RU2130646C1

RU2130646C1 - Method for detection of objects in monitored region

Info

Publication number: RU2130646C1
Application number: RU96102925A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Трефилов; В.А. Николаенко; Ю.Ю. Шеремето; С.В. Елягин; А.А. Маргелов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1999-05-20

Abstract

FIELD: automatic security systems. SUBSTANCE: method involves emission of microwaves towards objects of monitored premises using FM oscillator, reception and processing of these microwaves after their multiple reflection from objects in monitored premises in order to detect alterations from initial position of objects in monitored premises. Said processing involves periodic registration of amplitude-frequency or phase-frequency response of system. This processing runs simultaneously with spectrum of microwave signal and said characteristics. Comparison provides data for detection of intrusion into monitored premises due to alteration of interference pattern of space in monitored premises using results of simultaneous processing. EFFECT: increased sensitivity and probability of detection of objects of different size which move with arbitrary speed in any point inside monitored premises.

Description

Изобретение относится к автоматическим системам охранной сигнализации, выдающим сигнал тревоги при воздействии нарушителя на электромагнитное поле, и может быть использовано при охране помещений. The invention relates to automatic burglar alarm systems that issue an alarm when an intruder is exposed to an electromagnetic field, and can be used to protect premises.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении охраны различных помещений. The claimed invention is aimed at solving the problem, which is to ensure the protection of various premises.

Известен способ обнаружения движущихся предметов в пространстве охраняемого объекта, использующий принцип доплеровского смещения частоты зондирующего немодулированного излучения /SU 762020 A1, кл. G 08 B 13/24, 07.09.80/. A known method of detecting moving objects in the space of a protected object, using the principle of Doppler frequency shift of the probe unmodulated radiation / SU 762020 A1, class. G 08 B 13/24, 09/07/80 /.

Недостатком описанного аналога является то, что принятие решения о нарушении границы охраняемого объекта принимается по факту наличия в принятом сигнале частоты Доплера, следовательно чувствительность способа определяется скоростью движения объекта в охраняемом объеме, и возможна ситуация пропуска медленно движущегося объекта. The disadvantage of the described analogue is that the decision to violate the border of the protected object is made upon the presence of the Doppler frequency in the received signal, therefore the sensitivity of the method is determined by the speed of the object in the protected volume, and a situation of skipping a slowly moving object is possible.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ обнаружения объектов в контролируемой зоне, который основан на облучении охраняемого пространства сверхвысокочастотным сигналом, промодулированным по частоте, обработке принятых сигналов и принятии решения о нарушении пространства охраняемого объекта /ПИОН-Т датчик обнаружения", М., главное управление внутренних войск МВД, 1982, с. 7- 11/. The closest in technical essence to the claimed invention is the method of detecting objects in a controlled area selected as a prototype, which is based on irradiating the protected space with a microwave signal modulated in frequency, processing the received signals and deciding on violation of the space of the protected object / PION-T detection sensor ", M., Main Directorate of the Internal Troops of the Ministry of Internal Affairs, 1982, p. 7-11 /.

Недостатком прототипа является недостаточный учет случайных изменений энергетического спектра излученного сигнала при обработке АЧХ пространства, что может привести к недостоверности сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и обеспечение обнаружения предметов различных размеров, нарушающих границы пространства охраняемого объекта, движущихся с любой скоростью. The disadvantage of the prototype is the insufficient consideration of random changes in the energy spectrum of the emitted signal when processing the frequency response of the space, which can lead to unreliability of the signals. The technical result of the invention is to increase the sensitivity and the detection of objects of various sizes that violate the boundaries of the space of the protected object, moving at any speed.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения объектов в контролируемой зоне, основанном на облучении пространства охраняемого объекта сверхвысокочастотным сигналом, промодулированным по частоте, обработке принятых сигналов, регистрируют спектр указанного сверхвысокочастотного сигнала в пространстве охраняемого объекта и амплитудно-частотную или фазочастотную характеристики указанного пространства, указанную обработку осуществляют совместно для упомянутого спектра и характеристик, а решение о нарушении принимают по изменению интерференционной картины пространства охраняемого объекта с учетом результатов совместной обработки. The technical result is achieved by the fact that in the method for detecting objects in a controlled area based on irradiating the space of the protected object with a microwave signal, modulated in frequency, processing the received signals, the spectrum of the specified microwave signal in the space of the protected object and the amplitude-frequency or phase-frequency characteristics of the specified space are recorded, said processing is carried out jointly for said spectrum and characteristics, and a decision on violation of toil to change the interference pattern of the protected object space based on co-processing results.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

В процессе работы генератор СВЧ с помощью передающей антенны излучает в пространство охраняемого объекта сверхвысокочастотный сигнал, промодулированный по частоте. В результате многократного взаимного отражения радиоволны облучают все стороны предметов охраняемого объекта. Отраженный сигнал принимается, обрабатывается в приемном тракте. In the process, the microwave generator with the help of a transmitting antenna emits a microwave signal, modulated in frequency, into the space of the protected object. As a result of multiple mutual reflection, the radio waves irradiate all sides of the objects of the protected object. The reflected signal is received, processed in the receiving path.

Далее производят фиксацию спектра зондирующего сигнала с излученного генератором СВЧ и амплитудно-частотной или фазочастотной характеристик области пространства охраняемого объекта и их совместную обработку. Next, the spectrum of the probe signal from the microwave generator and the amplitude-frequency or phase-frequency characteristics of the space area of the protected object is fixed and their joint processing.

Регистрация амплитудно-частотной характеристики или ФЧХ производится посредством излучения частотно-модулированного сигнала в пространство охраняемого объекта, приема, амплитудного детектирования и усиления принятого сигнала. Таким образом получают рабочую АЧХ пространства. Дальнейшее аналого-цифровое преобразование позволяет в цифровом виде хранить и обрабатывать рабочую АЧХ разных измерений, причем цифровая обработка производится как рабочей АЧХ, так и случайных изменений энергетического спектра излучаемого сигнала, эта обработка производится попеременно. Интервал измерения рабочей АЧХ и изменения энергетического спектра равен интервалу изменения частоты излучения который, как правило, составляет /10-20/ мс. Измерение изменения спектра излучаемого сигнала производится путем фиксации данного сигнала, подвергнутого амплитудному детектированию, таким образом получают контрольную АЧХ передающего тракта. Обработку сигналов можно производить, например, путем деления отсчетов рабочей АЧХ на соответствующие отсчеты контрольной АЧХ и получают нормированную АЧХ пространства, в которой учтен энергетический спектр излучаемого сигнала. Решение о изменении интерференционной картины поля, вследствие нарушения обстановки в пространстве охраняемого объекта, производят путем вычитания нормированной АЧХ из образцовой АЧХ в каждом отсчете. В результате получают разностный сигнал. Образцовая АЧХ представляет собой нормированную АЧХ охраняемого пространства, зафиксированную на момент постановки объекта на охрану. В случае превышения данной разницей заданного порога выдается сигнал "Тревога". Изменением величины порога меняется критерий принятия решения о нарушении границ охраняемой зоны, т.е. меняется чувствительность системы. Фиксация контрольной АЧХ позволяет повысить достоверность принятия решения о нарушении границ охраняемого объекта вследствие учета влияния случайного изменения излучаемого сигнала. The amplitude-frequency characteristic or phase response is recorded by emitting a frequency-modulated signal into the space of the protected object, receiving, amplitude detecting and amplifying the received signal. Thus, they get the working frequency response of the space. Further analog-to-digital conversion allows you to digitally store and process the working frequency response of different measurements, moreover, digital processing is performed both on the working frequency response and random changes in the energy spectrum of the emitted signal, this processing is performed alternately. The measurement interval of the working frequency response and changes in the energy spectrum is equal to the interval of change in the radiation frequency, which, as a rule, is / 10-20 / ms. The change in the spectrum of the emitted signal is measured by fixing this signal subjected to amplitude detection, thus obtaining a control frequency response of the transmitting path. Signal processing can be performed, for example, by dividing the samples of the working frequency response by the corresponding samples of the control frequency response and get the normalized frequency response of the space in which the energy spectrum of the emitted signal is taken into account. The decision to change the interference pattern of the field, due to a violation of the situation in the space of the protected object, is made by subtracting the normalized frequency response from the model frequency response in each sample. The result is a difference signal. The exemplary frequency response is the normalized frequency response of the protected space, fixed at the time the facility was armed. If this difference exceeds a predetermined threshold, an alarm signal is issued. By changing the threshold value, the decision criteria for violating the boundaries of the protected zone, i.e. sensitivity of the system changes. Fixing the control frequency response allows you to increase the reliability of the decision to violate the boundaries of the protected object due to the influence of random changes in the emitted signal.

Поскольку излучаемый сигнал модулирован по частоте, то интерференционная картина поля в охраняемом пространстве является суперпозицией отраженных волн разной длины. Интерференционная картина не стационарна, т.к. частота излучаемого поля изменяется во времени и принимаемый сигнал является функцией длины волны и размера предметов охраняемого пространства, поскольку закон взаимодействия электромагнитной волны с предметом, в частности, определяется соотношением размера предмета и длины волны. Излучение частотно-модулированного сигнала дает возможность регистрировать появление или исчезновение предметов любого размера путем выбора необходимого диапазона изменения частоты излучаемого сигнала. Кроме того, частотная модуляция исключает пропуск движущегося предмета, охраняемого объекта с любой скоростью, так как одночастотный излученный сигнал создает стационарную интерференционную картину поля в пространстве охраняемого объекта, при этом перемещение предмета за время между измерениями может быть таковым, что фаза интерференционной картины поля изменяется на 360 градусов, тем самым не произойдет изменение в энергии принимаемого сигнала и будет потерян факт перемещения предмета. Since the emitted signal is modulated in frequency, the interference pattern of the field in the protected space is a superposition of reflected waves of different lengths. The interference pattern is not stationary, because the frequency of the emitted field varies with time and the received signal is a function of the wavelength and size of the objects of the protected space, since the law of interaction of the electromagnetic wave with the object, in particular, is determined by the ratio of the size of the object and the wavelength. Radiation of a frequency-modulated signal makes it possible to register the appearance or disappearance of objects of any size by choosing the necessary range of changes in the frequency of the emitted signal. In addition, frequency modulation eliminates the passage of a moving object, a protected object at any speed, since a single-frequency radiated signal creates a stationary interference picture of the field in the space of the protected object, while the movement of the object during the time between measurements can be such that the phase of the interference picture of the field changes to 360 degrees, thereby there will be no change in the energy of the received signal and the fact of moving the object will be lost.

Таким образом, при появлении дополнительного предмета любого размера в охраняемом объекте, а также при смене обстановки / исчезновение или перемещении предметов с любой скоростью / в отраженном сигнале появляются составляющие с новой амплитудой и фазой, которые изменяют амплитудно-частотную и фазочастотную характеристику области пространства охраняемого объекта. При сравнении амплитудно-частотной или фазочастотной характеристики о первоначальной с учетом спектра сверхвысокочастотного сигнала вырабатывают сигнал "Тревога" в соответствии с заданным критерием. Thus, when an additional object of any size appears in the protected object, as well as when the situation changes / the objects disappear or move at any speed / in the reflected signal, components with a new amplitude and phase appear that change the amplitude-frequency and phase-frequency characteristic of the space area of the protected object . When comparing the amplitude-frequency or phase-frequency characteristics of the original, taking into account the spectrum of the microwave signal, an alarm signal is generated in accordance with the specified criterion.

Claims

A method for detecting objects in a controlled area, based on irradiating the space of the protected object with a microwave signal, modulated in frequency, processing the received signals and deciding on violation of the space of the protected object, characterized in that the spectrum of the specified microwave signal is recorded in the space of the protected object and the amplitude-frequency or phase-frequency characteristics of the specified space, the specified processing is carried out jointly for said spectrum and x characteristics, and the decision to violate the space of the protected object is made by changing the interference pattern of the space of the protected object, taking into account the results of joint processing.