На основе этой информации приемник включит систему сигнализации.
Дифракционный метод обнаружения
Поскольку перемещения воздуха для микроволнового излучения не помеха,
то вполне разумно использовать дифракционный метод в МКВ-системах сигна-
лизации. То, что таких систем мало, связано, видимо, с существовавшей в
ранних моделях МКВ-детекторов проблемы "мертвых зон", уже описанной в
главе 15. Если же добавить еще один-два приемника и придать таким обра-
зом разносторонность системе приема, то в наших руках будет весьма эф-
фективное средство защиты складских помещений.
В главе 19 мы вновь возвратимся к проблеме "мертвых зон" или, иначе
говоря, ситуаций, когда поднимается ложная тревога из-за потери сигнала
на приемнике. Такие ситуации вполне могут возникнуть в микроволновых
заграждениях по периметру вне помещения.
Уловки обнаружения
Для МКВ нарушитель - не что иное, как сосуд с водой: вода прекрасно
отражает микроволновое излучение, особенно если она не совсем чистая.
Следовательно, несмотря на глубокое проникновение излучения в тело мик-
роволновый радар не смотрит "сквозь" нарушителя, а реагирует на него.
Надежность и контроль за ложными тревогами
Многое из того, что было сказано в главе 15 о способах избежания лож-
ных тревог, относится и к микроволновым радарам. Что особенно важно -
электронные системы обработки сигналов в обоих случаях практически сов-
падают.
Проблема в том, что типичный допплеровский сдвиг частот в популярном
у конструкторов диапазоне волн длиной около 3 см совпадает с пульсацией
тока в системе питания - 5060 или 100-120 герц. Избежать этой трудности
можно, снабдив детектор качественным стабилизатором тока. Но такое уст-
ройство и обеспечение его долговременной надежной работы - тоже
конструкторская задача высокой сложности. Кроме того, диод Ганна, ис-
пользуемый для генерации МКВ, к сожалению, не очень эффективен. Разруше-
ние термического контакта между диодом и металлической оболочкой резона-
тора может привести к перегреву и последующему отказу покрытия. Преодо-
леть малую эффективность системы можно, используя недавно открытые ис-
точники микроволновой энергии, такие, как полевые транзисторы на базе
арсенида галлия (тиристоры).
Проблем со стабилизацией частоты тока и эффективностью источника из-
лучения можно избежать при переходе из диапазона волн 3 см в диапазон 12
см. Такая мера учетверяет размеры допплеровского сдвига и уводит его от
частоты пульсаций тока в сети питания. Кроме того, волны длиной 12 см
очень эффективно генерируются транзисторами, впаянными в схему, что сни-
жает риск перегрева. Остальные достоинства диапазона 12 см обсуждаются
ниже.
Формирование пучка
Соображения цены столь важны для создателей систем сигнализации, что
они, как правило, стараются применять в своих конструкциях компоненты,
уже опробованные в других областях техники. Ультразвуковой диск - излу-
чатель изначально создавался для приборов дистанционного управления те-
левизорами. Лишь по счастливой случайности было обнаружено, что его ко-
нический пучок с углом расхождения около 60 градусов весьма подходит для
эффективного перекрытия пространства и снижает процент ложных тревог в
системах сигнализации.
Точно так же наиболее разработанным в других областях техники оказа-
лось микроволновое оборудование с длиной волны в 3 см. Вместо проводов
электромагнитная энергия подобной частоты могла передаваться по трубча-
тым волноводам. Такие волноводы производились в большом количестве, и
когда стало очевидно, что пучок трехсантиметровых волн, входящих через
открытый конец трубки с размерами 2,5 х 1,25 см имеет угловые параметры
60 х 120 градусов, была принята именно такая конструкция без всяких "ан-
тенн" и формирующих насадок. Вы можете спросить, какие размеры каким со-
ответствуют, и я вам отвечу: 2,5 см - 60-ти градусам, а 1,25 см - 120
или наоборот.
Пожалуй, ответ проще всего представить себе в виде ряби на поверхнос-
ти емкости с водой. Подобная аналогия уже использовалась в 1801 году То-
масом Янгом для объяснения поведения волн света. Если вы посмотрите на
поверхность воды так, под определенным углом, вы увидите, что поперек
емкости установлена перегородка с небольшим отверстием в ней. Всколыхнув
воду, вы заметите, что волны равномерно движутся к отверстию, но проходя
через него, они начинают быстро расходиться под большим углом. Если в
перегородке оставлено широкое отверстие, и те же самые волны свободно
через него проходят, лишь немного расходясь. Чем больше будет отверстие,
тем меньше угол расхождения. Следовательно, соответствие размеров пучка
и волновода, указанные выше, имеет смысл, хотя и кажется странным.
Если вы начинаете улавливать важность длины волны для ультразвука и
МКВ, то запомните такую формулу: чем больше сечение выходного отверстия
в одной из плоскостей - если его исчислять в количестве укладывающихся
длин волн, - тем меньше угол расхождения и угловое сечение пучка.
Получая на выходе волновода слишком широкий пучок МКВ-излучения, мы
можем снабдить его специальной насадкой, называемой "рупор". Не имеет
смысла углубляться в детали конструкции этих насадок, но о них полезно
помнить следующее:
1) угловые размеры пучка обратно пропорциональны 1 размерам отверстия
волновода. Следовательно, чтобы уменьшить угол с 80 до 20 градусов, нам
понадобится увеличить одну из сторон отверстия в 4 раза;
2) угловые размеры пучка прямо пропорциональны длине волны. Это зна-
чит, что если нам известны ожидаемые размеры пучка для данного отверстия
при длине волны в 9 см, то эти размеры уменьшатся втрое при переходе в
диапазон 3 см.
Схемы перекрытия пространства детектором
Желая узнать, сможет ли радар, установленный в конкретном месте, об-
наружить нарушителя во всех положениях в пределах защищаемого прост-
ранства, мы задаем вопрос: "А какова схема перекрытия пространства у
этого радара?"
Хотя эти схемы в действительности трехмерны, на бумаге их придется
изобразить в двух измерениях. Следовательно, получится две картинки. Од-
на из них показывает сечение пучка в горизонтальной плоскости, а другая
- в вертикальной. Эти схемы в трехмерном изображении обычно напоминают
грушу или яблоко с "черенком" у радара и противоположной стороны у гра-
ницы обнаружения.
Размеры зоны перекрытия обычно можно рассчитать, исходя из ширины
пучка, но его форму можно установить лишь на практике. Практические ис-
пытания обычно состоят из медленных прогулок по охраняемому помещению и
нанесению на карту позиций, в которых радар срабатывает. Если приходится
принимать во внимание возможность избежать обнаружения путем замедленно-
го движения, расчеты зоны проводятся при наименьшей возможной скорости
передвижения. Полезно также испытать радар на обнаружение нарушителя,
пытающегося соблюдать одну и ту же дистанцию от источника МКВ-излучения.
Таким образом вы удостоверитесь, что система срабатывает при самом мини-
мальном допплеровском сдвиге. Если при испытании на очень малых скорос-
тях выявляются проблемы в работе системы, возможно, стоит позаимствовать
некоторые принципы пассивного инфракрасного обнаружения. Вертикальное
сечение зоны перекрытия можно установить, поставив радар на бок и заме-
рив его так же, как и горизонтальный - передвижением.
В следующем разделе мы обсудим интересное применение зон перекрытия
для создания наружных радарных систем.
Наружные радарные системы
При рассмотрении типов зон перекрытия подчеркивалось, что для испыта-
ний необходимо участие человека. Практически невозможно создать манекен,
чьи отражающие характеристики в МКВ-диапазоне совпадают с человеческими.
Манекен не способен также имитировать всю гамму добавочных частот отра-
женного излучения, возникающего при движении конечностей, а она крайне
важна для прибора, работающего на допплеровском принципе. Чем меньше
рост нарушителя, тем меньше мощность эха и дистанция надежного обнаруже-
ния. На близком расстоянии радар обнаруживает все. Поэтому близко летя-
щая птица также способна вызвать ложную тревогу. Методы исчисления зон
перекрытия могут сослужить, таким образом, хорошую службу при создании
радара, малочувствительного к наружным помехам.
Основным доводом в пользу создания зоны необычной формы служит то,
что если цель (птица) не "высвечивается" передатчиком, то на приемнике
нет эха и ложной тревоги. То же самое верно и в случае попадания птицы
только в зону перекрытия передатчика. Энергия, отраженная от нее, не
даст эха в зоне чувствительности приемника. Чуть дальше от радара, там,
где по схеме датчик не имеет чувствительности, допплеровский сигнал от
птицы появится может, но если удачно подобрано перекрытие зон излучения
передатчика и чувствительности приемника, эхо будет слишком слабым для
срабатывания.
Эхо от человеческого тела будет достаточно сильным для реальной тре-
воги во всей области наложения зон излучения передатчика и чувстви-
тельности приемника. Разделение конусов перекрытия возможно при раз-
дельной установке друг над другом передатчика и приемника. Дистанция
между ними должна быть примерно 100 длин волны (для 3-х сантиметровых
волн это примерно 300 мм, или 3 метра). При большей длине рабочей волны
появляется необходимость в технических компромиссах для создания доста-
точно надежной системы. Однако компромиссные варианты окупаются снижени-
ем чувствительности к малым целям.
При использовании диапазона 3 см в периметровых системах ложные тре-
воги могут быть вызваны дождем или градом, но разделение передатчика и
приемника устранит их.
Удачные и неудачные варианты практического использования
Еще до начала обсуждения микроволновых детекторов необходимо уточ-
нить, что радар установлен там, где это необходимо для конкретного слу-
чая.
Большие участки пространства
В целом, МКВ-устройства способны перекрывать большую площадь в расче-
те на детектор, чем любой другой метод сейсмического или пространствен-
ного обнаружения. Ширина лицензируемых диапазонов такова, что позволяет
установить несколько раздельных детекторов с индивидуальными рабочими
частотами для еще большего увеличения охраняемой площади. Широкий разб-
рос частот внутри разрешенного диапазона практически исключает риск слу-
чайной работы детекторов на близких частотах, появления наведенного
допплеровского сигнала и ложной тревоги.
Положительные качества микроволновых датчиков, работающих на больших
площадях, еще ярче проявляются, если радары установлены на потолке или
перекрытии крыши. Зона перекрытия таким образом увеличивается вдвое по
сравнению с расположением на стене или колонне. Учитывая, что размеры
нормального пучка 120-150 градусов в одной плоскости и 60-75 градусов в
другой, нет необходимости направлять его на стены, окна и двери, где по-
вышается риск ложных тревог.
Благодаря большей, по сравнению с ультразвуком, длине волны, микро-
волновое излучение менее чувствительно к внешней вибрации и к помехам из
окружающей среды вообще. А поскольку МКВ-излучение пронизывает такие
тонкие материалы, как колеблемая сквозняком бумага или картон, и делает
это тем лучше, чем больше длина волны, то увеличение этой длины в разум-
ных пределах улучшает надежность охраны складских помещений.
Площади среднего размера
Дать определение "охраняемой площади среднего размера" труднее. Воз-
можно, под площадью среднего размера лучше всего понимать такую площадь,
перекрытие которой потребует одного детектора и, возможно, второго для
ликвидации непросматриваемой зоны. Выбор подходящего для такого помеще-
ния способа пространственного обнаружения - дело хозяйское, хотя иногда
приходится действовать и методом исключения. Например, в офисах слишком
многое может заставить ультразвуковой радар "нервничать", и лучше ис-
пользовать его микроволновый аналог, не направляя его на окна и раздели-
тельные легкие перегородки.
Малые площади
С уменьшением площади и возрастанием риска на работу систем прост-
ранственного обнаружения начинают все сильнее влиять конструктивные осо-
бенности стен, потолка, пола, дверей и окон. Расстояние до них уменьша-
ется, и растет, соответственно, возможность ложных срабатываний. Если
проникновение в помещение не слишком затруднено, например, через окна в
магазине, тогда лучше использовать ультразвуковые детекторы, не направ-
ленные на границы территории. В жестких строительных конструкциях, осо-
бенно не имеющих окон, более пригодны микроволновые устройства. Если
риск не слишком велик, то приемлемы и более дешевые инфракрасные приборы
пассивного действия, описанные в главе 17.
Запатентованные устройства
Как и в случае с ультразвуковыми устройствами, микроволновые детекто-
ры производятся многими фирмами. Однако нельзя не отметить, что
большинство запатентованных устройств не блещет оригинальностью и не ис-
пользует полностью всех технических и эксплуатационных возможностей МКВ.
Одной из первых фирм, появившихся на рынке с микроволновым детектором
на диодах Ганна, была "Shorrock Security Systems". Ныне ассортимент про-
дукции этой компании включает в себя работающие в диапазоне 3 см стацио-
нарные переносные камуфлированные модификации (виды) МКВ-детекторов.
Фирма "Racal Security" после длительных исследований добилась сниже-
ния силы тока питания МКВ-детекторов со 150 миллиампер, потребных для
диода Ганна, до 25 миллиампер. Основой прибора является полевой транзис-
тор на базе арсенида галлия (тиристор), генерирующий волны длиной 3 см.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46