Радиоволновый метод обеспечения безопасности помещений

Размещено на http://www.allbest.ru

А?датпа

Б?л дипломды? ж?мыста елші ?имаратынды?ы айма?ты? к?зет ж?йесіндегі периметраны ?олдан?да?ы жетістігі, келешілігі ж?не физикалы? модельдегі радиотол?ынжолда?ы ж?йе элементтеріні? сезімталдылы?ын эксперименталды зерттеу ж?ргізілді. Дипломды? ж?мыста периметраны? к?зет ж?йесіндегі ж?мысыны? тиімділік к?рсеткіштері ж?не ?ауіп-?атер де?гейін есептеу, к?зет периметрасы ж?не ?ор?ау ж?йесін ?олдануды ба?алау ж?ргізілді.

Аннотация

В дипломной работе представлены возможности и недостатки использования систем охраны периметра объекта здания, проведены экспериментальные исследования чувствительности элементов радиоволновой системы на физической модели. В дипломной работе проведен расчет степени риска и показателя эффективности работы системы охраны периметра в целом, приведена оценка применения комплекса системы защиты и охраны периметра.

Abstract

In the research paper presents the opportunities and drawbacks of using the facility perimeter security systems of the building, experimental studies of the sensitivity of the elements of radio wave system on the physical model. In the research paper calculated the risk and measure the effectiveness of perimeter security systems in general, give an estimate of the use of the complex system of protection and perimeter security.

Содержание

Введение

1. Системы охраны периметра

1.1 Целесообразность и эффективность охраны периметра. Общие требования к периметральным системам

1.2 Современные системы охраны периметра. Специфика применения периметральных систем

1.2.1 Радиолучевые системы

1.2.2 Инфракрасные системы

1.2.3 Вибрационной системы

1.2.4 Емкостные системы

1.2.5 Радиоволновые системы

1.2.6 Промышленные образцы радиоволновых систем

1.2.6.1 Радиоволновая система «Уран»

1.2.6.2 Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID фирмы GEOQUIP (Англия)

1.2.7 Цель и задачи

2. Типовой вид расположения складского помещения

2.1 Модель угроз, основные характеристики нарушителей.

Классификация нарушителей

3. Алгоритм обработки информации в приемном блоке

4. Оценка применения комплекса системы защиты и охраны периметра с точки зрения рисков обнаружения нарушителя

5. Экспериментальные исследования элементов радиоволновой системы

5.1 Описание лабораторного макета

5.1.1 Измерительные приборы

5.1.1.1 Генератор Г4-102

5.1.1.2 Милливольтметр В3-38

5.1.1.3 Осциллограф С1-93

5.1.1.4 Анализатор спектра ROHDE&SCHWARZ®FS300

5.1.1.5 Осциллограф С1-114/1

5.1.2 Кабель коаксиальный типа RG 6/U

5.2 Основные положения проведения эксперимента

5.3 Методики проведения эксперимента

5.3.1 Эксперимент № 1 48

5.3.2 Эксперимент № 2 48

5.3.3 Эксперимент № 3 48

5.3.4 Эксперимент № 4 49

5.3.5 Эксперимент № 5 49

5.3.5.1 Анализ вероятности и оценка погрешности использования результатов эксперимента № 5.1 - 5.2

5.3.6 Эксперимент № 6

5.3.7 Эксперимент № 7 56

Заключение

Список литературы

Приложение А. Технические характеристики приборов

Приложение Б. Листинг программы на языке программирования Delphi 7.0

Введение

Актуальность темы дипломной работы заключается в том, что системы защиты и охраны периметра занимают ведущее место в обеспечении охраны объектов различного назначения. Этими объектами являются промышленные объекты, объекты повышенного риска (химические предприятия), склады, ангары, хранилища, коттеджные участки, офисы, фирмы, иностранные посольства, госучреждения и другие.

Системы охраны периметра выполняют задачу обнаружения нарушителей. Периметральные системы охраны являются наиболее эффективными средствами защиты от несанкционированного проникновения нарушителя в зону охраняемого объекта. При выборе и проектировании системы охраны периметра учитывается множество факторов - тип ограды, топография рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседств железных дорог, автомагистралей, наличие линий электропередач.

1 Системы охраны периметра

1.1 Целесообразность и эффективность охраны периметра. Общие требования к периметральным системам

На сегодняшний день технические средства охраны достаточно разнообразны и в целом очень эффективны. Тем не менее, большинство из них имеют существенный недостаток, они не могут обеспечить ранее регистрирование сигнала вторжения на территорию объекта. Такие системы ориентированы на обнаружение нарушителя, который уже проник на охраняемую территорию или в здание. Простым примером тому служат системы охранного видеонаблюдения. Системы охранного видеонаблюдения зачастую с помощью устройства видеозаписи могут лишь подтвердить факт вторжения после того, как он уже произошел. Фактором, определяющим эффективность любой охранной системы, является минимизация этого интервала времени, и в этом заключается привлекательность периметральных систем охраны.

Cистема охраны периметра выполняет задачу обнаружения и задержки нарушителей. Другая ее задача -- удержание нарушителей от совершения противоправных действий [1, 2].

Периметральная граница объекта является наилучшим местом для раннего обнаружения вторжения. Нарушитель, взаимодействуя, в первую очередь, с физическим периметром, создает возмущения, которые и можно зарегистрировать специальными извещателями. Будь то ограждение в виде металлической решетки - можно перелезть через нее; будь то стена или барьер - преодолевать сверху; ну а если это открытая территория - ее можно пересечь. Тем самым, вызывая физический контакт нарушителя с периметром, получаем возможность электронными средствами обнаружить это вторжение. Причем обнаружить именно на первом рубеже охраны, то есть на периметре.

Таким образом, периметральные системы охраны являются наиболее эффективными средствами защиты от несанкционированного проникновения, поскольку выдают сигнал тревоги задолго до того, как злоумышленник может проникнуть в особо важные зоны охраняемого объекта.

При выборе необходимой системы охраны периметра необходимо определить, что именно мы хотим защитить и решить следующие задачи
[2, 3, 4]:

- провести анализ угроз;

- оценить объект с точки зрения его диверсионной привлекательности;

- оценить сумму возможного ущерба.

Несомненно, необходимо учесть степень сложности охраны периметра, которая зависит от следующих факторов [3, 4]:

- конфигурации забора, если таковой имеется;

- площади территории, прилегающих к внешнему ограждению территорий;

- наличия в ее пределах деревьев, транспортных проездов, особенностей рельефа.

Но эти факторы решающими не являются, так как в настоящий момент техника охраны настолько разнообразна, что позволяет организовать эффективную защиту любого периметра без полосы отчуждения и предварительной очистки рубежей [3, 4].

Системы защиты и охраны периметра занимают ведущее место в обеспечении охраны объектов различного назначения.

К типовым решениям охраны периметра относятся следующие системы:

- системы охраны периметра на промышленных объектах;

- системы охраны периметра коттеджных участков;

- системы охраны периметра объектов повышенного риска (к примеру, охрана периметра химического предприятия);

- системы охраны периметра складов, ангаров, хранилищ;

- системы охраны периметра иностранных посольств, фирм, офисов, госучреждений и другие.

Охрана периметра осуществляется разнообразными периметральными охранными системами, которые обычно рекомендуется применять в комплексе с другими системами охраны (видеонаблюдение, охранная сигнализация и другие) и тогда средства безопасности становятся наиболее эффективны, так как покрывают недостатки друг друга. Любая периметральная система должна легко интегрироваться с другими охранными системами, в частности, с системой видеонаблюдения [5].

Существуют общие требования к периметральным системам, к ним относятся следующие [1, 5, 6]:

- возможность раннего обнаружения нарушителя до его проникновения на объект;

- точное следование контурам периметра, отсутствие «мертвых» зон;

- по возможности скрытая установка датчиков системы;

- устойчивость к электромагнитным помехам - грозовые разряды, источники мощных электромагнитных излучений и тому подобное;

- невосприимчивость к внешним факторам «нетревожного» характера -- индустриальные помехи, шум проходящего рядом транспорта, мелкие животные и птицы;

- независимость параметров системы от сезона (зима, лето) и погодных условий (дождь, ветер, град и так далее).

Периметральная охранная система должна обладать максимально высокой чувствительностью, чтобы обнаружить даже опытного нарушителя. В то же время эта система должна обеспечивать по возможности низкую вероятность ложных срабатываний. Причины ложных тревог могут быть различными. К примеру, система может среагировать при появлении в зоне охраны птиц или мелких животных. Сигнал тревоги может появиться при сильном ветре, граде или дожде. Кроме того, ложная тревога может возникнуть из-за «технологических» причин: неграмотный монтаж датчиков на ограде, неправильная настройка электронных блоков или просто неудовлетворительное инженерное состояние самой ограды, которая может, например, вибрировать при сильном ветре [5].

1.2 Современные системы охраны периметра. Специфика применения периметральных систем

Защита периметра - комплексная задача, для эффективного решения которой очень важно обеспечить оптимальное сочетание физического барьера, затрудняющего проникновение на объект, со средствами охранной сигнализации. Система охраны периметра является ответственной частью охранной сигнализации, так как обеспечивает обнаружение нарушителя [7].

При выборе и проектировании системы охраны периметра необходимо учитывать множество факторов - тип ограды, топографию и рельеф местности, возможность выделения полосы отчуждения, наличие растительности, соседство железных дорог, автомагистралей, наличие линий электропередач.

Периметральные системы используют, как правило, систему распределенных или дискретных датчиков, общая протяженность которых может составлять несколько километров. Такая система должна обеспечивать высокую надежность при широких вариациях окружающей температуры, при дожде, снеге, сильном ветре. Поэтому любая система должна обепечивать соответсвующую автоматическую адаптацию к погодным условиям и возможность дистанционной диагностики [5].

Основные виды систем охраны периметров [5, 6, 8, 9, 10, 11, 12]:

- радиолучевые системы;

- инфракрасные системы;

- вибрационные системы;

- емкостные системы;

- радиоволновые системы.

1.2.1 Радиолучевые системы

Радиолучевые системы [5, 6, 10,12] содержат передатчик и приемники с узконаправленными антеннами. Радиолучевые системы охраны периметра создают объемное электромагнитное поле, которое формирует зону обнаружения в виде вытянутого эллипсоида вращения (рисунок 1.1). Длина отдельной зоны охраны определяется расстоянием между приемником и передатчиком, а диаметр зоны варьируется от долей метра до нескольких метров.

Рисунок 1.1 - Принцип действия радиолучевой системы

В случае нахождения постороннего объекта в зоне контроля происходит изменение поля. Регистрация изменения осуществляется приемником, переходящим в возбужденное состояние при отклонении характеристик электромагнитного поля от заданных. Существуют системы, в которых передатчик излучает высокочастотные поля. При попадании движущегося объекта в зону, контролируемую таким прибором происходит изменение частоты отраженных колебаний (эффект Доплера), регистрируемое приемником. Принцип действия таких систем основан на анализе изменений амплитуды и фазы принимаемого сигнала, возникающих при появлении в зоне постороннего предмета [5].

Используемый диапазон частот лежит в пределах от 10 до 40 ГГц [12].

Радиолучевые системы применимы там, где обеспечивается прямая видимость между приемником и передатчиком, то есть профиль поверхности должен быть достаточно ровным и в зоне охраны должны отсутствовать кусты, крупные деревья и тому подобное. Радиолучевые системы чаще всего используют для контроля протяженных прямолинейных участков, когда имеется достаточно свободного пространства для вынесения приемников и передатчиков за пределы охраняемых зон, как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражденных участков периметров. Эти системы обычно рассчитаны на обнаружение нарушителя, который преодолевает рубеж охраны в полный рост или согнувшись. Общим недостатком радиолучевых систем является наличие «мертвых» зон -- чувствительность системы понижена вблизи приемника и передатчика, поэтому приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров. Кроме того, радиолучевые системы недостаточно чувствительны непосредственно над поверхностью земли (30 - 40 см), что может позволить нарушителю преодолеть рубеж охраны ползком. Тем не менее, радиолучевые системы получили широкое распространение благодаря высокой надежности и большой вероятности обнаружения (около 0,98) [5, 12].

Недостатком радиолучевых систем охраны периметра относительно охраны периметра обьекта является тот факт, что для применения радиолучевых систем необходимо обеспечить прямую видимость между приемником и передатчиком, то есть в зоне охраны объекта должны отсутствовать кусты, деревья и тому подобное, что в принципе сложно при расположении обьекта в черте города. Относительно широкая зона чувствительности системы обуславливает ограниченность ее применения для охраны периметра обьекта, где возможно случайное попадание в зону обнаружения людей, транспорта и тому подобное.

1.2.2 Инфракрасные системы

Инфракрасные системы - системы делятся на два класса: активные и пассивные [1, 6, 10, 12]. Активные лучевые инфракрасные системы состоят из двух частей - передатчика и приемника излучения (инфракрасная часть спектра), расположенных в зоне прямой видимости [5]. При прерывании луча, попадающего в приемный блок, формируется сигнал тревоги. Особенностью активных инфракрасных систем является возможность создания узкой зоны обнаружения, что особенно важно для объектов, вокруг которых нельзя создать зону отчуждения [5]. Пассивные инфракрасные системы основаны на принципе регистрации теплового излучения в диапазоне от 8 до 14 мкм и имеют специальные линзы, которые формируют пространственную диаграмму чувствительности нужной конфигурации. Конфигурация зон бывает различной -- «штора» (пересечение поверхности), «луч» (линейное движение), «объем» (перемещение в пространстве). Пассивные инфракрасные приборы проще в монтаже и настройке, чем активные, и используются обычно там, где нужно охранять относительно короткие участки периметра [6, 8].

Инфракрасные активные средства защиты отличаются от радиолучевых средств диапазоном частот и шириной диаграммы направленности лучей. Площадь сечения луча инфракрасных систем значительно меньше, чем у радиолучевых систем. Для обеспечения надежной защиты периметра по высоте используют так называемые инфракрасные барьеры.

Инфракрасные барьеры строят с применением активных инфракрасных извещателей с разнесенными передатчиками и приемниками. Примером активных инфракрасных систем обнаружения служат активные инфракрасные извещатели серии АХ и стойки серии REDNET RN фирмы Optex и стойки Perimbar фирмы Radiovisor. Принцип их действия заключается в следующем: передатчик излучает электромагнитный поток инфракрасного диапазона - невидимый луч, который направляется в сторону приемника. В отсутствие препятствий на пути луча приемник воспринимает его и преобразует в электрический сигнал. Изменение интенсивности принимаемого луча при попытке его пересечения детектируется и анализируется процессором приемника. Для создания барьера группу передатчиков и приемников встраивают в стойку, размещая их на различной высоте (рисунок 1.2, а) [5, 12].

Для разделения каналов осуществляют синхронизацию каждого приемников с соответствующим передатчиком. Встроенный процессор позволяет анализировать каждый из сигналов раздельно, группами или в произвольной их комбинации. Это позволяет гибко использовать систему, как в плане логического анализа, так и в плане приспособления к местным условиям. Если пересекается только нижний луч, например, мелким животным, возникает состояние предтревоги, но сигнал тревоги не формируется. Последующее пересечение второго луча уже вызывает сигнал тревоги, так же как и одновременное пересечение двух лучей. Перекрестная синхронизация приемников и передатчиков, расположенных на разной высоте, позволяет обойти «мертвые» зоны, которые образуются из-за специфики рельефа (рисунок 1.2, б) [5, 12].

а - инфракрасный барьер; б - пример обхода неровностей почвы.

Рисунок 1.2 - Создание барьеров

Недостатком применения инфракрасных систем защиты периметра для объекта, которым является склад, является то, что для инфракрасных средств с длиной волны, составляющей сотые доли миллиметра, туман, пыль, дождь, снег уже являются существенными помеховыми факторами для эффективной работы системы охраны периметра. Также засветка прямыми солнечными лучами, электрическими осветительными приборами, попадание в луч птиц, животных, листьев и веток деревьев может стать источником помех при использовании инфрактрасных систем [13].

1.2.3 Вибрационная система

Основа вибрационной системы - специальный сенсорный кабель, являющийся, по сути, электромагнитным микрофоном. При колебаниях кабеля, происходит генерация звукового сигнала. Анализатор, подключенный к нему, сигнализирует об этом. В случае необходимости, сигнал от кабеля можно прослушать и принять решение о степени опасности, а также отсеять случайные шумы.

На рисунке 1.3 показано сечение многожильного телефонного кабеля. Под воздействием вибрации происходит микродеформация кабеля, и изолированные проводники трутся друг о друга. В результате на изоляции наводится объемный заряд, и на проводниках образуется разность потенциалов (трибоэффект) [5, 6, 9]. Дешевый телефонный многожильный кабель часто используют как сенсор для вибрационной системы сигнализации. Это типичный пример применения в качестве сенсора приспособленного кабеля.

Рисунок 1.3 - Трибоэффект в многожильном кабеле

Конструкция сенсорного кабеля IntrepidTM, выпускаемого фирмой Southwest Microwave [5]. Ключевым элементом системы является специальный кабель MicroPoint, показанный на рисунке 1.4 [14]. Он представляет собой обычный коаксиальный кабель с двумя дополнительно сформированными каналами, в которых свободно расположены тонкие чувствительные проводники - сенсоры [15].

Рисунок 1.4 - Кабель MicroPoint

На рисунке 1.5 показана конструкция электродинамического сенсорного альфа-кабеля, специально разработанного фирмой Geoquip для обнаружения вибраций при защите периметров [9]. В защитной оболочке кабеля размещены два полимерных магнита. В их магнитных зазорах уложены фторопластовые трубки, в которых свободно перемещаются подвижные чувствительные проводники. Для уменьшения трения трубки изнутри смазывают силиконовой смазкой. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации перемещаются магниты, а проводники остаются на месте, так как обладают массой. Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникает электрический ток, который воспринимается анализатором. Этот сенсор является пассивным. Он не требует внешнего источника электрической энергии, а сам генерирует электрический ток. Чувствительность электродинамического сенсора очень высока. Эти сенсоры отличаются высокой стабильностью параметров и обеспечивают высокое отношение сигнала к шуму, приведенному к входу анализатора.

Рисунок 1.5 - Электродинамический сенсор вибраций

Одно из достоинств кабельных вибрационных систем состоит в том, что сенсорным кабелем могут быть защищены ворота и калитки, попадающие в зону охраны. Для этой цели используют комплект для подключения сенсора к воротам, а на створках ворот или калитки крепят петлю сенсора. Так образуется непрерывная цепь охранной сигнализации в зоне [9].

Область применения вибрационных систем охраны периметра - от охраны легких ограждений (например, сетка «рабица») до кирпичных стен и заборов. Такие системы применяются также для охраны крыш и стен зданий, обнаружения подкопа, разрушения или перелезания забора.

Недостатком применения вибрационных систем для охраны периметра склада является то, что данные системы охраны периметра требуют достаточно определенных типов ограждений, на которых должны устанавливаться, как правило, на внешние ограждения, крайне чувствительны как к умышленным, так и неумышленным физическим воздействиям на ограждения с внешней стороны.

1.2.4 Емкостные системы

Емкостные системы охраны периметра используют эффект изменения характеристик электрического поля при приближении или прикосновении нарушителя к ограждению объекта [6].

Емкостное средство обнаружения представляет собой антенную
систему - цепь проводящих элементов (чувствительный элемент), укрепляемых на изоляторах по периметру объекта и соединенных в общий электрический контур. Система подключается к электронному блоку, выдающему сигнал тревоги при изменении емкости антенного устройства относительно земли [6].

Основные достоинства емкостных средств:

- отсутствие «мертвых зон»;

- стабильная высокая чувствительность (вероятность обнаружения 95%);

- возможность регулировки зоны обнаружения;

- возможность монтажа на периметре любого профиля на местности со сложным рельефом.

Емкостные средства обнаружения могут устанавливаться на любых видах ограждений, крышах зданий, козырьках ворот и калиток. Они используются на пересекающих периметр технологических конструкциях (воздушных трубопроводах и подземных коллекторах). Их применение наиболее эффективно на объектах, имеющих механически прочные ограды, оборудованных въездными распашными или раздвижными воротами, а также на периметрах со сложной конфигурацией и рельефом [6].

Чувствительным элементом емкостных систем являются металлические электроды, имеющие различную конфигурацию и монтирующиеся, как правило, на изоляторах вдоль ограды. Система электродов подключается к электронному блоку, генерирующему сигнал и измеряющему емкость системы. При приближении к ограде, попытке перелезания емкость системы в зоне обнаружения меняется, и анализатор выдает тревожный сигнал. Емкостные системы используются также для защиты внутренних помещений, отдельных предметов, а также средств транспорта [6].

Принцип работы систем этого класса достаточно прост - изменение параметров электрического поля при приближении или прикосновении нарушителя. Технически система представляет собой электрический контур (система проводников, сетка и тому подобное), подключенный к контрольному устройству. При изменении емкости относительно земли (например, касание проводника или приближение к нему человека) оно подает сигнал тревоги.

Недостатком применения емкостных систем по отношению охраны периметра склада то, что емкостные системы в силу сложности процессов, происходящих в электромагнитных полях, больших протяженностей антенных систем нестабильны по показателям чувствительности, крайне подвержены к воздействию внешних электромагнитных полей, климатических и атмосферных факторов.

1.2.5 Радиоволновые системы

Радиоволновые системы - простейшая радиоволновая система состоит из двух фидеров, расположенных параллельно друг другу на определенном расстоянии [5]. При пропускании через них тока, вокруг образуется стабильное электромагнитное поле. При попадании какого-либо объекта внутрь контролируемой фидерами зоны электромагнитное поле возмущается, что и регистрируется приемником-анализатором. Радиоволновые системы можно очень легко устанавливать скрытно (фидеры закапываются в землю, декоративно монтируются на стены зданий, заделываются в забор и тому подобное). Чувствительным элементом радиоволновой системы является пара расположенных параллельно проводников (кабелей), к которым подключены соответственно передатчик и приемник радиосигналов. Вокруг проводящей пары («открытой антенны») образуется чувствительная зона, диаметр которой зависит от взаимного расположения проводников. При появлении человека в зоне чувствительности сигнал на выходе приемника изменяется, и система генерирует сигнал тревоги [6].

Принцип действия радиоволновых систем состоит в следующем. На некотором расстоянии параллельно друг другу прокладываются два кабеля (две антенны) специальной конструкции, показанной на рисунке 1.6, а. Зазоры между разреженными проводами «экрана» своеобразного коаксиального кабеля образуют щелевую антенну. Один из кабелей служит передающей антенной, другой - приемной антенной. При возбуждении первой антенны высокочастотными колебаниями она начинает излучать электромагнитное поле, воспринимаемое второй антенной. При этом приемник, подключенный к приемной антенне, принимает сигнал. Если в окрестности двух антенн появляется тело определенного объема с диэлектрической или магнитной проницаемостью, отличной от проницаемости свободного пространства, электромагнитное поле, воспринимаемое приемной антенной, искажается (изменяется его амплитуда и фаза). Это изменение детектируется и анализируется приемником-анализатором. Если анализируемый сигнал превышает пороговое значение, формируется сигнал тревоги.

Распределение электрической составляющей (Е) электромагнитного поля в окрестности кабелей показано на рисунке 1.6, б. Зона чувствительности по модулю подобной системы в поперечном сечении кабелей принимает форму искаженного эллипса с полюсами, совпадающими с положениями кабелей. Максимальная чувствительность системы лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения кабелей, совпадающей с центральной осью. Минимальная чувствительность системы находится в плоскости расположения кабелей [12].

а) конструкция кабеля; б) распределение составляющей Е электромагнитного поля.

Рисунок 1.6 - Кабель вытекающей волны - щелевая антенна

При реализации охранных радиоволновых систем кабели располагают скрытно в стене или ограде в вертикальной плоскости (рисунок 1.7, а); в земле в горизонтальной плоскости (рисунок 1.7, б); либо в наклонной плоскости (один кабель в земле, другой - в ограде) [12].

а) в ограде; б) в земле.

Рисунок 1.7 - Расположение кабелей радиоволновой охранной системы

Для уменьшения влияния материала ограды и слоя земли на зону чувствительности, особенно с учетом сезонных и погодных изменений свойств материалов, кабели укладывают в пустотелые трубы, чтобы стабилизировать условия в самой ближней к кабелям зоне. Подобные системы настраивают таким образом, чтобы зона чувствительности при укладке кабелей в земле доходила до роста идущего человека (1,5 - 1,8 м). Расстояние между кабелями в этом случае лежит в пределах двух-трех метров.

Радиоволновые системы требуют зоны отчуждения, поскольку зона их чувствительности выходит за пределы линии ограды Сигнал тревоги может вызвать и прохожий, идущий по тропинке вдоль ограды, защищенной радиоволновой системой, и поливальная машина или грузовик с металлоломом, проезжающий по дороге в десяти-пятнадцати метрах от ограды (рисунок 1.7, а). При расположении кабелей в горизонтальной плоскости (в земле) влияние проезжающего транспорта снижается, поскольку он попадает в зону минимальной чувствительности системы (рисунок 1.7, б). Конфигурация линии периметра и перепады высот не оказывают влияния на свойства радиоволновых систем. Во избежание образования «мертвых» зон кабели смежных зон охраны размещают с некоторым перекрытием (2 - 5 м) в продольном направлении [9].

Радиоволновые системы применяются для охраны как огражденных периметров (когда кабели устанавливают либо на стойках на верхнем торце ограды, либо на поверхности ограды), так и для охраны открытых территорий, при этом кабели закапываются в грунт [6].

При использовании радиоволновых систем на оградах, кабели устанавливают либо на специальных стойках на верхнем торце ограды, либо непосредственно на поверхности ограды. Выпускаются модификации радиоволновых систем также для защиты неогражденных территорий. При этом кабели устанавливают в грунт на глубину 15 - 30 см. Такая система охраны является скрытой, но подвержена сильному влиянию погодных условий, снижающих стабильность ее параметров.

1.2.6 Промышленные образцы радиоволновых систем

1.2.6.1 Радиоволновая система «Уран»

«Уран». Чувствительные проводники системы закрепляются на диэлектрических кронштейнах, установленных на торце ограды. Длина одной зоны охраны достигает 200 - 250 м, а зона обнаружения имеет сечение 0,5 х 0,8 м. Аналогичная по назначению и принципу действия система Intelli-FIELD канадской компании Senstar-Stellar содержит четыре параллельных проводника, монтируемых на мачтах или на специальных кронштейнах на ограде. Эти проводники формируют чувствительную зону с поперечным сечением 1 м и высотой 2,5 м. Для снижения вероятности ложных срабатываний от атмосферных помех в системе применена автоматическая цифровая обработка сигналов. Два излучающих коаксиальных кабеля устанавливают на ограде или под землей, параллельно друг другу на расстоянии 2 м. Система работает в диапазоне частот 40 - 41 МГц; ширина зоны чувствительности - до 3 м, предельная длина одной зоны охраны - 150 м [16, 17].

Радиоволновые периметровые извещатели представляют собой охранные устройства, в работе которых используется излучение сверхвысокочастотной электромагнитной энергии (СВЧ-излучение).

Популярность радиоволновых извещателей обусловлена удобством эксплуатации, надежностью в работе, возможностью совмещения со всеми известными приборами для охраны объектов, включая системы видеонаблюдения.

Для обеспечения устойчивой работы радиоволновых извещателей передатчик и приемник должны быть установлены на высоте от 0,8 до 0,9 м на столбах, глубоко вкопанных в землю. Такая установка увеличивает высоту зоны обнаружения и обеспечивает суммирование энергии прямых и отраженных лучей, что позволяет повысить запас по уровню принимаемого сигнала. Данный запас для извещателя должен составлять величину не менее
9 - 12 дБ [16].

Использование радиоволновых извещателей требует выполнения следующих условий [5, 16]:

- неровности грунта не должны превышать ± 0,3 м на расстоянии до 5 м;

- высота травяного покрова должна быть не выше 0,3 м, а снежного покрова - 0,5 м;

- должны отсутствовать посторонние предметы (в том числе кусты, кроны деревьев).

Важным параметром, связанным с отражением энергии, является минимальное расстояние, при котором допускается проезд автотранспорта вдоль зоны обнаружения без выдачи извещения о тревоге. Современные извещатели, установленные на расстоянии не менее 2 м от автомагистрали, не реагируют на плотный поток автомобилей.

Недостатком данных извещателей является наличие мертвых зон длиной от 3 до 5 м вблизи передатчика и приемника. В пределах мертвой зоны возможно проникновение нарушителя в положении согнувшись (барьер здесь формируется не полностью и граница зоны обнаружения проходит примерно на высоте 0,8 м). Также если максимальная обнаруживаемая скорость менее 7 м/с, пересечение луча на максимально большой скорости может быть воспринято извещателем как помеха (кратковременное перекрытие луча), без выдачи извещения о тревоге [5, 6].

Для устранения первого недостатка передатчики и приемники устанавливаются с перекрытием зон обнаружения (на длину мертвых зон).

Существуют извещатели, которые работают на более низкой частоте излучения (2,5 ГГц). Эти извещатели не имеют мертвых зон, более устойчивы к вибрации, колебаниям травы, кустов и крон деревьев [16].

Нет средств, работоспособность которых не зависит ни от каких помеховых факторов.

Необходимо учитывать, что воздействие большинства помех носит вероятностный характер. Конкретное событие для данного объекта может происходить раз в год, или раз в минуту. К примеру, если средство будет реагировать на проезд автомобиля, а случается это раз в месяц, то с этим можно смириться; если средство реагирует на пролет птиц всего, лишь один раз из десяти, а таких пролетов несколько сотен в сутки, его установка недопустима; если помехи происходят днем, когда средство снято с охраны и отсутствуют вечером и ночью, то ими можно пренебречь. Частый случай, когда средство устанавливается на забор между двумя соседними дачными участками и может реагировать на подход с внешней стороны.

В случае, когда с внутренней стороны периметра по тропе наряда перемещается часовой, и средство охраны его обнаруживает, информация, получаемая оператором, является только полезной и не относится к разряду ложных тревог.

Когда средство срабатывает по сравнительно редкому известному событию, например, открывание ворот, включение поливальной установки и тому подобное, это можно учесть.

Если имеется металлический забор или ограда, железобетонный забор на основе металлической сварной сетки, то можно использовать горизонтальный вариант расположения кабелей на или в земле (рисунок 1.8). Высота зоны обнаружения в этом случае составляет 0,5 - 1,0 м, что может сказываться на обнаружении при большой глубине снежного покрова [10].

Рисунок 1.8 - Горизонтальное расположение кабелей на земле или в земле

В таблице 1.1 приведены виды радиоволновой системы охраны периметра и их основные характеристики [10].

Таблица 1.1 - Технические характеристики радиоволновых систем

Наименование СО	Длина зоны обнаружения, м	Ширина зоны обнаружения, м	Напряжение питания, В	Диапазон рабочих температур °С
Радий-ДМ	5 - 50	до 5	12 - 30	от - 40 до + 50
FMW-4	5 - 50	до 8	9 - 30	от - 40 до + 50
СМД-1,4П	до 75	до 5	11 - 30	от - 40 до + 50
Заслон-2	10 - 100	до 3	12 - 30	от - 40 до + 50
TREZOR-M	до 65	до 5	12 - 30	от - 40 до + 50

Таблица 1.2 содержит основные технические характеристики радиоволновых систем [18].

Таблица 1.2 - Технические характеристики радиоволновых систем

Параметр	RAFID (Великобритания)	H-FIELD (США)	SENTRAX (Канада)	PANTHER (Канада)	TRINDEL (Франция)	TREZOR-R (Россия)
Длина участка, м	150	150	200	150	200	2 х 125
Расстояние между кабелями, м	1 - 2	2,1 (в грунт)	2,0 (в грунт)	1,0…2,0 (в грунт)	1,0 (в грунт)	1,5…3,0 (на ограждение и в грунт)
Размеры зоны обнаружения, м х м	2х3	0,5х4,6	1х3	1х3	0,5х2	от 1х3 до 1,8х5
Напряжение питания, В	12	~220±15% 12±10%	-220±15% 12±10%	+25% 12 -15%	-220+15% 12+10%	10…30
Потребляемая мощность, Вт	7,8	60	180	6	36	< 2,5
Период наработки на ложный сигнал тревоги, ч	-	720			240	720

1.2.6.2 Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID фирмы GEOQUIP (Англия)

Проводно - радиоволновая периметральная система RAFID предназначена для укладки под землей или монтажа на стенах, которые не содержат или содержат очень немного металлических деталей вокруг сенсорных кабелей [19].

Типы регистрируемых вторжений:

- приближение;

- перелезание.

Принцип работы системы RAFID основан на регистрации возмущений электромагнитного поля, которые создает попадающий в это поле нарушитель.

В простейшем случае система (рисунок 1.9) содержит пару расположенных параллельно «излучающих фидеров», один из которых является передающей, а другой - приемной антенной радиочастотного поля. Выходной сигнал приемника непрерывно контролируется анализатором.

Рисунок 1.9 - Принцип работы проводно - радиоволновой периметральной системы RAFID

«Излучающие фильтры» представляет собой специально сконструированный коаксиальный кабель, содержащий внутренний провод, изолированный диэлектриком от внешнего экрана.

Внешний экран имеет так называемые «порты» или отверстия в экране, расположенные с регулярными интервалами. Такая конструкция кабеля обеспечивает излучение электромагнитного поля при пропускании по нему тока.

В результате вблизи обоих кабелей формируется невидимое электромагнитное поле. Попавший в радиочастотное поле объект изменяет фазу и амплитуду принимаемого сигнала, в результате чего анализатор генерирует сигнал тревоги.

Кабели располагаются параллельно друг другу и монтируются на жесткой стене или другом ограждении, обеспечивая зону обнаружения, как это показано на рисунке 1.9.

Расстояние между кабелями и их расположение могут изменяться в зависимости от конкретных требований заказчика и условий обнаружения.

Специальная конструкция системы RAFID делает ее нечувствительной к внешним факторам, которые могут иногда «ослепить» обычные электронные системы контроля, например, инфракрасные системы безопасности.

Система обеспечивает гибкость в выборе конфигурации зоны детектирования, позволяя приспособить параметры системы под индивидуальные особенности охраняемого объекта и стратегию обнаружения нарушителя.

Система RAFID может быть разделена на отдельные зоны, каждая из которых защищает отдельную часть периметра, например, стену. Все зоны работают на одной и той же частоте, что исключает возможность интерференционных помех при использовании схемы когерентного детектирования. Параметры всех зон оптимизированы для эффективной защиты отдельных участков периметра [19].

В комплект оборудования входит: передатчик, приемник/анализатор, излучающие кабели и оконечный блок.

Длина отдельной зоны охраны 0 до 150 м, ширина чувствительной область - до 3 м.

Передатчик и приемник работают на 16-ти дискретных частотах в диапазоне 40 - 41 МГц, что дает возможность организации многозонных рубежей охраны без взаимных перекрестных помех.

Система RAFID обеспечивает [19]:

- высоконадежную «объемную» защиту периметров;

- гибкую конфигурацию для различных типов ограждений, а также для неогражденных участков и запретных зон;

- защищенную от внешних воздействий конструкцию детекторов типа «излучающий фидер»;

- легко адаптируемую зонную структуру для приспособления к требованиям объекта (протяженность и конфигурация чувствительной зоны).

Преимущества радиоволновых систем перед радиолучевыми -- независимость от профиля почвы и точное следование линии ограды [5, 20].

Недостатки - подвержены влиянию погонных условий, снижающих стабильность ее параметров.

С учетом помеховых факторов и изучения различных средств обнаружения охраны периметра объекта осуществляется выбор средств обнаружения. У каждого средства есть свои «плюсы» и «минусы», а также свои ограничения по применению [19].

Применение радиоволновых систем охраны периметра на основе коаксиальных кабелей, неоспоримым преимуществом которых является точное следование контурам всего периметра и невосприимчивость к топографии и рельефу. Помимо всего этого, коаксиальные кабели, прокладываются в грунт на глубину 10 - 30 см, в отличие от ряда других систем, равномерно распределяют «охранную нагрузку» по всему периметру, исключая нежелательную приоритетность, тем самым еще более повышая эффективность обнаружения.

К тому же, радиоволновые системы еще меньше реагируют на внешние помехи, таким образом, остаются незамеченными не только птицы, но и мелкие животные. Растительность, кусты и деревья могут находиться непосредственно в зоне обнаружения.

1.2.7 Цель и задачи

Целью дипломной работы является оценка рисков и возможностей технологий при использовании радиоволной системы для обеспечения безопасности периметра обьекта (здания),как в городском массиве так и в пригородных зонах, а именно охрана периметра складских помещений.

Необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть на примере склада факторы, которые необходимо учесть при выборе системы охраны периметра данного обьекта; выделить основные мотивы, цели нарушителей при совершении конкретных преступлений; определить классификацию нарушителей в отношении территории на которой непосредственно и находится скадское помещение;

- предложить алгоритм обработки информации в приемном блоке;

- провести расчет степени риска и показателя эффективности работы системы охраны периметра в целом, дать оценку применения комплекса системы защиты и охраны периметра;

- провести экспериментальные исследования чувствительности элементов радиоволновой системы на физической модели.

2. Типовой вид расположения складского помещения

Под зоной периметра понимается часть территории объекта вдоль его периметра, ограниченная с внешней стороны внешним ограждением объекта, а с внутренней стороны -- внутренним ограждением.

Под зоной периметра примем территорию складского помещения средних размеров, расположенного в черте города. В состав зоны периметра склада, входят контрольно-пропускные пункты, внешнее ограждение и зона отчуждения (ее ширина достигает 1,8-х метров), а также расположенные в ней инженерно-технические средства охраны и освещения и тому подобное.

На рисунке 2.1 приведен типовой вид расположения складского помещения

Рисунок 2.1 - Типовой вид расположения складского помещения

Факторы, которые необходимо учесть при выборе системы охраны периметра складского помещения:

- прилегающие к внешнему ограждению территории;

- транспортные проезды и пешеходные маршруты (при их наличии) вдоль внешней стороны периметра;

- внешнее ограждение периметра (состояние и характеристики его строительных конструкций);

- контрольно-пропускной пункт (КПП), предназначенный для прохода персонала и проезда служебного транспорта;

- здания и сооружения на внутренней территории, имеющие охраняемое имущество;

- элементы системы освещения зоны периметра.

2.1 Модель угроз, основные характеристики нарушителей. Классификация нарушителей

Модель угроз представляет собой перечень возможных действий (целей и способов их достижения) нарушителя по преодолению зоны периметра распределенного объекта охраны. Под целью вторжения понимается конечная цель нарушителя, реализуемая им после преодоления зоны периметра. Перечень возможных действий нарушителя по преодолению охраняемой зоны периметра достаточно широк - от простой кражи, до террористических действий. Он прямо зависит от типа охраняемого имущества собственника. Определение целей вторжения на территорию предприятия, облика возможного нарушителя и наиболее вероятных сценариев его действий дает возможность сформировать требования к инженерно-техническим средствам системы охраны периметра, при реализации которых возможно ее эффективное противостояние [21].

Под моделью нарушителя понимается уровень физической подготовленности нарушителя; знания, которые дают возможность оценить степень способности и заинтересованности нарушителя в преодолении охраняемой зоны периметра [21, 22].

Для любого объекта можно выделить классы нарушителей, действия которых наиболее вероятны для данного объекта. Для каждого класса нарушителей характерны свои способы действий, цели, задачи и тому подобное, а соответственно, методы противодействия [22].

Выделим несколько основных характеристик, которые позволят описать основные группы нарушителей [23]:

- мотивы;

- цели;

- финансовое обеспечение;

- наличие и уровень профессиональной подготовки нарушителей;

- техническое обеспечение;

- наличие и качество предварительной подготовки преступления;

- наличие и уровень внедрения нарушителей на объект.

Основные мотивы деятельности нарушителей [23]:

- желание приобрести материальные ценности;

- конкурентная борьба;

- сведение личных счетов;

- политические мотивы;

- религиозные мотивы;

- любопытство;

- ошибка;

- неосознанные, немотивированные действия под влиянием алкоголя, или других наркотических веществ.

Цели нарушителей при совершении конкретных преступлений [23]:

- кража материальных ценностей;

- кража информации;

- уничтожение материальных ценностей;

- уничтожение информации;

- создание помех функционированию объекта (вплоть до полного прекращения функционирования объекта);

- ухудшение условий жизнедеятельности людей;

- физическое уничтожение людей.

Среди целей нарушителей конкретно касающихся противоправных действий нарушителя по отношению к складскому помещению можно выделить кражу и уничтожение информации, создание помех функционированию объекта.

Классификация нарушителей [16, 22, 24]:

1 класс -- случайный нарушитель. Он не имеет преступных намерений, не знает оборудования, не применяет подручных средств для проникновения, не пользуется специальными приемами преодоления зоны обнаружения.

2 класс -- преступник-дилетант. Такой нарушитель решается на преступление при появлении благоприятного момента. Он не знает оборудования периметральной охранной сигнализации, может применять подручные средства для проникновения, будет осторожен при проникновении.

3 класс -- подготовленный нарушитель. Он может выявить и определить по внешнему виду тип оборудования, знает принципы работы и форму зон обнаружения. Он может найти и использовать характерные для данного оборудования уязвимые места, может применить подручные средств для проникновения и обхода предполагаемой зоны обнаружения, может умышленно вызывать ложные срабатывания, при наличии доступа способен подручными средствами вывести из строя оборудование.

4 класс -- нарушитель с профессиональными знаниями в области охранной сигнализации. Заранее изучает пути проникновения и готовится к нему. Он в совершенстве знает оборудование и его уязвимые места. Определяет и использует уязвимые места, применяет специальные методы, средства и приспособления для проникновения, может создать противодействие, нейтрализовать или вывести из строя оборудование, может замаскировать проникновение под ложное срабатывание.

5 класс -- профессиональная преступная организация. Такая организация может иметь в своем распоряжении необходимые финансовые, людские и технические ресурсы для подготовки скрытого вторжения на охраняемый объект. Она может провести детальное изучение объекта, разработать и реализовать проекты нейтрализации оборудования.

Из приведенных выше классификаций нарушителей можно выделить 1-й, 2-й и 3-й, 4-й классы нарушителей, действия которых наиболее вероятны для выбранного объекта охраны периметра, которым является территория складского помещения.

радиоволновый периметральный безопасность угроза

3. Алгоритм обработки информации в приемном блоке

Принцип действия радиоволновой системы основан на регистрации и анализе волн, излучаемых передатчиком на приемник. Если нарушитель в зоне обнаружения отсутствует, амплитуда радиоимпульсов изменяется только под влиянием условий распространения радиоволн (дождь, снег, колебания травы, ветвей кроны деревьев и так далее). Эти изменения представляют собой шумовую помеху приема. Передвигающийся в зоне обнаружения нарушитель вызывает модуляцию СВЧ-сигнала, глубина и форма которой зависят от роста и массы тела нарушителя, скорости движения, места пересечения участка, рельефа. Изменения параметров модуляции сигнала обрабатываются микропроцессором. Он анализирует амплитудные и временные характеристики принятого сигнала и в случае их соответствия критериям, заложенным в алгоритме обработки для модели нарушителя, формирует извещение о тревоге [5, 6, 8, 9, 10, 11, 12].

Нет средств, работоспособность которых не зависит ни от каких помеховых факторов.

Необходимо учитывать, что воздействие большинства помех носит вероятностный характер. Конкретное событие для данного объекта может происходить раз в год, или раз в минуту. К примеру, если средство будет реагировать на проезд автомобиля раз в месяц, то с этим можно смириться; если помехи происходят днем, когда средство снято с охраны и отсутствуют вечером и ночью, то ими можно пренебречь [10].

Система обработки должна наилучшим образом выделять необходимую информацию о цели из смеси сигнала, шумов и помех. Понятие «наилучшим образом» определяет качество выходной информации, а понятие «необходимая информация» - ее количество.

Большинство задач обнаружения сигналов решается методами статистической теории решений, которая является разделом математической статистики. Эти методы позволяют анализировать напряжение на выходе приемника, полученное на определенном интервале наблюдения. В результате анализа принимается решение о наличии или отсутствии сигнала от цели в составе этого напряжения. Из-за статистической природы анализируемого напряжения, принятое решение имеет ту или иную степень достоверности.

Для получения такого решения необходимо выполнить два условия.

Во-первых, должна быть известна некоторая предварительная (априорная) информация о составе выходного напряжения приемника. В качестве априорной информации используются, например, известные функции распределения напряжения шума W0(u) и напряжения суммы сигнала и шума W1(u).

Во-вторых, обработка выходного напряжения и принятие решения о наличии или отсутствии цели должны быть выполнены по определенному правилу. Применение этого правила должно максимально увеличить объем полученной (апостериорной) информации о составе выходного напряжения. Рассмотрим процесс получения такого правила.

При бинарном обнаружении цели имеется две группы событий.

В первую группу входят два события, которые отражают фактическую ситуацию в зоне обнаружения: «цель есть» (событие А1) и «цели нет» (событие А0). Каждое из этих событий имеет свою вероятность появления: Р(А1) и Р(А0). Эти события составляют полную группу, поскольку P(A1)+P(A0)=l и несовместимы, поскольку в данный момент времени может происходить только одно из них.

Во вторую группу входят два других события, которые отражают фактическую ситуацию на выходе системы обработки после анализа полученного напряжения и принятия решения: «цель есть» (событие A'1) и «цели нет» (событие А'0). Вероятности появления этих событий: P(A'1) и Р(А'0). Эти события также несовместимы и составляют полную группу: P(A'1)+P(A'0)=l.

В процессе наблюдения в каждой зоне обнаружения будет иметь место одно из событий первой группы и одно из событий второй группы. В результате в каждой зоне возникнет один из четырех вариантов одновременного наступления двух зависимых событий. Два из этих вариантов дадут безошибочное решение: А1 и A'1 - правильное обнаружение цели и А0 и А'0 - правильное необнаружение цели. И два варианта дадут ошибочные решения: А1 и А'0 - пропуск цели и А0 и A'1 - ложная тревога. Ошибочные варианты появятся благодаря статистическому (шумовому) характеру выходного напряжения приемника, не позволяющему получать полностью достоверную информацию.

Известно, что вероятность одновременного наступления двух совместимых и зависимых событий Р(Аn+А'k) определяется по правилу умножения вероятностей. Она равна произведению вероятности одного из этих событий Р(Аn) на условную вероятность появления второго, вычисленную в предположении, что первое событие совершилось Р(А'k/Аn) [25]:

. (3.1)

Условная вероятность ложной тревоги (при условии, что сигнала нет), то есть вероятность того, что напряжение шума u(t) превысит некоторое пороговое значение u0 будет равна [25]:

. (3.2)

Тогда вероятность ложной тревоги:

. (3.3)

Условная вероятность пропуска сигнала (при условии, что сигнал есть), то есть вероятность того, что напряжение суммы сигнала и шума не превысит уровень u0 будет равна [25]: