Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Постановка задачи исследования

1.1 Определение основных показателей подсистемы обнаружения

1.2 Определение задачи исследования

2. Анализ периметровых ТСО, представленных на рынке

3. Структурная схема подсистемы обнаружения

4. Отбор ТСО для синтеза подсистемы обнаружения

4.1 Расчет стоимости рубежей

4.2 Расчет стоимости подсистемы обнаружения

5. Определение основных показателей качества системы обнаружения

5.1 Выбор алгоритма СЛОС

5.2 Расчет периода ложных тревог

5.3 Расчет вероятности обнаружения нарушителя

6. Расчет характеристик надежности

6.1 Расчет вероятности безотказной работы

6.2 Расчет средней наработки до первого отказа

7. Алгоритм решения задачи построения подсистемы обнаружения с минимальной стоимостью при заданных показателях качества

8. Структурная схема подсистемы обнаружения

Заключение

Список использованных источников



Введение

В курсовом проекте решается задача построения СО с минимальной стоимостью при показателях качества не ниже требуемых, на основе анализа исходных данных периметровых систем обнаружения. Также будет разработан алгоритм решения поставленной задачи. ТСО будут выбраны из представленных на рынке изделий, которые подойдут под условия эксплуатации и критерии технических характеристик. Будет произведен организационно-экономический расчет построенной СО.

Технические средства обнаружения (ТСО) представляют собой устройства, предназначенные для выявления вторжения человека или другого нерегламентированного объекта в охраняемую зону. Для данных изделий окружающая среда со всем многообразием ее параметров и влияющих факторов является составной частью их информационного канала, в котором реализуется "процесс обнаружения". Поэтому качество ТСО в значительной мере определяется тем, в какой степени реализуемые ими алгоритмы и их электрические схемы способны учесть воздействующие внешние факторы или адаптироваться к ним в процессе функционирования.



1. Постановка задачи исследования

1.1 Определение основных показателей подсистемы обнаружения

Предварительный выбор расчётных вариантов подсистемы обнаружения по составу средств и алгоритму их взаимодействия проводится на основе формализованной модели, учитывающей вероятные способы вторжения нарушителя в зону обнаружения и технические характеристики технических средств обнаружения (ТСО). Этот этап синтеза предполагает решение задачи оптимального назначения ТСО по возможным способам вторжения нарушителя и позволяет выявить те варианты, которые удовлетворяют требуемому значению вероятности обнаружения нарушителя подсистемой:

На этом этапе синтеза можно дать предварительные рекомендации по выбору варианта, обладающего минимальной стоимостью. Однако данные рекомендации являются лишь предварительными, поскольку на указанном этапе не учитываются изменения вероятности обнаружения ПО за счёт применения возможных алгоритмических методов повышения устойчивости её функционирования.

Противоречивые требования обеспечения необходимых уровней вероятности обнаружения нарушителя и устойчивости функционирования учитываются при выборе подсистемы на основе анализа зависимостей вероятности обнаружения и устойчивости подсистемы от принятых алгоритмов обработки сигналов от ТСО. Поэтому следующим этапом синтеза подсистемы обнаружения является установление указанных зависимостей.

Показатель устойчивости функционирования системы (среднее число ложных тревог) зависит от характеристик ТСО, их количества, алгоритма обработки сигналов от средств.

Количественная оценка вариантов подсистемы по среднему числу ложных тревог проводится на основе формализованной модели устойчивасти функционирования подсистемы обнаружения, позволяющей устанавливать зависимости среднего числа ложных тревог системы от вида алгоритма обработки сигналов, времени хранения входной информации от ТСО и характеристик средств обнаружения.

По этим зависимостям, зная требуемые значения показателей устойчивости системы, можно выбрать алгоритмы обработки сигналов, при которых одновременно удовлетворяются требования подсистемы по вероятности обнаружения и числу ложных тревог. Дальнейший отбор вариантов проводится по минимуму стоимости

из числа вариантов, удовлетворяющих требованиям по вероятности обнаружения

и ложным тревогам

Следует отметить, что вероятность обнаружения СО в значительной мере зависит от способа объединения средств в подсистему и их взаимодействия (алгоритма обработки сигналов от ТСО).

Таким образом, задача формирования и отбора оптимального варианта ПО состоит в определении количества ТСО, их основных показателей назначения, структуры и алгоритма обработки сигналов, удовлетворяющих следующей системе соотношений:

где - минимальная стоимость подсистемы обнаружения из рассматриваемого множества вариантов;

- стоимость j-го варианта подсистемы в рассматриваемом множестве;

j - множество рассматриваемых вариантов;

- показатель вероятности обнаружения подсистемы, имеющей минимальную стоимость в множестве рассматриваемых вариантов;

- требуемое значение показателя вероятности обнаружения подсистемы;

- показатель устойчивости функционирования (период ложных тревог) подсистемы, имеющей минимальную стоимость в множестве рассматриваемых вариантов;

- требуемый средний период ложных тревог подсистемы.



1.2 Определение задачи исследования

Основными характеристиками подсистемы обнаружения, автоматизированной системы охраны, являются:

1. Тип подсистемы обнаружения - периметровая СО нережимного объекта;

2. Вероятность обнаружения нарушителя: нережмный -

3. Период ложных тревог - = 1 в 10 суток;

4. Периметр охраняемого объекта - L = 2700 метров;

5. Время логической обработки сигналов -

Исходя из этого возможно решение двух задач:

Первая задача состоит в минимизации обобщенных стоимостных затрат , при которых достигается заданный уровень вероятности обнаружения и периода ложных тревог.

Вторая задача заключается в том, что исходной величиной являются материальные затраты, а максимизируются основные показатели качества с учетом принятых ограничений.

При решении прикладных задач наибольшее распространение получила первая задача. На основе данной задачи основан данный курсовой проект.

Основными показателями качества системы обнаружения являются показатели назначения: вероятность обнаружения, период ложных тревог. На величину этих показателей качества влияют как показатели качества ТСО, входящих в подсистему обнаружения (вероятность обнаружения - P_i и период ложных тревог -, где i - порядковый номер рубежей обнаружения), так и характеристики схемы логической обработки сигналов. К последним относятся: n - количество рубежей обнаружения, m - количество сигналов от ТСО, необходимых для формирования сигнала тревоги подсистемы обнаружения,- время логической обработки сигналов.

Схема логической обработки сигналов представляет собой устройство, формулирующее сигнал тревоги СО при поступлении от n-рубежей ТСО за время обработки информации не менее m-сигналов. Время логической обработки сигналов является тактическим параметром и выбирается исходя из условия максимального допустимого времени преодоления рубежей обнаружения подготовленным нарушителем.

В общем случае задача формирования оптимального по составу варианта функциональной системы состоит в решении ряда частных задач, последовательное выполнение которых приводит, в конечном счете, к выбору наиболее рациональной структуры. Взаимосвязь задач, решаемых при синтезе системы, показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Взаимосвязь задач, решаемых при синтезе функциональной подсистемы.



2. Анализ периметровых ТСО, представленных на рынке

Для построения объективной и эффективной подсистемы обнаружения необходимо выбрать наиболее подходящие ТСО представленные на рынке, для эффективности следует выбрать ТСО работающие на основе разных физических принципов. Информация и основные ТТХ устройств, их стоимость, принципы работы и условия размещения на объекте, взяты с сайтов производителей.

Таблица 1 - Периметровые ТСО

№ п/п	Название	Тип средства обнаружения	Вероятность обнаружения	Период ложных тревог	Протяженность периметра охраны ТС	Средняя интенсивность отказов	Стоим. (руб.)
1	Барьер - 300С (Forteza)	Двухпозиционный, радиолучевой	0,98	732	300	7	25872
2	Барьер - 500С (Forteza)	Двухпозиционный, радиолучевой	0,98	732	500	13	26950
3	Радиан-14 (Элерон)	Емкостное	0,95	1000	500	11	115898
4	Годограф-СМ-В-1Б (НИКИРЭТ)	Вибрационное	0,95	800	500	10	79234
5	Дельфин-М (Дедал)	Вибрационное	0,95	2000	250		270110
6	Диамант (Дедал)	Вибрационное	0,95	2000	250		25990
7	Годограф-СМ-С-1	Сейсмическое	0,95	1000	300	12	62997
8	РЕЛЬЕФ	Линейное двухпроводное	0,98	732	250		22846
9	Сигма-07 (Дедал)	Емкостное	0,95	1000	250		230000
10	Микрос-102	Вибрационное	0,98	2000	1000		43000



3. Структурная схема подсистемы обнаружения

Под структурой СО понимается количество рубежей обнаружения в СО и алгоритм обработки информации от ТСО. Определение структуры СО заключается в выборе схемы логической обработки сигналов m и n из конкретных типов ТСО, где m - количество сигналов от различных ТСО, необходимое для выдачи СО сигнала "Тревога", а n - количество рубежей обнаружения в СО.

Принцип функционирования СО заключается в формировании сигнала "Тревога" при проникновении нарушителя в запретную зону. При этом главным является: насколько качественно эта функция СО будет выполнена.

При вторжении нарушителя в контролируемую зону и воздействии его на физические параметры окружающей среды функционирование СО включает в себя:

а) регистрацию первичными преобразователями ТСО изменения параметров окружающей среды;

б) обработку поступающей от первичных преобразователей информации;

в) формирование сигнала "Тревога" и отображение информации для оператора.

Обработка поступающей информации во многом зависит от схемы логической обработки информации, входящей в состав УОС. Поэтому главным моментом в функционировании СО является работа устройств обработки сигналов, в частности схем логической обработки сигналов.

Из ограничений и допущений следует, что в состав системы обнаружения должны входить не менее трех рубежей обнаружения:



Рисунок 2 - Структурная схема подсистемы обнаружения

ОВ - объект вторжения;

УОС - устройство обработки сигнала

РУ - решающее устройство

УО - устройство отображения



4. Отбор ТСО для синтеза подсистемы обнаружения

4.1 Расчет стоимости рубежей

Для построения рациональной системы обнаружения с минимальной стоимостью, при заданных показателях качество, в первую очередь надо обратить внимание на цену подсистемы обнаружения. Для начала построим таблицу всех ТСО с необходимым количеством комплектов и общей ценой.

Стоимость СО составляется из стоимости всех рубежей СО.

,

где С_общ - общая стоимость СО;

- стоимость i-го рубежа охраны;

n - количество рубежей.

Стоимость рубежа зависит как от стоимости ТС СО, так и от протяженности периметра охраны. Для полного покрытия этого периметра нам может понадобиться несколько комплектов ТС:

,

где K - число комплектов ТС, обеспечивающих обнаружение;

L_ТС - протяженность периметра охраны ТС,

L_ПО - общая протяженность периметра охраны.

Полная стоимость ТС для охраны всего рубежа:

,



где C_р - полная стоимость рубежа ПО;

K - количество комплектов ТС;

C_ТС - стоимость одного комплекта ТС;

Общая длина рубежа охраны:

= 2700м

№ п/п	Название	Тип средства обнаружения	Протяженность периметра охраны ТС	Стоим.	Необходимое количество комплектов	Стоимость рубежа
1.	Барьер-300С	двухпозиционное радиолучевое	300	25872	9	232'848
2.	Барьер-500С	двухпозиционное радиолучевое	500	26950	6	161'700
3.	Дельфин-М	вибрационное	250	270110	11	2'971'210
4.	Годограф-СМ-В-1Б	вибрационное	500	79234	6	475'404
5.	Микрос-102	вибрационное	1000	124990	3	374'970
6.	Диамант	вибрационное	250	25990	11	285'890
7.	Радиан-14	емкостное	500	115898	6	695'388
8.	Сигма-07	емкостное	250	230000	11	2'530'000
9.	Годограф-СМ-С-1	сейсмическое	300	62997	9	566'973
10.	РЕЛЬЕФ	линейное двухпроводное	250	22846	11	251'306

4.2 Расчет стоимости подсистемы обнаружения

Анализируя колонки "Тип средства обнаружения" и "Стоимость рубежа" выберем ТСО с минимальными стоимостями, работающими на различных физических принципах.



№ подсистемы	№ п/п	Название	Тип средства обнаружения	Протяженность периметра охраны ТС	Стоим.	Необходимое количество комплектов	Стоимость рубежа
				(в метрах)	(руб.)
I	1.	Барьер-500С	двупозиционное радиолучевое	500	26950	6	161'700
	2.	Годограф-СМ-В-1Б	вибрационное	500	79234	6	475'404
	3.	Радиан-14	емкостное	500	115898	6	695'388
Общая стоимость выбранной подсистемы обнаружения:	1'322'482
II	1.	Барьер-500С	двупозиционное радиолучевое	500	26950	6	161'700
	2.	РЕЛЬЕФ	линейное двухпроводное	250	22846	11	251'306
	3.	Диамант	вибрационное	250	25990	11	285'890
Общая стоимость выбранной подсистемы обнаружения:	698'896
III	1.	Барьер-300С	вибрационное	300	25872	9	232848
	2.	Годограф-СМ-С-1	сейсмическое	300	62997	9	566973
	3.	Радиан-14	емкостное	500	115898	6	695'388
Общая стоимость выбранной подсистемы обнаружения:	1'495'409

Исходя из главного условия - выгодной цены, самая подходящая подсистема обнаружения - подсистема II.



5. Определение основных показателей качества системы обнаружения

5.1 Выбор алгоритма СЛОС

Получив СО с минимальной стоимостью, необходимо определить вероятность обнаружения ею нарушителя и период ложных тревог. Период ложных тревог является временной характеристикой СО. Он тесно связан с алгоритмом обработки информации, что позволяет определить оптимальный алгоритм обработки сигналов.

В настоящее время достаточно широко используются два алгоритма СЛОС, а именно:

а) Алгоритм А - состоящий в том, что после первого срабатывания одного из ТСО в течение времени принимается еще m-1 сигналов от остальных n-1 ТСО, и при получении их подсистемой обнаружения вырабатывается сигнал тревоги. Если указанное количество сигналов не поступило за время , то сигнал сбрасывается и все повторяется с начала.

б) Алгоритм Б - состоящий в том, что после первого срабатывания в течение времени принимается сигнал от одного из оставшихся m-1 технических средств обнаружения. При получении второго сигнала снова в течение времени принимается сигнал от одного из оставшихся m-2 ТСО и т.д. до получения m-срабатываний и формирования сигнала тревоги СО. Если в процессе набора информации хотя бы один раз за время сигнал от ТСО не поступил, происходит сброс информации и процесс повторяется.

Заметим, что числовые значения и могут быть связаны соотношением:

.



В данной работе будет использоваться алгоритм Б, так как для него имеется подробная методика расчета и он наиболее устойчив к ложным тревогам (предпочитителен).

5.2 Расчет периода ложных тревог

,

где - период ложных тревог СО при алгоритме Б;

к - количество участков ТСО в каждом рубеже;

n - количество рубежей в СО;

m - количество сигналов ТСО для выработки сигнала срабатывания ПО;

- время логической обработки сигнала при алгоритме Б;

- сумма всех возможных произведений периодов ложных тревог ТСО, различных рубежей по n-m сомножителей в каждом. В тех случаях, когда количество участков ТСО в каждом рубеже различно (к1, к2,…, кn), формула принимает вид:

,

где - индексы соответствующих рубежей обнаружения.

В формуле обозначает сумму всех возможных произведений по m значений , отличающихся индексами n-m произведений , индексы которых отличаются от j-х и между собой. Значит, в каждом члене суммы множества присутствуют все индексы от 1 до n, но у разных сомножителей (k или Т). Время логической обработки сигнала

Вариант 1.

=

=

=

Вариант 2.

=

=

=

Вариант 3.

=

=

5.3 Расчет вероятности обнаружения нарушителя

Рассчитав период ложных тревог, необходимо вычислить вероятность обнаружения СО АСО.

Независимо от алгоритма обработки информации и количества участков обнаружения в каждом рубеже в общем виде (для СЛОС m из n ) формула для расчета вероятности обнаружения ПО примет вид:

,

где k -порядковый номер члена суммы, считая первый нулевым, ;

- количество сочетаний k+1 элементов по k;

- вероятность обнаружения i-рубежа;

- сумма всех возможных произведений вероятностей обнаружения из n-рубежей по n+k сомножителей, количество членов множества равно члену сочетаний из n элементов n-m-k.

ТСО считается правильно выбранным, если полученное по вышеприведенной формуле значение больше или равно требуемому значению вероятности обнаружения , т.е. выполняется условие:

Если же условие не выполняется, то необходимо выбрать другой варант подсиситемы обнаружения с минимальной стоимостью из оставшихся СО, повторить расчет периода ложных тревог и верятности обнаружения.

Для 1-го варианта подсистемы:



= 0,98*0,95+0,98*0,95+0,95*0,95-2*0,98*0,95*0,95 = 0,9956

В данном варианте подсистемы, под заданное условие P=0,9, подходит только =0,9956.

Для 2-го варианта подсистемы:

= 0,98*0,98+0,98*0,95+0,98*0,95-2*0,98*0,98*0,95=2,8224-1,82476 = 0,99764

В данном варианте подсистемы, под заданное условие P=0,9, подходят два алгоритма:



Вариант 3.

= 0,98*0,95+0,98*0,95+0,95*0,95-2*0,98*0,95*0,95=2.7645-1,7689 = 0,9956

В данном варианте подсистемы, под заданное условие P=0,9, подходит только =0,9956.

Проанализировав результаты, делаем вывод о том, что ТСО выбраны верно, и для соответствия условиям выбираем m=2(количество сигналов ТСО для выработки сигнала срабатывания ПО).



6. Расчет характеристик надежности

6.1 Расчет вероятности безотказной работы

На практике наиболее часто интенсивность отказов изделий является величиной постоянной, при этом время возникновения отказов обычно подчинено экспоненциальному закону распределения. Тогда:

,

где P(t) - вероятность безотказной работы в течение времени t;

r - число типов элементов;

N - число устройств конкретного типа;

л - средняя интенсивность отказов.

t=1000 ч

Также принимая во внимание режим работы элементов, требуется ввести поправочные коэффициенты, для простоты расчетов возьмем к

P(t) = = = 0.79

6.2 Расчет средней наработки до первого отказа

Суммарная интенсивность отказов:



Полученные значения можно оценить как хорошие. Применение резервирования не требуется.



7. Алгоритм решения задачи построения подсистемы обнаружения с минимальной стоимостью при заданных показателях качества

обнаружение нарушитель надежность отказ



8. Структурная схема подсистемы обнаружения

Построим вариант периметра, учитывая чтовыбранная подсистема обнаружения на каждом рубеже перекрывает заданную длину периметра, на 1-м рубеже на 300 метров, на 2-м и 3-м рубежах на 50 метров. В реальных условиях в зависимости от формы периметра объекта может понадобиться увеличение количества комплектов ТСО.

Так как первая подсистема обнаружения состоит из трех рубежей, первые два из которых соединены, а третий представлен отдельно, то для простоты представим подсистему обнаружениюв виде двух прямоугольников, периметр первого будет состоять из двух сторон по ххх метров, и двух сторон по ххх. Второй периметр будет состоять из двух сторон по 900 метров и двух сторон по 450 метров, т.е. равен 2700 метров.

Первый рубеж состоит из 6 ТСО - Барьер-500, второй из 11 ТСО Рельеф, третий из 11 ТСО Диамант.



Заключение

На основании задания на курсовой проект были выбраны из составленных трех вариантов технические средства охраны, в комплексе составляющие 3 рубежа.

№ подсистемы	№ п/п	Название	Тип средства обнаружения	Протяженность периметра охраны ТС	Стоим.	Необходимое количество комплектов	Стоимость рубежа
				(в метрах)	(руб.)
II	1.	Барьер-500С	двупозиционное радиолучевое	500	26950	6	161'700
	2.	РЕЛЬЕФ	линейное двухпроводное	250	22846	11	251'306
	3.	Диамант	вибрационное	250	25990	11	285'890
Общая стоимость выбранной подсистемы обнаружения:	698896

Для подсистемы обнаружения рассчитана вероятность обнаружения и период ложного срабатывания =

Выбран алгоритм работы СЛОС (алгоритм Б) и СЛОС (2 из 3). Стоимость подсистемы обнаружения составила 698896 рублей.



Список использованных источников

3. http://www.brandcenter.ru/category/cap0013.htm - Охрана периметра. Системы охраны периметра

4. http://forteza.ru/catalogue/index.php?id=6 - БАРЬЕР-300/500;

5.http://www.eleron.ru/production/perimeter/radian-14 - Радиан 14

Размещено на Allbest.ru