автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Разработка методов и алгоритмов анализа радиотехнических охранных устройств ближнего действия

На правах рукописи

ВОЛОВАЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ОХРАННЫХ УСТРОЙСТВ БЛИЖНЕГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05 .12.17 - «Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре «Информатика и компьютерный сервис» Государственной Академии сферы быта и услуг.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.М. АРТЮШЕНКО

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.И. БАСКАКОВ

- кандидат технических наук, доцент Ю.П. КЕРНОВ

Ведущее предприятие - Научно конструкгорско-технологическое бюро «Парсек»

Защита диссертации состоится « 10 » СЕНТЯБРЯ 1998 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 072.05.03 в Московском Государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125493 г. Москва, ул. Пулковская, д. 6а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА. Автореферат разослан « 4.8 » и юл Я 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доцент, кандидат технических наук

ЛР№

от 10.06.98 г.

Подписано в печать 25.06.98 г. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,4 Печать матричная. Тираж 100 экз.

Заказ № 500

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором. 445677, г. Тольятти, ул. Гагарина, 4 Поволжский технологический институт

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в нашей стране, как и во всем цивилизованном мире, на передний план выдвигается тезис безопасности личности, а это значит и ее собственности. В связи с этим первейшей задачей является забота об охране и защите личной, частной, общественной и государственной собственности. Защита и охрана собственности - это экономическая категория, являющаяся краеугольным камнем любого благосостояния.

Постоянный рост внимания к этой проблеме проявляется разными фирмами, предприятиями различных форм собственности, связанными с установкой и обслуживанием всевозможных охранных систем и устройств, предназначенных для защиты собственности. Это находит свое отражение и в создании новых научно - технических журналов, проведении конференций, симпозиумов, выставок, включении в учебные планы ведущих университетов, академий и институтов дисциплин подобной направленности.

В 70...80-х годах вопросы защиты и охраны личной собственности рассматривались в основном лишь в зарубежной печати. Как правило, они касались методов защиты информации. Ситуация начала меняться лишь в последнее время, когда стали появляться работы отечественных ученых.

Важнейшей составной частью проблемы обеспечения сохранности материальных ценностей является создание высокоэффективных охранных систем и устройств. За счет использования как известных принципов действия, так и новых, позволяющих в большей степени обеспечить высокую достоверность обнаружения и уменьшить ложные срабатывания, идет непрерывный процесс совершенствования технических характеристик, расширения их возможностей.

Использование новых технологий и элементной базы ведет к постоянному снижению массогабаритных параметров, совершенствованию алгоритмов обработки сигналов, использованию новых принципов действия, комплексированию нескольких принципов действия в одном охранном устройстве.

Несмотря на большое многообразие принципов, реализуемых в охранны системах и устройствах, следует выделить те из них, в которых реализуются р; диотехнические принципы, имеющие общеизвестные достоинства: скрытност работы; защищенность от атмосферных воздействий; возможность осуществлс ния непрерывного, объемного контроля в каждой точке охраняемого простраь ства; непрерывный контроль за работоспособностью самого охранного устрой ства.

Целью диссертационной работы является проведение, на основе пред ложенных критериев, сравнительного анализа эффективности существующих ] вновь создаваемых радиотехнических систем и устройств охраны открыты: пространств, площадей и периметров, а также разработка рекомендаций по и: эффективному использованию в народном хозяйстве и в частном бизнесе.

В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основны задачи работы:

1. Анализ условий работы, вариантов построения, тактико - технически: данных, характеристик точности и достоверности существующих радиотехни ческих систем и устройств охраны периметров, открытых и закрытых про странств с целью повышения их эффективности;

2. Разработка критериев оценки качества радиотехнических систем и уст ройств охраны периметров, открытых и закрытых пространств с учетом специ фических особенностей их функционирования на малых расстояниях;

3. Анализ характеристик достоверности обнаружения протяженных объектов радиотехническими системами и устройствами охраны периметров и пространств в турникетном, прожекторном, а также локационном режимах;

4. Анализ характеристик достоверности обнаружения радиотехнически* охранных систем и устройств в условиях априорной неопределенности относительно параметров движения протяженного объекта, с учетом негауссовскогс характера отраженных сигналов и помех;

5. Вывод законов распределения дальности действия охранной сигнализации и достоверности обнаружения протяженных объектов, оценки достоверно-

сти обнаружения объекта на основе введенных статистических распределений дальности действия радиотехнических охранных устройств;

6. Статистический анализ накапливающейся вероятности обнаружения протяженных объектов в зоне контроля охранных систем, включающий в себя: анализ мгновенной вероятности обнаружения объектов охранными системами; анализ ожидаемой вероятности обнаружения объектов охранными системами; анализ оценки ожидаемой вероятности обнаружения подвижного объекта, а также получение аналитических зависимостей закона установления приборного контакта охранных систем;

7. Экспериментальное исследование статистических характеристик как самих сигналов, принимаемых радиотехническими охранными устройствами в результате отражения от движущихся транспортных средств, так и длительностей выбросов их огибающих.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей случайных процессов, математической статистики, статистической радиотехники, математического моделирования на ПЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены методами физического моделирования в реальных эксплуатационных условиях.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые:

• осуществлен статистический анализ сигналов и получены математические модели, адекватные реальным физическим явлениям в системах охранной сигнализации;

• разработаны критерии и даны оценки показателей эффективности радиотехнических охранных устройств открытых пространств, с учетом протяженного характера обнаруживаемых объектов, непрерывно изменяющей« дальности, различных законов мгновенной вероятности обнаружения;

• проведен сравнительный анализ структур охранных систем и устройств дана оценка характеристик достоверности обнаружения объектов-нарушителе{

системами и устройствами охраны периметров, реализующих различные алг ритмы обработки;

• осуществлена оценка эффективности охранных устройств в услови) априорной неопределенности относительно положения протяженного объекта нарушителя и его параметров движения, разработаны принципы и пути техи ческой реализации адаптации охранных устройств.

Практическая ценность заключается в следующем:

• на основании разработанной теории анализа охранных систем и ус ройств периметров и пространств даны рекомендации по созданию охранно сигнализации автостоянки «Автостиль» г. Тольятти;

• впервые предложены критерии сравнительной оценки различных типо охранных систем, позволяющие на основе учета специфических особенносте функционирования охранных устройств, работающих на малых расстояния? разработать требования к охранным устройствам контроля открыты (закрытых) территорий;

• предложена методика и определены статистические характеристик сигналов, отраженных от двигающихся в зоне действия охранных систем, раз личных моделей транспортных средств.

На защиту выносятся:

• критерии сравнительной оценки различных типов систем охраны пери метров и площадей, позволяющие учитывать специфические особенности функционирования охранных устройств, работающих на малых расстояниях;

• результаты анализа характеристик достоверности обнаружения радио технических охранных систем в условиях как априорной неопределенности от носительно параметров движения протяженного объекта, так и с учетом негаус совского характера отраженных сигналов и помех;

• результаты анализа эффективности обнаружения объектов устройствам* и системами охранной сигнализации с учетом протяженного характера обнару-

живаемых объектов, непрерывно изменяющейся дальности, различных законов мгновенной вероятности обнаружения;

• результаты экспериментальных исследований статистических характеристик сигналов и длительностей выбросов их огибающих, отраженных от различных моделей транспортных средств, двигающихся в зоне действия охранных систем.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при создании охранной сигнализации автостоянки «Автостиль» г. Тольятти, что подтверждается соответствующим актом о внедрении.

Результаты исследований использованы в курсах «Защита информации и информационная безопасность» Государственной академии сферы быта и услуг (ГАСБУ) и Поволжского технологического института сервиса (ПТИС), что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

• на Межвузовской научно - технической конференции «Проблемы повышения качества и эффективности в сфере сервиса» (Москва, 1997 г.);

• на Межвузовской научно - технической конференции «Техника и технология сервиса» (Москва, 1997 г.);

• на 3-й Международной научно - технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 1998 г.);

• на заседании кафедры ПТИС «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» (Тольятти, 1998 г.);

• на совместном заседании кафедр ГАСБУ «Компьютерный сервис» и «Радиотехника и радиотехнические системы и устройства» (Москва, 1998г.);

• на научно - технических конференциях и семинарах молодых ученых и специалистов ПТИС (Тольятти, 1995... 1998гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных

работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, включающего 97 наименований. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержащая 68 рисунков и 9 таблиц. В двух приложениях, объемом 18 страниц, содержатся 19 таблиц с результатами статистической обработки длительностей пропаданий огибающей сигнала ниже заданного порогового уровня и материалы внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, определены научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Дается краткое описание по главам основных рассматриваемых вопросов. Приводятся сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе осуществлен анализ условий работы систем охранной сигнализации. Показано, что одним из наиболее важных звеньев в системе охраны и защиты любого объекта являются средства обнаружения, которые можно подразделять на два типа: турникетного - для охраны периметров и объемного (площадного) - для охраны территорий. Отмечено, что для оптимизации построения охранных систем, отвечающих требованиям надежности, необходимо комплексное использование различных типов охранных устройств.

Проведен анализ характеристик точности и надежности радиотехнических устройств охраны открытых территорий. Показало, что наиболее широкое распространение в охранных системах нашли радиотехнические устройства ближнего действия. В отличии от других типов охранных устройств на них практически не влияют климатические условия: дождь, снегопад, ветер, туман, солнечная засветка. Они устойчивы к перепадам температуры от +50 до -50°С, изменению влажности, воздействию электронных помех и т.д.

Для сравнительной оценки различных типов охранных систем предложе-ш критерии, учитывающие специфические особенности их функционирования 1а малых расстояниях. Выбор критериев определяется несколькими показате-1ями, основными из которых являются: быстродействие; вероятность пропуска эбъекта в контролируемой зоне; вероятность ложной фиксации объекта в пре-целах зоны контроля; длина зоны уверенного контроля.

Быстродействие характеризует инерционные свойства и включает в себя: время принятия решения ^; время фиксации tф; время удержания исполнительного элемента tyд после освобождения препятствием зоны контроля.

Вероятность пропуска объекта охранными устройствами турникетного типа при условии, что наличие сигнала характеризует свободность контролируемой зоны

1 проп ~ р(и„ > ипор), где и„ - величина, характеризующая воздействие на устройство охранной сигнализации внешних помех.

Если отсутствие сигнала характеризует свободность контролируемой зоны, то вероятность пропуска

Р проп РС^сп ип0р).

Вероятность ложной фиксации охранных устройств турникетного типа характеризуется принятием решения о наличии объекта в зоне контроля при фактической ее свободности:

при фиксации объекта по наличию сигнала

Р"тур = Р(и„ > ипор), при фиксации объекта в зоне ко1ггроля по отсутствию сигнала

Р0тур = Р(исп<ипор). Длина зоны контроля оценивается коэффициентом зоны контроля

Кэк ~~ 1-'ф / ЕПОр>

где Ьф - фактическая длина зоны контроля; Ьнор - нормативная длина.

Введено понятие интенсивности (мгновенной плотности вероятности) обнаружения объекта по дальности

где Ф(Я) - потенциал обнаружения, который находится из уравнения

Р = Р(И) = 1 - ехр{ - Ф}.

Важными критериями для оценки эффективности средств наблюдения являются: при однократном наблюдении - мгновенная (элементарная) вероятность g обнаружения объекта на данной дальности путем одного мгновенного наблюдения; при непрерывном наблюдении - мгновенная (элементарная) вероятность 7(11 обнаружения в течение очень короткого промежутка времени (11, причем величина у является интенсивностью (мгновенной плотностью вероятности) числа обнаружений.

Осуществлен выбор и обоснованы модели возмущающих воздействий на радиотехнические охранные устройства с учетом многолучевого характера сигналов, отраженных от протяженных объектов.

Показано что, плотность вероятности (ПРВ) амплитуды (ПРВА) таких сигналов хорошо аппроксимируется распределением Накагами, а ПРВ мгновенных значений имеют ярко выраженный бимодальный характер.

Разработаны требования к охранным устройствам контроля больших открытых (и закрытых) территорий. Осуществлена постановка задачи исследования диссертационной работы.

Во второй главе анализируются причины пропуска движущегося объекта охранными устройствами периметра в турникетном и прожекторном режимах. Показано, что в условиях постоянной ориентации антенн экранируемая объектом площадь перекрытия диаграмм направленности может быть не полной, в результате чего в приемную антенну поступает часть мощности передающего сигнала, которая и является причиной появления на входе порогового элемента напряжения «просачивания», способного привести к пропуску объекта.

Осуществлен анализ оптимального выбора

порогового напряжения ипор охранных устройств периметров в условиях «просачивающегося» сигнала. Показано, что в прожекторном режиме вероятность обнаружения Рп.Ср и ложного

срабатывания Рл.ср зависят от величины напряжения «просачивания» ис.Пр и среднеквадратического значения напряжения шума приемного тракта 1Г„ Рп ср = 0,5 {1 + Ф [(ипор - и„р) / и„) );

Рл.Ф = 0,5 {1-Ф[(исп-ипор)/ип)}, где Ф(.) - интеграл вероятности.

Проведен анализ радиотехнических охранных устройств периметров тур-никетного типа, работающих в двух режимах: обнаружения посредством приема отраженного сигнала и обнаружения в результате экранирования объектом сигнала, излучаемого передатчиком. Анализируются различные структурные схемы и особенности работы радиотехнических датчиков, реализующие их.

В частности, показано, что для датчиков, осуществляющих последетек-торную обработку, когда решение о наличии объекта в зоне контроля принимается в соответствии с критерием Неймана-Пирсона, величина порогового уровня ип определяется заданной вероятностью ложных срабатываний:

ип = "вых. АД

где ч2дд - соотношение сигнал/шум по мощности на входе амплитудного детектора; Ф_1(.) - функция, обратная интегралу вероятностей.

Статистический анализ характеристик обнаружения рассмотренных вариантов построения охранных радиотехнических устройств показал, что двухка-нальный вариант построения более надежен. При вероятности пропуска I- Б = Ю"10 вероятность ложного срабатывания у них достигает Г = Ю"10, тогда как у одноканальных, при всех прочих равных условиях, он не превышает Б =10~б.

Осуществлен анализ характеристик обнаружения радиотехнических устройств (датчиков) с учетом реальных плотностей вероятности амплитуды (огибающей) сигналов, отраженных от протяженных объектов. Впервые, применительно к охранным устройствам периметров, получены зависимости, позволяющие оценить влияние характера мешающих отражений на величину вероятности ложного срабатывания охранного устройства.

2 _0*Ф-1(1-Р). Чад-0

Так, если ПРВА отраженного от протяженного объекта сигнала и мешающие отражения от подстилающей поверхности и местных предметов описываются распределением Накагами с соответствующими параметрами, вероятность пропуска протяженного объекта каналом отраженного сигнала оценивается выражением:

¿а

Uiinoc U„.noc ,, . . . „з

0-»об)мс = f W(y)dy = Q{k,m) J y^^He dy, 0 0

где Q(k,m) = m"Vg"2""~n) 2zV2"-')(2m + k-1)!g"k; тип-cootb^ct-22(m-l)r(m)r(n)CT2m k=Q (2n)k

венно параметры распределения сигнала и помехи; Г(.) - гамма - функция.

Осуществлен анализ характеристик обнаружения протяженных объектов в условиях априорной неопределенности относительно параметров движения. Для определения потерь в достоверности обнаружения объектов за счет неопределенности относительно параметров движения введено несколько вариантов коэффициента улучшения Ку.

Коэффициент КУ1 = D / D( - показывает, во сколько раз вероятность обнаружения объекта с полной априорной информацией выше вероятности обнаружения объекта с неизвестной априорной скоростью.

Здесь D вероятность правильного обнаружения точно известного сигнала; D] -вероятность правильного обнаружения сигнала со случайной начальной фазой.

Коэффициент КУ2 = D / D2 - показывает, во сколько раз вероятность обнаружения объекта с полной априорной информацией выше вероятности обнаружения объекта с неизвестной априорной скоростью и флюктуирующей амплитудой. Здесь D2 - вероятность правильного обнаружения сигнала с флюктуирующей фазой и амплитудой.

Коэффициент Куз = Di / Dj показывает, во сколько раз вероятность обнаружения объекта с априорной неопределенностью относительно скорости перемещения объекта выше вероятности обнаружения объекта с неизвестной априорной скоростью и флюктуирующей амплитудой.

Проведенный анализ показал, что потери в достоверности обнаружения объектов за счет априорной неопределенности относительно параметров отраженных сигналов могут быть значительны. Это означает, что охранные устройства могут быть оптимизированы. Естестпешпдй путь оптимизации связан с их адаптацией.

Осуществлен теоретический и численный анализ, позволяющий оценить потенциально достижимую точность измерения скорости движения протяженных объектов охранными устройствами, построенными на доплеровском принципе, в пороговом режиме демодуляции.

Показано, что введение амплитудного порога, в отличие от беспороговой демодуляции доплеровского сигнала, позволяет получить конечные значения дисперсии оценок скорости движения протяженных объектов в широкой полосе частот и уменьшает все спектральные компоненты фазового шума.

В третьей главе рассмотрены вопросы оценки эффективности обнаружения протяженных объектов радиотехническими охранными устройствами в условиях изменяющейся дальности. Впервые получены законы распределения дальности действия охранной сигнализации применительно к двигающемуся протяженному объекту в зависимости от скорости его движения, характера отражающей поверхности, условий работы радиотехнических устройств охранной сигнализации, с учетом статистических характеристик отраженных сигналов, а также формы диаграммы направленности антенны охранного устройства.

Найдено, что при движении объекта вдоль оси главного лепестка диаграммы направленности охранного устройства, учитывая, что ПРВА огибающей отраженного от протяженного объекта сигнала описывается распределением Накагами, закон изменения дальности, при мгновенном определении дальности до объекта будет определяться выражением:

где А - коэффициент, учитывающий технические характеристики охранного устройства; ш иП- параметры распределения ПРВА;

В(т,£2) ==(-?-Щт)

/ л т Й)

С учетом скорости движения объекта V и формы диаграммы направленности охранного устройства Р(Х, Хо) в декартовой системе координат:

2ш-1

\У(Х,У) = В(ш,П)

Л/А-ЩХ.ХО)

П'о+(Х+У1)2

х ехр

ш

П

А[Р(Х,Х0)Р

У02+(Х+уо2

При флюктуации эффективной поверхности отражения объекта выражение для закона изменения дальности примет вид:

00

fW(R,5)W(5)dS,

5

где \У(б) - ПРВ эффективной отражающей поверхности протяженного объекта.

Получены оценки достоверности обнаружения протяженных объектов на основе статистических распределений дальности радиотехнических охранных устройств. Получены аналитические соотношения для функции распределения дальности действия устройств охранной сигнализации, позволяющие оценить вероятность обнаружения протяженного объекта, проникающего в зону действия охранного устройства.

С учетом скорости движения протяженного объекта, в декартовой системе координат, вероятность обнаружения может быть найдена через интегральный закон вероятности Р(Х,У)

хехр -

«от И

ч/А-РЩХо)

т

а

А[ЖХ,Хо)32

У2+(Х+\*)2

кг/

Введено понятие и найдены мгновенные вероятности обнаружения объектов охранными системами для хороших, нормальных и плохих условий наблюдения. Получены выражения оценок ожидаемой вероятности обнаружения движущегося объекта как в постоянных, так и в изменяющихся условиях наблюдения.

Получены аналитические зависимости закона установления приборного контакта охранных систем при изменении расстояния между объектом и устройством наблюдения в двухмерной и трехмерной системе координат.

Показано, что при известных законах распределения дальности действия средств охраны оценка ожидаемой вероятности установления приборного_кон-таюта сводится к определению накапливающейся вероятности обнаружения P(t) на основе функции мгновенной вероятности обнаружения у = y(t), рассчитываемой с учетом характеристик этих законов и характера движения объекта.

Предложена методика, позволяющая оценить ожидаемую вероятность обнаружения любого перемещающегося в зоне действия охранной системы объекта в любой точке охраняемого пространства.

Методика позволяет рассчитать универсальную характеристику эффективности обнаружения объекта на рубеже охраны, изображаемую в виде поля из серии эквипотенциальных кривых, равных суммарным вероятностям обнаружения объекта в зависимости от глубины его проникновения в зону охраны.

Разработанная методика может успешно использоваться для расчета достоверности обнаружения нарушителей в пределах всей зоны охраны, а также позволяет оптимизировать размещение охранных устройств в зависимости от обстановки, физических условий наблюдения и других факторов.

В четвертой главе на примере охранного СВЧ устройства даны конкретные, практические рекомендации по эксплуатации и порядку развертывания устройства в рабочий режим охраны заданной территории.

Показано, что в случае установки на одной охраняемой территории нескольких охранных СВЧ устройств необходимо обеспечить их совместимость.

Анализ экспериментальных данных показал, что результирующий сигнал, отраженный от транспортного средства, представляет из себя совокупность сигналов, отраженных от «стабильных отражателей» и «блестящих точек». При движении транспорта отражающие свойства «блестящих точек» постоянно меняются, приводя к появлениям амплитудных и фазовых (частотных) флюктуа-ций принимаемого сигнала, расширению его спектра. Эффективная площадь

рассеяния различных транспортных средств лежит в пределах от долей квадратного метра до нескольких тысяч квадратных метров, изменяясь в сотни раз при небольших изменениях ракурса транспортного средства относительно охранного СВЧ устройства.

Найдено, что ширина энергетического спектра сигнала, отраженного от транспортного средства, в значительной степени определяется взаимным расположением транспортного средства и охранного устройства.

Ширина спектра минимальна, если курсовой угол мал (АР = 10...15 Гц). При увеличении курсового угла до 17...200 и уменьшении расстояния между транспортным средством и охранным устройством до 10...50 м ширина спектра сигнала увеличивается в 3...4 раза.

В доплеровском спектре некоторых типов транспортных средств наблюдаются гармонические составляющие, частоты которых значительно отличаются от основной частоты сигнала. Их появление вызвано такими трудно учитывающими факторами, как: вибрация автомашины, вращение колес, случайное перемещение отдельных элементов транспортного средства и другими. Эти «паразитные» гармонические составляющие, несмотря на их малость (30...40 дБ по отношению к основному сигналу), могут быть причиной ошибочных измерений и должны быть учтены при выборе чувствительности приемника охранного устройства.

Анализ результатов статистической обработки огибающей сигнала, принимаемого охранным устройством, показал, что огибающие хорошо аппроксимируются ПРВ Накатами.

Показано, что математическое ожидание М, дисперсия а2 и СКО а, соответственно, могут изменяться в пределах : 0,6051 < М < 8,160; 0,0075 < о2 < 0.027; 0,0988 < ст2 < 0,2067. Коэффициенты вариации Кв , асимметрии Ка и эксцесса Кэ могут меняться в пределах: 0,1436 < Кв < 0,3724; - 0,4721 < Ка < 0,2676; - 0,7948 < Кэ < 0,1816. Параметры распределения Накагами изменяются в пределах 4,0559 2ш< 11,1965; 0,3995 < О < 1,29. При изменении числа сте-

пеней свободы п от 7 до 15, х2 для этой группы, изменяется от 13,069 до 30,323, а уровень значимости ,1, при этом, лежит в пределах 0,002 < ,1 < 0,10.

Определены зависимости коэффициента пропадания от порогового уровня. Сравнение оценок экспериментальных и теоретических зависимостей коэффициента пропадания от порога обработки и параметров распределения огибающей сигнала, принимаемого охранным устройством, показали, что с увеличением порогового уровня теоретические и экспериментальные характеристики практически совпадают.

На основании анализа различных вариантов построения охранных систем и устройств предложена структура охранной сигнализации, успешно реализованная на автомобильной стоянке «Автостиль» г. Тольятти, что подтверждается актом о внедрении.

Приложения содержат результаты статистической обработки длительностей пропаданий огибающей сигнала ниже заданного порогового уровня, а также материалы внедрения результатов диссертационной работы.

В заключении сформулированы основные результаты работы, которые сводятся к следующему.

В диссертационной работе решена важная научно-техническая задача, состоящая в разработке и проведении, на основе предложенных критериев, сравнительного анализа эффективности существующих и вновь создаваемых радиотехнических систем и устройств охраны открытых пространств, площадей и периметров, выработке рекомендаций по их эффективному использованию в народном хозяйстве и в частном бизнесе.

1. Произведен анализ условий работы систем охранной сигнализации, предназначенных для охраны периметров и площадей больших территорий.

Показано, что для обеспечения оптимальных требований к надежности охраняемых территорий необходимо комплексное использование различных типов охранных устройств, среди которых наиболее широкое применение нашли радиотехнические устройства ближнего действия, на работу которых практически не сказываются климатические условия.

2. Впервые предложены критерии сравнительной оценки различных типов охранных систем, позволяющие учитывать специфические особенности функционирования охранных устройств, работающих на малых расстояниях.

Разработаны требования к охранным устройствам контроля больших открытых (закрытых) территорий.

3. Произведен анализ характеристик достоверности обнаружения движущегося объекта охранными устройствами периметра в турникетном и прожекторном режимах, осуществлен анализ оптимального выбора порогового напряжения в условиях «просачивающегося» сигнала.

Показано, что на вероятность пропуска объекта охранными устройствами периметра в прожекторном режиме влияет не только напряжение «просачивания», но и среднеквадратическое значение напряжение шума приемного тракта.

Показано, что для расчета вероятности обнаружения, пропуска и ложного срабатывания радиотехнических охранных устройств данного типа необходимо знать плотность вероятности напряжения на входе амплитудного детектора, режим которого определяется уровнем принимаемого сигнала.

4. Осуществлен анализ характеристик обнаружения радиотехнических охранных устройств (датчиков) с учетом реальных ПРВА сигналов, отраженных от протяженных объектов.

Впервые получены инженерные выражения, позволяющие оценить вероятности обнаружения и пропуска охранными устройствами периметров, протяженных объектов; амплитуда сигналов отраженных от них описывается ПРВ Накатами.

Впервые получены зависимости, позволяющие оценить влияние характера мешающих отражений на величину ложного срабатывания охранного устройства.

5. Осуществлен анализ достоверности обнаружения протяженных объектов в условиях априорной неопределенности относительно параметров движения протяженных объектов.

Показано, что потери в достоверности обнаружения объектов охранными устройствами, за счет априорной неопределенности параметров отраженных от объектов сигналов, могут быть значительны. Одним из путей повышения достоверности обнаружения является их адаптация к изменяющимся параметрам сигнала.

6. Впервые получены аналитические зависимости законов распределения дальности действия охранной сигнализации применительно к двигающемуся протяженному объекту в зависимости от скорости его движения, характера отражающей поверхности, условий работы радиотехнических устройств охранной сигнализации, с учетом статистических характеристик отраженных сигналов, а также формы диаграммы направленности радиолокационного охранного устройства.

Получены аналитические соотношения для функции распределения дальности действия устройств охранной сигнализации, позволяющие оценить вероятность обнаружения протяженного объекта, проникающего в зону действия радиолокационного устройства наблюдения.

7. Получены аналитические зависимости закона установления приборного контакта охранных систем при изменении расстояния между объектом и устройством наблюдения в двухмерной и трехмерной системе координат.

Показано, что при известных законах распределения дальности действия средств охраны оценка ожидаемой вероятности установления приборного контакта сводится к определению накапливающейся вероятности обнаружения на основе функции мгновенной вероятности обнаружения, рассчитываемой с учетом характеристик этих законов и характера движения объекта.

Предложена методика, позволяющая оценить ожидаемую вероятность обнаружения любого перемещающегося в зоне действия охранной системы объекта в любой точке охраняемого пространства, которая может применяться для расчета как стационарных, так и движущихся рубежей охраны, а также позволяет оптимизировать выбор рубежей обнаружения в зависимости от обстановки, физических условий наблюдения и других факторов.

8. Проведены экспериментальные исследования статистических хар теристик сигналов, принимаемых радиотехническими устройствами охрани систем, отраженных от двигающихся транспортных средств.

Показано, что результирующий сигнал представляет из себя совокупно сигналов, отраженных от стабильного отражателя и «блестящих точек», от жающие свойства которых постоянно меняются, приводя к появлениям амп тудных и фазовых (частотных) флюктуаций, расширению спектра.

Ширина энергетического спектра сигнала в значительной степени оп деляется взаимным расположением транспортного средства и охранного > ройства. При увеличении курсового угла и уменьшении расстояния до тра портного средства ширина спектра может увеличиваться в 3...4 раза. На шир! спектра влияют такие трудно учитываемые факторы, как: вибрация автома: ны, вращение колес, случайное перемещение отдельных элементов транспо ного средства и другие.

Анализ результатов статистической обработки огибающей сигнала по зал, что огибающие хорошо аппроксимируются ПРВ Накатами.

Анализ статистических характеристик длительностей выбросов огиб; щих сигналов ниже порогового уровня показал, что ПРВ длительностей про даний хорошо аппроксимируется логарифмически нормальным законом. Ср нение оценок экспериментальных и теоретических зависимостей коэффицие пропадания от порога обработки и параметров распределения огибающей с нала, принимаемого охранным устройством, показало, что с увеличением по гового уровня теоретические и экспериментальные характеристики практиче совпадают.

9. На основании анализа различных вариантов построения охранных с тем и устройств предложена структура охранной сигнализации, успешно pea зованная на автомобильной стоянке «Автостиль» г. Тольятти, что подгверж ется актом о внедрении.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Воловач В.И. Пороговый способ измерения скорости протяженных объектов в зоне контроля охранных устройств // Сборник научных трудов ГАСБУ. Проблемы повышения качества в сфере сервиса / Под ред. Арттошенко В.М. М, 1997. С.52...64.

2. Воловач В.И. Плотность распределения мгновенной частоты глубоко федингующего сигнала // Сборник научных трудов ГАСБУ. Проблемы повышения качества в сфере сервиса / Под ред. Арттошенко В.М. М.,

1997. С.48...52.

3. Арттошенко В.М., Воловач В.И. Точность измерения параметров движения в условиях изменяющейся дальности. // Сборник научных трудов ГАСБУ. Техника и технология сервиса. М., 1997. С.47...54.

4. Воловач В.И. Критерии оценки качества охранных устройств // Межвузовский сборник научных трудов ГАСБУ. Научные исследования в сфере сервиса / Под редакцией Артюшенко В.М. М., 1998. С.10 -16.

5. Арттошенко В.М., Воловач В.И. Характеристики достоверности обнаружения радиотехнических охранных систем / Тезисы докладов на 3-й Международной научно-технической конференции «Наука сервису». М., ГАСБУ, 1998. С.68.

6. Артюшенко В.М., Воловач В.И. Эффективность обнаружения объектов приборами охранной сигнализации / Тезисы докладов на 3-й Международной научно-технической конференции «Наука сервису». М., ГАСБУ,

1998. С.69.

Соискатель:

Воловач В.И.