Особенности применения радиоволновых средств обнаружения для охраны периметров объектов

Аннотация

В статье дана оценка современного уровня развития линейных радиоволновых средств обнаружения (ЛРВСО), предназначенных для охраны периметров объектов, приведены результаты сравнительного анализа технических особенностей ЛРВСО. Приведен обзор нормативных документов, выполнение требований которых позволяет исключить вредное влияние ЛРВСО на здоровье человека. Описаны различные варианты построения блоков ЛРВСО и рассмотрены ограничения, которые накладываются на них нормативными документами.

Ключевые слова: охраняемый объект, охрана периметра, проникновение, линейное радиоволновое средство обнаружения, извещатель, антенна, генератор, сверхвысокая частота, мощность излучения, гетеродинный прием, плотность потока энергии.

Одними из наиболее надежных, эффективных и проверенных практикой технических средств, которые применяются для охраны периметров территорий объектов, в том числе охраняемых войсками национальной гвардии Российской Федерации, являются линейные радиоволновые средства обнаружения (извещатели), которые обладают рядом преимуществ перед средствами обнаружения, построенными с использованием других принципов действия.

Основные преимущества ЛРВСО

Основными преимуществами ЛРВСО являются:

• объемная и невидимая зона обнаружения;
• возможность устойчивого функционирования (при высокой достоверности обнаружения) в условиях тумана, дождя, снега, сильного ветра.

Благодаря указанным преимуществам ЛРВСО на протяжении многих лет успешно конкурируют на рынке систем охраны и безопасности с извещателями, построенными на иных физических принципах. Эти особенности также позволяют эффективно применять ЛРВСО при создании нескольких рубежей охраны или формировании комплексной зашиты периметра с использованием различных средств обнаружения, логически объединяемых в единый сигнализационный комплекс.

Высокие тактико-технические и эксплуатационные характеристики ЛРВСО хорошо известны проектировщикам систем охраны периметра. Есть большое количество публикаций, например, [1], [2] и других, описывающих назначение, применение, установку и правила эксплуатации этих средств обнаружения, что значительно облегчает работу с ними на объекте.

Однако существуют некоторые параметры ЛРВСО, которые, как правило, не отражаются в публикациях, технических описаниях, руководствах по эксплуатации, инструкциях, методических пособиях и т.п., а именно: мощность излучения и плотность потока энергии.

В данной статье ограничимся рассмотрением продукции только отечественных производителей ЛРВСО, так как эта продукция наиболее широко представлена на российском рынке систем охраны и безопасности и находит реальное применение на многих охраняемых объектах.

Основные типы ЛРВСО, представленные на российском рынке

На отечественном рынке систем безопасности представлены ЛРВСО следующих серий:

• «Радий», dHunt, «Тарбат», «Тантал» (ЗАО «Фирма «ЮМИРС», г. Пенза);
• «РИФ-РЛМ» (группа компаний «СТАРТ-7», Пензенская область, г. Заречный)
• FMW-3, «Барьер», «Фортеза-М» (ООО «Охранная техника», Пензенская область, г. Заречный);
• «Тантал-200», «Р-50» - «Р-300» (группа компаний «СТ-Периметр», г. Пенза);
• «РЛД Редут» (НИКИРЭТ, Пензенская область, г. Заречный)

Из приведенного списка производителей необходимо отметить извещатели ЗАО «Фирма «ЮМИРС» моделей «Радий-2», «Радий-2/1», «Радий-2/2», «Радий-2/3», «Радий-ДМ», рекомендованные для установки на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации.

Указанные извещатели прошли все необходимые процедуры контроля и испытания, в том числе в реальных условиях эксплуатации, включены в Список технических средств безопасности [3] и успешно применяются для охраны периметров объектов в различных регионах нашей страны.

Особенности функционирования ЛРВСО

Все ЛРВСО, представленные на российском рынке, как правило, содержат блок приемника (ПРМ) и блок передатчика (ПРД) сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов, с помощью которых ЛРВСО формирует зону обнаружения. Зоной обнаружения ЛРВСО называется часть пространства в виде вытянутого эллипсоида вращения, при пересечении которого нарушителем формируется извещение о тревоге. Длина зоны обнаружения определятся расстоянием между ПРМ и ПРД, а диаметр зоны – шириной диаграмм направленности приемной и передающих антенн.

Принцип действия практически всех ЛРВСО основан на анализе изменения амплитуды принимаемого сигнала, возникающего при появлении в зоне обнаружения нарушителя.

Основным недостатком ЛРВСО является наличие «мертвых зон» – части пространства, расположенного перед ПРД и ПРМ, при пересечении которого нарушителем способом и со скоростью, оговоренными 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 для устранения «мертвых» зон, обычно от 3 до 5 м.

Однако при установке блоков извещателей с перекрытием возникает опасность того, что ПРМ из одного комплекта будет принимать сигнал с ПРД, установленного в смежной зоне, и появления в связи с этим ошибок в локализации тревоги. Для устранения таких ошибок необходимо иметь несколько рабочих частот ПРД (сетки частот), что связано с определенными трудностями в силу ограниченности располагаемого частотного диапазона и необходимости реализации высокой степени селекции входных каскадов ПРМ, а именно:

• в генераторах и антенных системах передающего устройства;
• в схемах обработки принятого сигнала.

Для того чтобы разобраться в достоинствах и недостатках существующих ЛРВСО необходимо также провести анализ соответствия их основных характеристик (мощности передающего устройства и плотности потока энергии) требованиям действующей нормативно-технической базы. Эти требования к ЛРВСО определяются, главным образом, следующими нормативными документами:

• постановлением Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств» [4], в котором определены перечни радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, не подлежащих регистрации, а также требования к ним;
• СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов» [5], в которых определено время безопасного нахождения в электромагнитном поле;
• ГОСТ Р 52651-2006 «Извещатели охранные линейные радиоволновые для периметров. Общие технические требования и методы испытаний» [6], в котором определена величина плотности потока энергии на расстоянии 2 м от извещателя.

При этом следует отметить, что все эти документы устанавливают достаточно жесткие требования к разработке, монтажу и эксплуатации ЛРВСО.

Особенности построения блоков ЛРВСО и нормативные ограничения на их функционирование

Рассмотрим более детально построение блоков ЛРВСО и те ограничения, которые накладывают на них нормативные документы [4], [5], [6].

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 документа [4].

Критерии выбора частоты ПРД

В документе [4] указано, что допускается использовать без регистрации в Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ):

• частоты от 24,05 до 24,25 ГГц с максимальной эквивалентной изотропно излучаемой мощностью передатчика не более 100 мВт;
• частоты от 9,15 до 10,6 ГГц с максимальной спектральной плотностью эквивалентного изотропного излучателя (при полосе частот не менее 500 МГц) минус 45 дБм/МГц.

На основании этих критериев любой передающий блок с направленной антенной в диапазоне частот от 24,05 до 24,25 ГГц должен излучать мощность, равную или меньшую, чем 100 мВт, а в диапазоне частот от 9,15 до 10,6 ГГц создавать максимальную спектральную плотностью не менее, чем минус 45 дБм/МГц. Если используются иные, в том числе, и выделенные частоты, то в соответствии с документом [4] такие ЛРВСО подлежат обязательной регистрации, за исключением использования их для нужд органов государственной власти, обороны и безопасности государства, а также обеспечения правопорядка.

Допустимый уровень плотности потока энергии

Следующее ограничение по допустимому уровню плотности потока энергии накладывают документы [5] и [6]. Для увеличения дальности действия ЛРВСО с частотным диапазоном от 24,05 до 24,25 ГГц производители применяют антенны с высоким коэффициентом направленности диаграммы (более 50), что приводит к определенным проблемам с выполнением требований документа [6] по плотности потока энергии на расстоянии 2 м от ПРД, а в некоторых случаях и норм документа [5] при длительном пребывании в зоне облучения.

Поэтому потребителю при выборе того или иного технического средства следует обязательно обращать внимание на указанные выше параметры (частотный диапазон, максимальная эквивалентная изотропно излучаемая мощность, уровень плотности потока энергии). Производители, имея на руках решение ГКРЧ о выделении частот для разработки и производства, не всегда информируют в своей технической документации потребителя о соответствии этих параметров нормативным ограничениям. Примером служит отсутствие на сайтах производителей этой информации, что является отрицательной стороной отсутствия требований по обязательной сертификации технических средств охраны.

Техническая реализация генераторов и антенных систем ЛРВСО

Теперь коротко о технической реализации непосредственно антенных систем и генераторов ЛРВСО. В настоящее время антенны строятся по передовой микрополосковой технологии (рисунок 1) [7].

Рисунок 1. Микрополосковая антенна

Рисунок 2. Синтезатор частоты с кварцевым генератором

Схемотехнически современные генераторы выполняются в виде синтезатора частот с использованием высокостабильного опорного кварцевого генератора (рисунок 2).

Практика эксплуатации показывает, что подобный способ построения узлов ЛРВСО позволяет реализовать такие важные эксплуатационные параметры, как температурная стабильность частоты, постоянная ширина спектра, несущественные внеполосные излучения и т.п.

Недостатки прямого детектирования полезного сигнала

Как показывает анализ технической документации и рекламных материалов по ЛРВСО, подавляющее число российских разработчиков использует схему прямого детектирования сигнала в ПРМ ЛРВСО. В некоторых случаях в ПРМ имеется предварительное усиление сигнала по несущей частоте с помощью малошумящего широкополосного усилителя.

А ведь даже теоретически характеристика прямого детектирования обладает такими недостатками, как амплитудно-фазовые искажения, малый динамический диапазон, низкий коэффициент передачи.

На практике ПРМ, 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 [8], можно утверждать, что чувствительность приемников ЛРВСО с прямым детектированием не позволяет на дальностях более 300 м надежно принимать сигналы при нормированной мощности в соответствии с документом [4], а также обеспечивать запас по мощности принимаемого сигнала не менее 6 дБ по документу [6]. Это приводит к тому, что производитель, использующий метод прямого детектирования, вынужден устанавливать максимально возможную излучаемую мощность генератора ПРД, не обращая внимания на ограничения, установленные нормативными документами.

С другой стороны, широкая полоса ПРМ позволяет работать с генераторами, частота излучения которых может выйти за пределы разрешенных диапазонов частот, как это часто бывает у генераторов без кварцевой стабилизации частоты (например, с микрополосковым резонатором), что не обеспечивает нормальной работы ЛРВСО при их установке с перекрытием «мертвых» зон.

В диапазоне частот от 9,15 до 10,60 ГГц, который по определению выделен для сверхширокополосных устройств, ширина полосы излучения составляет не менее 500 МГц, что полностью исключает такую установку ЛРВСО.

Применение супергетеродинного приема

Совсем по-иному обстоит дело при супергетеродинном приеме, который позволяет:

• получить высокую избирательность и узкую полосу приемного устройства (современные цифровые супергетеродинные приемники позволяют реализовывать полосу частот до 1 МГц);
• надежно обрабатывать сигналы при ограниченном потоке мощности в диапазоне частот от 24,05 до 24,25 ГГц;
• реализовать многопозиционную сетку частот на основе высокостабильных генераторов;
• иметь практическую возможность установки ЛРВСО с перекрытием «мертвых» зон.

В заключение необходимо отметить, что наиболее перспективным направлением в развитии ЛРВСО является применение современных передовых технологий, таких как цифровой супергетеродинный прием и высокостабильные передатчики на базе цифровых синтезаторов частот в диапазоне от 24,05 до 24,25 ГГц. Только с применением данных технологий качество продукции может отвечать современным требованиям, в том числе и требованиям, перечисленным в нормативных документах.
Потребителям продукции при выборе того или иного технического средства охраны необходимо более детально изучать технические характеристики (мощность излучения, уровень плотности потока энергии), требовать от производителей официальных документов, которые подтверждают возможность эксплуатации ЛРВСО без регистрации в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.

Список литературы

1. Анюхин, С.Г. Радиоволновые извещатели для охраны периметра / С.Г. Анюхин // Системы безопасности. – 2004. – № 5. – С. 46-53.

2. Анюхин, С.Г. Радиоволновые извещатели для охраны транспортных средств на автостоянках / С.Г Анюхин, А.А. Никитин // Алгоритм безопасности. – 2005. – № 6. – С. 36-38.

3. Список технических средств безопасности, удовлетворяющих «Единым требованиям к системам передачи извещений, объектовым техническим средствам охраны и охранным сигнально-противоугонным устройствам автотранспортных средств, предназначенным для применения в подразделениях вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации», рекомендованный решением расширенного заседания Технического совета ГУВО Росгвардии (протокол № 2 от 4-5 октября 2018 г.).

4. Постановление правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств» (ред. от 14 декабря 2017 г., с изм. и доп., вступ. в силу с 1 сентября 2018 г.), в котором определены перечни радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, не подлежащих регистрации, а также требования к ним // Собрание законодательства Российской Федерации. – 2004. – № 8. Ст. 663.

5. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов», утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 9 июня 2003 года (с изменениями на 19 декабря 2007 года) // Собрание законодательства Российской Федерации. – 2000. – № 31. Ст. 329.

6. ГОСТ Р 52651-2006 «Извещатели охранные линейные радиоволновые для периметров. Общие технические требования и методы испытаний. – Введ. 2008-30-09. – М.: Стандартинформ, 2007. – 19 с.

7. Анюхин, С.Г. Современные тенденции развития радиоволновых извещателей для охраны периметра / С.Г. Анюхин //Алгоритм безопасности. – 2014. – № 4. – С. 64-67.

8. Методические указания МУК 4.3.043-96 «Определение плотности потока мощности электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц – 30 ГГц». [Электронный ресурс]. – URL: http:// www.zakonprost.ru/content/base/part/410293