Posibilidades de nuevas herramientas de detección magnetométrica para la protección de instalaciones civiles y militares.

Capacidades de las nuevas herramientas de detección magnetométrica para la protección de la población civil e instalaciones militares..

Zvezhinsky S.S., Candidato de Ciencias Técnicas

CAPACIDADES DE LA NUEVA DETECCIÓN MAGNETOMÉTRICA HERRAMIENTAS PARA LA PROTECCIÓN DE BIENES CIVILES Y MILITARES  

Nuestros tiempos imponen nuevas tareas para detectar a los infractores de objetos; son causadas por los cambios que se están produciendo en el país, en los patrones de los infractores, así como en las condiciones de seguridad, por ejemplo, la aparición de nuevas fronteras con los países vecinos. La reciente exposición «Interpolitex-2005» mostró que se está ampliando la gama de equipos TSO ofrecidos para resolver tareas de doble uso (civiles y militares). En este sentido, es interesante considerar las capacidades técnicas de los nuevos productos nacionales y, en particular, los equipos de detección magnetométrica (MSD) estacionarios, diseñados para señalizar el bloqueo de fronteras ampliadas «abiertas» de objetos, fronteras estatales [1]. Se distinguen por un modo de acción pasivo, camuflaje (radio y visual), alta inmunidad al ruido debido a la dirección de la «acción» sobre objetos ferromagnéticos, lo que permite, por ejemplo, la forma más fiable de discriminar a personas y animales. #8212; la principal fuente de interferencia en otros medios.

Las principales características de rendimiento del MSO son la probabilidad de detectar un intruso P0 y el tiempo medio hasta la falsa alarma Tl, que determinan su fiabilidad de señalización. De acuerdo con los estándares internacionales, MSO debe proporcionar P0 = 0,95 y T = 720 horas; En la Federación de Rusia no se ha desarrollado una norma unificada; los fabricantes suelen sobreestimar las principales características de rendimiento, especialmente Tl, por razones oportunistas [2].

El funcionamiento de los MSO se garantiza en casi cualquier suelo sin preparación de ingeniería del sitio, en cualquier condición natural y climática (nieve profunda, vegetación, corrientes de agua), se caracterizan por un consumo de energía relativamente bajo (~ 0,5 W/km) y un costo , alta confiabilidad operativa, mantenibilidad y una gran longitud (hasta 700 m) de la zona de detección (ZZ). No requieren mantenimiento durante su vida útil (al menos 8 años). Por otro lado, los MSO pasivos tienen limitaciones en el ámbito de aplicación: 1) los infractores preparados con “limpieza magnética” (es decir, después de haber eliminado todos los ferroimanes de su ropa y municiones) no son detectados; 2) baja compatibilidad electromagnética (EMC) en las proximidades de fuentes industriales de fuertes campos electromagnéticos de corriente. El problema de un intruso entrenado es, en un grado u otro, común a todos los SO sin excepción (por ejemplo, para los sistemas de haces de radio, se trata de un intruso arrastrándose por la hierba) y se resuelve integrando varios principios de detección y organizando varios líneas de seguridad.

A pesar de las deficiencias existentes, la necesidad de MSO modernos para señalizar el bloqueo de líneas fronterizas individuales y objetos extendidos está aumentando, lo que se debe a varias circunstancias:

• el desarrollo de nuevas fronteras extendidas de la Federación de Rusia debe llevarse a cabo a través de SO predominantemente camuflados de acuerdo con las relaciones amistosas con los países vecinos de la CEI, debe ir acompañado de trabajos mínimos de ingeniería y paisajismo, las SS deben, si es posible, estar libres de mantenimiento y ser resistentes a cualquier clima;
• el requisito de un consumo mínimo de electricidad se debe al posible uso de CO en modo autónomo (con canal de radio) y a las dificultades para distribuir la energía a largas distancias;
• el modelo de un infractor fronterizo moderno está cada vez más criminalizado y adquiere una apariencia armada y magnetizada;
• el uso de armas protectoras suele ser inadecuado por muchas razones — económico (caro), ambiental (migraciones naturales de animales).

Los infractores comunes y desarmados son detectados por la MSO por los objetos ferromagnéticos que tienen en la ropa (botones, serpientes, llaves, etc.), zapatos (clavos, soportes para el empeine) y municiones (gafas, pitillera, cuchillo, encendedor, etc.). . Sin embargo, debido a la distribución inestable de las “cualidades ferromagnéticas” útiles — momento magnético dipolar (en promedio ~ 0,03…0,05 Am2), su detección (P0 і 0,8) se produce con una sensibilidad extremadamente alta, por lo que son susceptibles a numerosas interferencias electromagnéticas industriales. Los intrusos armados con un momento magnético mucho mayor (M ~ 0,06…0,6 Am2) se detectan de forma fiable (P0 = 0,95), pero también garantizan una alta sensibilidad.

Según el modelo de detección magnetométrica [2], un vehículo con un momento dipolar magnético 20…60 dB mayor que el de una persona armada provoca el mismo aumento de “señales útiles”. Limitando la clase de objetos de detección únicamente al transporte (reduciendo la sensibilidad), es posible garantizar un P0 muy alto, logrando una mayor inmunidad al ruido y un ámbito de aplicación más amplio (proximidad a fuentes industriales de interferencia).

Actualmente, el nuevo MSO Dukat ha aparecido en el mercado nacional de TSO, sus pruebas preliminares y estatales se han llevado a cabo con éxito y está previsto producir un lote piloto a principios de 2006. MSO está diseñado para la detección encubierta de vehículos (incluidos vehículos tirados por caballos y ciclistas) en las entradas a objetos importantes, así como para señalizar el bloqueo de largos tramos de la frontera estatal. En él, gracias al abandono de la universalidad y al uso de componentes importados, fue posible lograr un peso y dimensiones excepcionalmente pequeñas, facilidad de instalación y un bajo costo lineal de ~ 7 $/m. La intensidad de mano de obra necesaria para desplegar un producto a 500 m utilizando mano de obra no supera en promedio 50 horas-hombre; con el uso de la mecanización se puede reducir en un orden de magnitud. Las principales características de rendimiento de MSO Dukat se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1 — Principales características tácticas y técnicas del MSO “Dukat”

MSO “Dukat” consta de 3 partes principales:

• elemento sensible distribuido (SE) de una sola vuelta basado en cable P-274M, que se suministra en su embalaje original, desplegado, conmutado y sellado en el lugar de uso;
• unidad electrónica (EB), ubicada en un contenedor sellado, instalado en el suelo a una distancia de no más de 5 m del SE;
• un conjunto de piezas de montaje (KMP), que garantiza una conexión y sellado confiables del SE, BE, etc. en el sitio de aplicación.

En el proceso de comprobar el funcionamiento, la unidad de control e indicación se acopla al BE y luego se desacopla. El producto se acopla al sistema de recopilación y procesamiento de información (IPS) mediante una unidad de interfaz sellada en el suelo. MSO es estable en condiciones de:

• lluvia, nevadas y granizo con una intensidad de hasta 30 mm/h;
• viento con una velocidad de hasta 30 m/s;
• agua derretida, capa de nieve, presencia de cubierta vegetal de altura arbitraria, pequeños arbustos;
• migraciones estacionales y naturales de cualquier animal a través de la línea de protección.

El ámbito de aplicación de MSO, incluso en zonas urbanas, está limitado por las distancias permitidas a las fuentes de interferencia: ferrocarril electrificado — 300 metros; unidades de energía de centrales nucleares, centrales hidroeléctricas, centrales eléctricas de distritos estatales, centrales térmicas — 200 metros; Líneas eléctricas de 110 kV, transporte eléctrico urbano, ferrocarril no electrificado — 50 metros; desplazamiento por la frontera y/u operación de vehículos — 10 metros; Líneas eléctricas con voltaje 220/380 V — 5 m, permitiendo la intersección de la línea SE.

El consumo de energía reducido y los parámetros de salida determinan su posible funcionamiento en modo autónomo con un canal de radio SOI. Una característica distintiva del Dukat MSO es la ausencia de ajustes (tuning), superando así el conocido compromiso entre sensibilidad e inmunidad al ruido. Otra ventaja es la alta capacidad de mantenimiento en condiciones de campo, proporcionada por la nueva tecnología importada para cambiar líneas de comunicación como scotch-lock” (“3M”, “Rayhem”).

En comparación con productos conocidos, MSO proporciona mayor inmunidad al ruido, alta confiabilidad operativa, facilidad de instalación, que puede mecanizarse, costo por unidad muy bajo (~ 10 veces menor, por ejemplo, en comparación con MSO Multiguard-2000” de Galdor/Secotec) y peso y dimensiones. Sin embargo, la sensibilidad implementada en el MSO Dukat no permite detectar personas, ni siquiera fuertemente armadas.

Una nueva idea implementada en el dispositivo es la posibilidad de construir la estructura de un SE distribuido de modo que absorba las ventajas de los SE de tres y dos líneas [2], permitiendo determinar la dirección del movimiento de un objeto. El BE se implementa sobre la base del microcontrolador importado AT90Mega8535, ampliamente utilizado; está fabricado sobre la base estructural de un acoplamiento sellado de polietileno 3M, cuyo volumen interno se utiliza para acomodar componentes y elementos electrónicos. La ubicación del BE en el suelo proporciona un rango «militar» de temperaturas de funcionamiento a pesar del uso de componentes electrónicos convencionales. El sellado se realiza con selladores especiales como caucho crudo y sellador de poliuretano, lo que permite lograr simplicidad y alta confiabilidad del producto. La unidad estándar proporciona conexión a tierra (R Ј 100 Ohm), necesaria para la eliminación de corrientes durante las descargas de rayos.

La Figura 1 muestra el diagrama Dukat MSO en el sitio de aplicación, donde:
1— acoplamiento final (de KMCH) — fin de ZO
2 — acoplamiento sin salida (de KMCH) — medio del área;
3— cable P-274M — CHE;
4 — unidad electrónica (EB);
5 — cables de conexión (de BE);
6 — fuente de conexión a tierra (del BE);
7 — unidad de interfaz (del BE);
8 — unidad de control e indicación desmontable;
I, II, III – trincheras paralelas a lo largo de la línea de seguridad

El producto Dukat tiene el potencial de transmitir información sobre la velocidad de los objetos detectados (con una precisión de ~ 10%) y realizar su clasificación correcta con una probabilidad de al menos 0,9 según el principio «pequeño» — “promedio” — “gran transporte. “Pequeño” puede significar bicicletas y vehículos tirados por caballos, “mediano” — motocicleta y turismo, “grande” — Gazelle”, camión, equipamiento militar. El problema es que el SOI perimetral conocido no permite la transmisión de esta información tácticamente importante y necesaria para aumentar la eficacia de las fuerzas de seguridad.

Figura 1 — Esquema de MSO “Dukat”

Otra dirección prometedora en el desarrollo de nuevos MSO, que puede tener resultados prácticos en un futuro próximo, está asociada con la detección de nadadores y saboteadores submarinos en la capa inferior de agua en profundidad, en el oleaje o a lo largo de obstáculos de bajamar ( arroyos, ríos, aliviaderos), donde los sistemas de detección de sonar conocidos no funcionan. Resolver estos problemas, relacionados, por ejemplo, con la protección de importantes instalaciones civiles y militares flotantes, es cada vez más urgente.

Para proteger los objetos costeros desde el lado del agua a una profundidad de al menos 3-4 m, se utilizan sistemas de detección hidroacústica (a profundidades más pequeñas, debido al reflejo de las señales desde el fondo, son prácticamente ineficaces). En tierra, a una distancia de más de 10-15 m de la orilla del agua, fuera de la acción directa de las olas del oleaje, es posible utilizar CO (enmascarado o de barrera), instalado respectivamente en el suelo o en una alarma perimetral. barrera. Para crear una línea continua (sólida) de protección de un objeto, es necesario «cerrar» dos líneas extendidas (en tierra y agua). Aquellos. es necesario asegurar el bloqueo de un límite local que comienza desde una profundidad de 3 m en el agua (en aguas poco profundas) y termina en tierra a una distancia de 10 m del borde del agua. Dependiendo de la topografía del fondo y la costa, la longitud de dicho límite local puede variar, pero es poco probable que supere los 150…200 m.Al mismo tiempo, la elección de los RM adecuados está significativamente limitada por el hecho de que deben funcionar dentro y en la interfaz de diferentes medios (agua/suelo/aire) con diferentes propiedades físicas, bajo la influencia dinámica del oleaje, posibles reflujos y fluye. Por lo tanto, principios de detección como la ingeniería de radio y el infrarrojo aparentemente no funcionarán, y la vibración y el CO sísmico &#8212 serán inoperantes. Experimenta efectos de interferencia que son significativamente mayores en magnitud que las señales útiles de intrusos, lo que inevitablemente conducirá a una alta frecuencia de falsas alarmas.

La tarea de señalizar el bloqueo de zonas de aguas poco profundas y costas contra la penetración de saboteadores submarinos y personas en pequeñas embarcaciones en objetos importantes no es nueva en TSO. Sin embargo, en la literatura técnica no se encontraron productos conocidos directamente destinados a su propósito previsto, aunque, aparentemente, una tarea similar debería haberse resuelto en los Estados Unidos, que tienen una gran cantidad de bases navales. Indirectamente, se pueden adaptar dos soluciones técnicas extranjeras conocidas para resolver este problema:

1) Se utiliza una red de fibra óptica en agua de hasta 10 m de altura, montada sobre pontones y carga a lo largo de la costa, para proteger contra la penetración de PD en la columna de agua — producto “F-8000 de TSS (Israel) [3]. La falla o deformación severa de la robusta fibra óptica multimodo SE genera una alarma. Sin embargo, esta solución es cara (~ 1000 USD/m) y, además, ofrece la posibilidad de trepar por encima del pontón, que también debe bloquearse. En la orilla del oleaje o del agua, la red de fibra óptica no está operativa.

2) tipo de punto MSO (MINIMAGID, GSQ-180) a finales de los años 60 — A principios de los años 70, fueron utilizados por el ejército estadounidense para detectar a bañistas armados, incluidos los que nadaban en canales estrechos o incluso en zanjas (de hasta 3…4 m de ancho) utilizadas para irrigar las tierras de Vietnam del Sur [4]. La detección de PD se realizó por la presencia de armas automáticas (ametralladoras, ametralladoras) y otros objetos ferromagnéticos en los saboteadores.

Las diferencias fundamentales de la nueva tarea son las siguientes:

• tamaño de la zona (las aguas poco profundas pueden extenderse hasta 100 mo más);
• la presencia de una “masa magnética” no estándar en el infractor (equipo de buceo, mío);
• presencia de una fuente de interferencia — perturbación del medio acuático, que puede alcanzar los 3 puntos (se cree que con mayor perturbación es difícil moverse), produciendo fuertes interferencias sísmicas, ópticas y de otro tipo que limitan o excluyen el uso de la mayoría de los tipos de CO;
• la presencia de fuentes “cercanas” de interferencia electromagnética industrial (por ejemplo, el objeto protegido puede ser una planta de energía nuclear flotante).

El método magnetométrico, como prometedor para resolver los problemas de detección de objetos en el agua, se menciona con bastante frecuencia en la literatura técnica [5]. En este sentido, es interesante utilizar un MSO estacionario con un SE de inducción distribuida para resolver el problema anterior. Las conclusiones físicas generales, así como la experiencia en el desarrollo y prueba de varios MSO, nos permiten evaluar positivamente esta perspectiva:

1) No existen restricciones físicas sobre el desempeño de MSO (a diferencia, por ejemplo, de la sísmica), basadas en el registro de los cambios en el campo magnético de la Tierra causados ​​por ferroimanes en intrusos en movimiento. El principio de detección no sufre ningún cambio en los tres medios de formación y propagación de señales útiles (tierra, aire, agua) debido a su naturaleza diamagnética.

2) La interferencia del oleaje es principalmente indirecta, de naturaleza mecánica, cambiando microscópicamente la configuración del SE en el campo magnético, lo que reduce la influencia de este factor de interferencia principal. La influencia del campo magnético de la turbulencia de las olas del oleaje en los niveles de registro de señal alcanzables puede despreciarse como una primera aproximación.

3) La influencia de las vibraciones SE del oleaje puede reducirse mediante métodos de diseño conocidos.

4) Las pruebas a gran escala del MSO realizadas anteriormente en la costa del mar mostraron su rendimiento funcional completo y su alta inmunidad al ruido en condiciones de tormenta de hasta 4 puntos y olas. arriba por el SE.

5) Si aceptamos el modelo natural de un PD en forma de buzo (armado o desarmado), nadando o caminando en aguas poco profundas o a lo largo del borde de la costa, entonces el momento magnético dipolar, que caracteriza integralmente su “útil” ” Cualidades, será ~ 0,5…1, 5 Am2 dependiendo de la marca del equipo de buceo y la disponibilidad de armas. Este valor relativamente grande le permite detectar de forma fiable un intruso a una distancia de 2…3 m.

Por lo tanto, no es sorprendente que en la exposición Interpolitex-2005 se anunciara un nuevo MSO doméstico «Neptune», que realiza el bloqueo de señalización de las partes poco profundas y costeras de la costa. El objetivo es crear líneas de protección camufladas en zonas poco profundas del medio acuático para detectar a los infractores, incl. nadadores-saboteadores submarinos que transportan objetos ferromagnéticos (equipo de buceo, ametralladora, minas magnéticas, etc.), así como en la capa inferior de agua a una profundidad de hasta 100 m. Nuestro propio SOI, diseñado para soportar varios MSO, permite. Ni siquiera debemos hablar de los medios, sino del sistema de detección de Neptuno. Sus pruebas confirmaron las características de rendimiento presentadas en la Tabla 1.

Tabla 1 — Características tácticas y técnicas del sistema Neptune

MSO consta de un cable SE basado en un cable de barco sellado SMPEVG-60-27×0,5 con aislamiento de plástico y BE. Los cables SE (3 unidades) se colocan en el fondo en paralelo a una distancia de 2 m entre sí en una ubicación arbitraria de la línea de agua. BE se instala en el suelo o en el fondo. La comunicación entre el BE y el SOIS (instalado en tierra) se realiza mediante una línea de cable.

La figura 2 muestra una sección transversal de la línea de seguridad. El SE MSO «Neptune» con una longitud de hasta 200 m, comenzando desde un lugar cerca del elemento final del «spiter» hidroacústico, se coloca en el fondo de aguas poco profundas y se fija por su propio peso, además mediante bloques de fijación. Cerca del borde del agua (a partir de una profundidad de ~ 1 mo menos), en la zona de posible marea baja, el SE se entierra y se fija con bloques de hormigón, pasa por el fondo y en el suelo hasta el punto de unirse con un CO estacionario que bloquea el límite terrestre del objeto. Aquí se conmuta con el BE, al que se conecta la línea de comunicación del SOI.

Fig. 2. Línea de protección de la franja costera del objeto

Un intruso con equipo de buceo o un arma que intenta cruzar la línea en aguas poco profundas — nadar o caminar, en tierra — gatear, caminar o correr (rango de velocidades de movimiento posibles 0,3…3 m/s) provocará un cambio local de baja frecuencia en el campo magnético — una señal útil que será registrada y discriminada como un evento de intrusión, con información mostrada en el SOI.

La Figura 3 muestra una opción de diseño para un cable SE. Los acoplamientos de interruptores de extremo sellados se conectan al cable correspondiente mediante conectores especiales y forman un sensor de inducción distribuido diferencial de 13 vueltas con una base a = 2 m; en el lugar de aplicación, los cables SE se conmutan entre sí y con el BE.

Fig. 3. Opción de diseño para MSO SE «Neptune»

El trabajo de creación del MSO Garpun-M, diseñado para proteger los límites de agua de objetos importantes, ha entrado en su etapa final y debería completarse en 2006. Actualmente, existen prototipos que han superado con éxito las pruebas de campo, incl. junto al mar.

Un posible campo de aplicación del producto Neptune es el bloqueo de alcantarillas relativamente grandes de objetos importantes. Con ciertas modificaciones, el producto se puede utilizar para bloquear barreras de agua (hasta 3 m de profundidad en la frontera estatal: ríos, arroyos, lagos, etc.

Literatura

1. Zvezhinsky S.S., Larin A.I. Dispositivos de detección magnetométrica enmascarada perimetralmente //M.: Equipo especial, 2001.- No. 4. — Zvezhinsky S.S. El problema de elegir herramientas de detección perimetral //BDI, 2002. &#8212 &#8212.<; br /> 3. Zvezhinsky S.S. Características técnicas de los dispositivos de detección de vibraciones //Información de seguridad, 2004. 4. — No. 5. — 62-68.
4. Sensores remotos de Johnson D.P. — Revista de ingenieros navales. br /> 5. Czipott P.V., Podney W.N. Operación pulsada de un gradiómetro electromagnético superconductor //IEEE Trans on Magnetics, 1991. — «Tecnología para servicios especiales» http://bnti.ru