Внешние датчики охранной сигнализации
Системы обнаружения постороннего вторжения на объект включают внешние и внутренние датчики охранной сигнализации (ОС), ТВ системы оценки сигнала тревоги, контроль на КПП, сбор и обработку данных о тревоге, которые должны функционировать совместно. Внешние датчики расположены вне зданий, внутренние – внутри них. В идеале внешняя граница вторжения – сфера, однако главными являются наземные и воздушные пути проникновения.
Показатели эффективности датчиков ОС: вероятность обнаружения, частота ложных тревог, уязвимость к преодолению. Вероятность обнаружения Рд задается в координатах «эффективность – надежность», что соответствует указанию Рд (эффективность) с доверительной вероятностью (надежность) Рр = Р(Рд ≤ 0,9). Значение Рд зависит от следующих факторов: тип цели, которая подлежит обнаружению (идущий, бегущий, ползущий, пробирающийся по туннелю злоумышленник и т.п.); конструкция, условия установки и чувствительность; погодные условия эксплуатации и техническое состояние.
Значение Рд может быть больше при менее серьезной и меньше при более серьезной угрозе со стороны злоумышленника. Поэтому требования к датчикам должны быть всесторонними и конкретными, учитывающими структуру и особенности работы СФЗ.
Частота ложных тревог FЛТ – это функция числа ложных тревог в течение заданного периода времени. Датчики взаимодействуют с окружающей средой и сами не могут отличить вторжение от похожих явлений в зоне обнаружения (контроля). Для установления причины тревоги и необходимости реагирования нужна оценка – без которой обнаружение в СФЗ не является полным. Естественныеисточники ложных тревог – растительность, фауна (животные и птицы), погодные условия (ветер, дождь, снег, туман, молния); техногенные источники – вибрации грунта, переносимые ветром предметы, электромагнитные помехи, а также внутренние технические причины в ФЗС (следствия неудачной конструкции, неправильного технического обслуживания, отказа, поломки и т.д.). Значение FЛТ для ложных тревог по техническим причинам нормируется (например, не более 1 ложной тревоги за неделю при Рд = 0,9) – чтобы «излишняя» чувствительность неправильно выбранных датчиков не мешала нормальному режиму эксплуатации СФЗ. Уязвимость к преодолению означает возможность преодолеть датчик и остаться незамеченным – путем обхода (злоумышленник обходит ограниченную зону действия датчика) или обмана (пересекает зону обнаружения, не вызывая сигнал тревоги).
Классификация внешних датчиков ОС осуществляется по типам: пассивные и активные; скрытые и видимые; действующие в пределах и вне пределов прямой видимости; по способу установки. Пассивные датчики обнаруживают определенный вид энергии (механическая энергия движения злоумышленника), присущий цели, или фиксируют изменения естественных физических полей (структура и параметры магнитного поля при наличии металлических предметов), вызванные целью. Пассивные датчики используют приемники для сбора и обработки поступающей информации, их действие основано на измерении параметров вибрации, тепла, звука и емкости в заданном объеме. Эти датчики проще маскируются, более надежны при воздействии агрессивных химических веществ и взрывобезопасны. Активные датчики передают (излучают) энергию (в инфракрасном, СВЧ и др. диапазоне) в окружающее пространство и выявляют изменения принимаемой энергии, обусловленные присутствием или движением цели; они лучше регулируются для устранения опасности ложных тревог.
Скрытые датчики (подземные и др.) спрятаны от наблюдения, их труднее обнаружить, они не влияют на внешний вид объекта. Видимые датчики (на ограждениях, барьерах и других опорах) могут удержать злоумышленника от вторжения; их легче устанавливать, ремонтировать и обслуживать.
Датчики, действующие в пределах прямой видимости, требуют установки в открытых объемах пространства, без неровностей рельефа и местных предметов. В реальных условиях они обеспечивают, как правило, меньшую площадь зоны обнаружения по сравнению с датчиками, действующими вне пределов прямой видимости.
Пространственные датчики обнаруживают вторжение в контролируемый объем, линейные – вдоль заданной линии (фиксируя механические смещения ограждения, барьера, забора). По способу установки в зоне обнаружения различают подземные (в виде линий под землей); связанные с ограждением (размещаемые на нем или сами являющиеся чувствительным ограждением) и индивидуально устанавливаемые (крепятся на отдельных опорах на открытом месте). Основные типы внешних датчиков ОС, в соответствии с их классификацией и принципом действия, демонстрирует таблица 2.1.
Таблица 2.1. Типы внешних датчиков ОС и их основные характеристики
| Тип датчика | Пассивный (П) или активный (А) | Скрытый (С) или видимый (В) | В пределах ПВ или вне ПВ | Пространственный (ПР) или линейный (Л) |
| Подземные | ||||
| Сейсмический / давления | П | C | вне ПВ | Л |
| Магнитного поля | П | C | вне ПВ | ПР |
| Коаксиал с отверстиями | А | C | вне ПВ | ПР |
| Волоконно-оптический кабель | П | C | вне ПВ | Л |
| Связанные с ограждением | ||||
| Возмущения ограждения | П | В | вне ПВ | Л |
| Чувствительное ограждение | П | В | вне ПВ | Л |
| Электрического поля | А | В | вне ПВ | ПР |
| Индивидуально устанавливаемые | ||||
| Активный ИК | А | В | ПВ | Л |
| Пассивный ИК | П | В | ПВ | ПР |
| Двухпозиционный СВЧ | А | В | ПВ | ПР |
| Совмещенный | А / П | В | ПВ | ПР |
| Обнаружения движения | П | C | ПВ | ПР |
Типы подземных датчиков: сейсмические (включая датчик давления); магнитного поля; коаксиальный кабель с отверстиями; волоконно-оптический. Сейсмические датчики (чувствительны к механическим волнам более высокой частоты) и датчики давления (чувствительны к волнам меньшей частоты) – П; С; вне ПВ; Л (см. таблицу 2.1), реагируют на возмущения в грунте, вызванные движущимся злоумышленником. Датчик давления состоит из шланга, заполненного водой под давлением, соединенного с устройством преобразования сигнала, или из двух таких шлангов, реагирующих на разность давлений – что позволяет уменьшить вероятность ложного срабатывания от удаленных источников. Сейсмический датчик представляет собой линию сейсмоприемников, каждый из которых содержит катушку с проводом и постоянный магнит: один из этих элементов жестко закреплен, другой колеблется при сейсмических возмущениях, при этом в катушке генерируется ЭДС и возникает ток. Влияние удаленных источников (помех) устраняется чередованием полярности катушек в линии сейсмоприемников.
Чувствительность подземных датчиков зависит от состава и плотности грунта (в замороженной почве чувствительность снижается). Глубина залегания определяется компромиссом между высокой вероятностью Рд и малой зоной обнаружения при малой глубине – и меньшей Рд и большей зоной обнаружения при увеличенной глубине (типичная ширина полосы обнаружения 0,9-1,8 м). Источники ложных тревог: энергия ветра, передаваемая в грунт ограждениями, столбами и деревьями; транспорт (легковой и грузовой, поезда); тяжелое промышленное оборудование. Уязвимость определяется возможностью соорудить перекидной мостик и преодолеть линию датчиков.
Датчики магнитного поля – П; С; вне ПВ; ПР (см. таблицу 2.1), реагируют на изменения локального магнитного поля, вызванного перемещением металлических предметов (автомобили, вооруженные злоумышленники и др.). Датчик состоит из последовательности установленных в земле проводящих петель или катушек – перемещение металлических предметов вблизи них изменяет магнитное поле, создавая в катушках ЭДС и ток. Чувствительны к электромагнитным помехам (разряды молнии, техногенные помехи), нечувствительны к злоумышленнику без металлических предметов.
Коаксиальные кабели с отверстиями (излучающие кабели, кабели с утечкой) – А; С; вне ПВ; ПР (см. таблицу 2.1), устанавливаются под землей и реагируют на перемещение тел с высокой диэлектрической проницаемостью и (или) проводимостью рядом с ними. Объем обнаружения охватывает большое пространство: 0,45-0,9 м над землей и на 0,9-1,8 м шире, чем расстояние между кабелями. В замерзшей почве чувствительность датчиков возрастает – из-за уменьшения проводимости почвы и поглощения энергии в ней. Источники ложных тревог – движущиеся металлические предметы и проточная вода (неподвижные металлические предметы и стоячая вода могут возмущать излучаемое поле и создавать зоны, где обнаружение невозможно: вблизи коммуникаций, наземных решеток и опор, подземных водопроводных и кабельных линий). На вероятность Рд влияют настройка процессора датчика, характеристики грунта (негативно влияют наличие металлов и соли), местные предметы.
Волоконно-оптические кабели – П; С; вне ПВ; Л (см. таблицу 2.1), нити из стекла или пластмассы, диэлектрические волноводы, чувствительные к изменению формы на протяжении всей нити (волокна длиной до 90-100 м заглубляются в почву на единицы см в виде сетки). Датчик выдает сигнал тревоги, когда злоумышленник наступает на грунт над волокном – источники ложных тревог аналогичны сейсмическим датчикам (для уменьшения связи с грунтом волокна помещают в гравий, что снижает частоту ложных тревог).
Три основных типа датчиков, связанных с ограждением: датчики возмущений ограждения; чувствительные ограждения и датчики электрического поля (емкостные). Датчики возмущения ограждения – П; В; вне ПВ; Л (см. таблицу 2.1), предназначены для установки на ограждениях, чаще всего сетчатые (сетка через каждые 2,7 м закрепляется на столбах, огибая неровности рельефа), могут обнаруживать движение или сотрясение злоумышленника, при попытке перелезть или разрезать сетку. Чувствительные элементы датчиков: переключатели; электромеханические датчики; кабели, чувствительные к натяжению; пьезоэлектрические датчики; сейсмоприемники; волоконно-оптические и электрические кабели. Источники помех: ветер и переносимые им легкие предметы, дождь при порывах ветра, град, сейсмическая активность – ввиду движения транспорта и работы производственных объектов, вибрирующего оборудования. Для минимизации FЛТ жестко и прочно устанавливают столбы (опоры) ограждения; туго натягивают сетку; стараются избегать установки на сетке дребезжащих элементов (знаки, концы проводов, шнуров и т.п.). При двухрядном ограждении датчики устанавливают на внутреннем ряду – чтобы внешний ряд блокировал переносимый ветром мусор, не допускал мелких животных. Чтобы избежать подкопов нижнюю часть сетки бетонируют, средством против перекидных мостков является увеличение высоты.
Чувствительные ограждения – П; В; вне ПВ; Л (см. таблицу 2.1), предназначенные для защиты от злоумышленников, которые пытаются перелезть или разрезать их, состоят из большого числа туго натянутых параллельных проводов (колючая проволока), которые вблизи центральной части соединены посредством натяжения с чувствительными элементами (механические переключатели, тензодатчики, пьезоэлементы). Опоры могут быть общими с ограждением или отдельными. Они более устойчивы по сравнению с датчиками возмущения ограждения ввиду возможности отрегулировать чувствительные элементы, так, чтобы не реагировать на вибрации. Источники ложных тревог: крупные животные, неправильная установка, плохое техобслуживание, снегопады и обледенение. На величину Рд влияют натяжение проволоки, сила трения и расстояние между проводниками (рекомендуется не более 10 см, что недешево и сложно).
Датчики электрического поля (емкостные датчики) – А; В; вне ПВ; ПР (см. таблицу 2.1), идентифицируют изменение емкостной связи для набора проводов, установленных на ограждении, но изолированных от него. Чувствительность регулируется в пределах до 1 м от проводов, что ограничивается допустимой величиной FЛТ (которую можно уменьшить путем хорошего заземления датчиков и других местных металлических предметов и сеток ограждения). Восприимчивы к молниям, дождю, движению ограждения, мелким животным, могут быть повреждены наледью на проводах и изоляторах. Область обнаружения выходит за пределы поверхности ограждения, поэтому эти датчики труднее преодолеть под и над ограждением, Их можно устанавливать на отдельном ряду столбов, а не совмещать с ограждением – это увеличивает объем обнаружения и уменьшает FЛТ (ввиду отсутствия параллельной заземленной металлической сетки), особенно если применяются специальные методы обработки сигналов и вводятся дополнительные провода в горизонтальной плоскости, – благодаря чему удается уменьшить влияние молний и мелких животных.
К индивидуально устанавливаемым датчикам относятся инфракрасные (ИК); микроволновые (сверхвысокочастотные – СВЧ) и видеодатчики обнаружения движения. Активные ИК-датчики – А; В; ПВ; Л (см. таблицу 2.1), излучают ИК сигнал (длина волны порядка 0,9 мкм) через объектив в виде узкого пучка лучей, на который реагирует приемник с фотодиодом, если его путь не блокируется непрозрачными предметами. Для защиты важных объектов используют многолучевые ИК-датчики, которые более трудно обойти злоумышленнику – они состоят из многоэлементных вертикальных решеток ИК-излучателей и приемных модулей. В состав многолучевых ИК-датчиков включают электронные схемы для обработки сигналов и защиты от помех (естественных и преднамеренных).
При понижении атмосферной видимости (туман, снегопад, пылевые бури), из-за неровного рельефа, травяного покрова, другой растительности и животных возможна блокировка ИК-лучей. Ложные тревоги могут также возникать из-за подъема грунта, снежных заносов, проблем с регулировкой оборудования.
Поперечное сечение контролируемого объема для многолучевого ИК-датчика с большим значением Рд обычно имеет ширину 5 см и высоту 1,8 м – что аналогично датчикам, связанным с ограждениями. Выпуклые неровности рельефа блокируют ИК-луч, вогнутые – дают возможность проползти под нижним лучом. Методы преодоления – переход по мосту, перепрыгивание с шестом, перешагивание, проскальзывание между лучами или использование козырьков на столбах (опорах) как лестницы.
Пассивные ИК-датчики – П; В; ПВ; ПР (см. таблицу 2.1), улавливают тепловую энергию биообъектов (людей, животных, птиц) и генерируют сигнал тревоги. Пассивные внутренние датчики ОС распространены наиболее широко, внешние датчики работают по принципу сравнения сигналов от двух контролируемых объемов: при появлении в одном из них биообъекта между сигналами возникает дисбаланс (помехи, одинаковые для обоих объемов: нагретая поверхность земли, облака и т.д. дисбаланса не вызывают). Источники ложных тревог: переносимые ветром предметы, животные, птицы, растения, сильные дожди и снегопады (ИК-датчики лучше работают в условиях, когда температура фона существенно отличается от температуры биообъекта). Методы преодоления: проход по мосту или туннелю, перепрыгивание с шестом, экранирование биообъекта или обеспечение одинаковой динамики в разных контролируемых объемах. Дальность обнаружения в холодные дни достигает 90 м, большие объекты (автомобили и др.) могут быть выявлены далеко за пределами зоны обнаружения.
Двухпозиционные СВЧ-датчики – А; В; ПВ; ПР (см. таблицу 2.1), используются в комплекте из двух СВЧ-антенн: передающей и приемной, частоты 10…24 ГГц, схема распространения радиоволн – прямое прохождения с интерференцией волн, отраженных от поверхности Земли и местных предметов. Для обнаружения проползающих или перекатывающихся параллельно линии между датчиками злоумышленников поверхность Земли должна быть ровной (неровности до 15 см на линии до 110 м, растительность не выше 2,5…5 см), причем вблизи антенн образуются неконтролируемые зоны радиотени (расстояние отступа порядка 9 м). Поэтому промежутки между антеннами должны перекрываться на величину двойного отступа – 18 м при высоте расположения антенн 45-61 см при наклоне поверхности Земли не более 2,5 см на 3 м. Главная причина ложных тревог: стоячая вода (лужи), поэтому на поверхность почвы насыпают речной гравий (гальку) с размером до 4 см или дробленую скальную породу (щебень) с размером до 2,5 см – слоем 10 см. Большие размеры гальки и щебня могут приводить к ложным тревогам, меньшие – хуже обеспечивают просачивание воды. Поперечное сечение объема обнаружения посередине расстояния между антеннами достигает в ширину 3,6 м и в высоту 2,7 м. Датчики СВЧ всепогодные, однако наличие местных предметов (движущихся, раскачивающихся), лужи и ручьи при таянии снега, сильная метель могут быть источниками ложных тревог и снижать Рд. СВЧ-датчики трудноприменимы на холмистой и лесной местности, где их приходится дополнять другими средствами защиты и датчиками.
Однопозиционные СВЧ-датчики – А; В; ПВ; ПР (см. таблицу 2.1) отличаются объединением передатчика и приемника в одно приемопередающее (радиолокационное) устройство. Совмещенные датчики – А / П; В; ПВ; ПР (см. Таблицу 2.1) состоят, например, из объединенных в одном устройстве двух датчиков: пассивного ИК и однопозиционного СВЧ. Сигнал тревоги выдается только при одновременном срабатывании обоих датчиков, что снижает частоту ложных тревог, однако и уменьшает Рд. – так как злоумышленнику достаточно преодолеть незамеченным хотя бы один датчик.
Видеодатчики обнаружения движения – П; С; ПВ; ПР (см. таблицу 2.1) обрабатывают видеосигналы от камер (установленных на вышках обзора, требующих освещения в темное время суток) замкнутых ТВ систем. Эти датчики воспринимают изменения уровней сигнала в заданной части контролируемой зоны – которая может быть прямоугольником, набором отдельных точек, сеткой прямоугольников. Обеспечивают надежное обнаружение – за исключением условий плохой видимости (туман, снег, сильный дождь, отсутствие освещения). Источников ложных тревог очень много (плохая фиксация камер; изменение освещенности предметов в контролируемой зоне при движении облаков; отражение света от блестящих предметов; включение фар автомобилей, фонарей; движение местных предметов; переносимый ветром мусор, животные, птицы, осадки и др.) – поэтому применяются специальные методы обработки видеосигнала, позволяющие снизить FЛТ без ущерба для Рд. Тактика преодоления злоумышленником: воспользоваться условиями плохой видимости, закамуфлироваться под цвет фона.
Новые технологии разработки внешних датчиков ОС предусматривают применением быстродействующих процессоров для ускоренного обнаружения, фильтрации и обработки сигналов на фоне помех и шумов, расширения объема обнаружения. Создаются трехмерные ТВ датчики, системы тепловизорных и ТВ датчиков для контроля обширных зон; портативные ИК и СВЧ-датчики, датчики ограждений. Для обнаружения вторжений по воздуху используются средства радиолокации, получения и обработки ТВ изображений, измерения вибрации и т.д. Цель использования новых технологий: повышение Рд, снижение FЛТ и уязвимости СФЗ.