверхностью восприятия колебаний грунта;
• применением щлицованной оболочки внутреннего изолятора для увеличения подвижности внешнего экрана;
• применением полиэтилентетрафталатной ленты, обеспечивающей увеличение разности работ выхода пары металл (экран)/диэлектрик.

      Из-за узости ЗО одного кабеля ЧЭ (не более  ±60 см), для обеспечения нормальной ЗО, непреодолимой случайным прыжком, применяется совокупность линий, которая в “летних” условиях обеспечивают вероятность обнаружения нарушителя не менее 0,97…0,98. В зимних условиях полезные сигналы уменьшаются в среднем в 4…5 раз, и вероятность обнаружения составляет 0,92…0,95. При условии “промерзшего” грунта (маловероятное событие при такой глубине укладки) или наста снега толщиной до 50 см, выдерживающего вес человека (более вероятное событие в марте-апреле), сигналы уменьшаются еще в 3…4 раза, и вероятность сейсмического обнаружения падает до 0,6…0,7. Поскольку в СО “Дукат” имеется второй канал магнитометрического обнаружения, который автоматически увеличивает свою чувствительность в таких условиях, фатального снижения суммарной вероятности обнаружения не происходит (обеспечивается Р₀ не менее 0,8 в самых “критичных” условиях, в среднем не менее 0,9). Увеличение сейсмочувствительности ЧЭ ограничено собственным шумом кабеля, обусловленным случайными механизмами, в том числе температурными изменениями емкости, спорадическими микроотрывами экрана от изолятора под действием напряжений.

      Помехоустойчивость  сейсмического канала обнаружения  обеспечивается регистрацией сигналов в двух частотных диапазонах, раздельной и коррелированной цифровой обработкой сигналов с 3-х линий ЧЭ с помощью импортной микро-ЭВМ. Средняя наработка сейсмического канала составляет не более 200 час (для СО в целом – не менее 1500 час), источниками ложных тревог могут являться: крупные и средние животные (имеется определенная селекция); близкорасположенные деревья (корни), столбы и опоры ЛЭП, заграждения - при сильном ветре (свыше 20 м/с), ближняя гроза (некомпенсированные наводки на ЧЭ + раскаты грома), автомобильный трафик, особенно при неровной дороге. К недостаткам СО “Дуплет” можно отнести повышенную погонную стоимость (около 30 $/м), впрочем в несколько раз меньшую, чем для импортных СО.

      Основные  технические характеристики ССО  следующие:

• длина блокируемого рубежа;
• скорость пересечения, при которой происходит срабатывание;
• напряжение питания;
• потребляемая электрическая мощность;
• вид ЧЭ;
• база ЧЭ;
• габаритные размеры;
• диапазон рабочих температур;
• время наработки на отказ;
• время наработки на ложное извещение;
• вероятность обнаружения в летнее время;
• вероятность обнаружения в зимнее время;
• глубина залегания;
• полоса регистрируемых частот.

      Технические характеристики ССО “Дуплет” представлены в таблице 5.

      Таблица 5.