Классификации, особенности и информационно-измерительные модели средств обнаружения.
Классификации, особенности и информационно-измерительные модели средств обнаружения
ЗВЕЖИНСКИЙ Станислав Сигизмундович, доктор технических наук, доцент,
ИВАНОВ Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, доцент,
РУДНИЧЕНКО Валерий Александрович
Одним из актуальных направлений развития технических средств охраны (ТСО) является систематизация и унификация существующего методического и терминологического аппарата. Различия, появившиеся еще со времен СССР, были вызваны ведомственной разобщенностью двух основных государственных структур, занимавшихся техническими проблемами безопасности объектов — МВД и Министерства среднего машиностроения (ныне Федеральное агентство по атомной энергии). Достаточно упомянуть такие терминологические коллизии, как «периметральное — периметровое», «извещатель — средство обнаружения» и др. К сожалению, путаница не только не изжита до сих пор, но и продолжает нарастать, — единого ГОСТа нет, продолжают выпускаться различные ведомственные ОСТЫ и руководящие технические материалы. Это связано, в том числе, с расширением номенклатуры и появлением новых типов изделий, входом в научный оборот переводных зарубежных изданий, где «трудности перевода» только увеличивают энтропию. Иностранная терминология, «образы» и даже математика зачастую плохо «ложатся» на русский язык; например, в английском языке существует три понятия «ложная тревога», отличающиеся труднопонимаемыми нюансами [1]. Число публикаций по уменьшению неразберихи в терминологии крайне мало, их действительно можно пересчитать по пальцам [2].
То же самое относится и к различным классификациям изделий ТСО и, прежде всего, к средствам обнаружения (СО), как наиболее разветвленного класса специальной техники. В технической литературе существуют различные классификации СО, предназначенных для регистрации факта несанкционированного пересечения нарушителем охраняемого рубежа объекта, или его вторжением в охраняемую зону [1,3-6]. В определенной степени они связаны между собой, однако имеются и существенные различия. — в зарубежной литературе принято разделять СО, прежде всего, по тактике применения. Например, оптоволоконные СО разбиваются на два подкласса — устанавливаемые в грунт (т.е. сейсмические) и на «сеточный» забор (fence), хотя по сути сигналообразования они практически не отличаются друг от друга [1]. С другой стороны, даже разработчикам порой очень трудно уловить техническую разницу между такими терминами, фигурирующими в литературе, как емкостные, электростатические и «Е-полевые» СО [1,3].
В связи с этим предпринята попытка дать классификацию СО, которая, по возможности, была бы непротиворечива имеющейся информации, с другой стороны, более точно характеризовала изделия по принципу действия. В качестве основного разделительного правила выбран критерий «тип взаимодействия средства обнаружения с нарушителем», предложенный в [6], дополненный и уточненный. По сути, это есть принцип сигналообразования, показывающий, каким образом (посредством чего) объект обнаружения вызывает в СО регистрируемое изменение физической величины.
Любое СО, в общем, состоит из двух частей — чувствительного элемента (ЧЭ) и блока электронного (БЭ). ЧЭ формирует вокруг себя зону обнаружения (ЗО) — область пространства, вторжение в которую нарушителя вызывает на его выходе электрический полезный сигнал (ПС). БЭ воспринимает сигнал с ЧЭ, усиливает, фильтрует и обрабатывает его по определенному алгоритму, чтобы отличить ПС от разнообразных помех, которые вызываются различными природно-климатическими и индустриальными факторами. Если алгоритмические признаки удовлетворяются, то на выходе БЭ появляются бинарные сигналы «тревога», с большой вероятностью свидетельствующие о факте нарушения; количество сигналов характеризуют классификационные признаки нарушителя, которые выявляются СО. Например, это может быть направление движения (от нас, к нам), вид (одиночный, групповой, транспортное средство) и пр. Сигналы по линии связи (проводной, радио) поступают на систему сбора и обработки информации (ССОИ), где принимается решение об истинности события и адекватных мерах по задержанию нарушителя.
СО — сложное техническое устройство, представляет собой информационно-измерительную систему распознавания образов (нарушителей и источников помех), которая ставит в соответствие сигналам на входе (соответственно полезным или мешающим) выходные бинарные сигналы (типа «да» / «нет»). На рис.1 представлена его обобщенная информационно-измерительная модель.
Прежде всего, все СО важно разделить на 2 больших класса — пассивные и активные [3]. У пассивных средств обнаружение нарушителя осуществляется посредством регистрации вызванных им изменений в существующем физическом поле, среде или веществе. Например, магнитометрические СО основаны на регистрации изменений (порядка 1 нТл) магнитного поля Земли (главная постоянная компонента около 5·104 нТл), вызванных вторжением в ЗО ферромагнитной массы, свойственной нарушителю (например, оружие, бытовые предметы, транспортные средства). При этом среда передачи сигнала (воздух, грунт) в силу диамагнитных свойств не оказывает на ПС никакого действия. В пассивных сейсмических СО энергия колебаний от воздействия нарушителя на поверхность Земли, воспринимаемая сейсмоприемником, будет в существенной степени ослабляться и трансформироваться средой — грунтом. Однако и в том, и в другом случае, принцип взаимодействия ЧЭ и нарушителя — пассивный.
У активных средств обнаружение нарушителя осуществляется посредством регистрации вызванных им изменений в специально создаваемом физическом поле, как правило, электромагнитном. Такое поле возбуждается в пространстве, как правило, с помощью передатчика (ПРД), а детектируется с помощью приемника (ПРМ). Например, двухпозиционные радиолучевые СО основаны на регистрации изменений мощности высокочастотного электромагнитного поля, воспринимаемой от передатчика приемником, вызванных вторжением в ЗО нарушителя, обладающего определенной эффективной площадью рассеяния (излучения).
Рисунок 1 — Обобщенная информационно-измерительная модель СО (ПРД — передатчик, ПРМ — приемник, для активных средств)
На рис.1 показаны информационные характеристики, описывающие объекты обнаружения, объекты необнаружения — источники помех, среду распространения и формирования сигналов, а также основные части СО — ЧЭ, схему аналоговой обработки и цифровой процессор. Важнейшей информационной связкой (цепочкой) в этой модели является объект обнаружения → среда → ЧЭ, именно здесь происходит формирование и преобразование исходной информации в полезный сигнал. Эта связь легла в основу классификации видов СО по принципам сигналообразования, представленную на рис.2. Дальнейшее уточнение видов может идти по менее значимым различиям, например, для вибрационных — это вид ЧЭ: распределенные или точечные, объединенные в линию [7].
Рисунок 2 — Классификация средств обнаружения по физическим принципам сигналообразования
Необходимо отметить, что классификация СО по рис.2, как и любая другая существующая, не является полной, а лишь отражает, на наш взгляд, важнейшую функцию, реализуемую в СО — извлечение и преобразование информации через взаимодействие объекта с ЧЭ посредством среды. Другими важными классификациями СО могут быть: по тактике применения, по характеру зоны обнаружения (рис.3), их особенности освещены, например, в [1,3].
Рисунок 3 — Классификации СО по тактике применения и характеру зоны обнаружения
Выделенный на рис.3 класс квазипассивных СО включает такие редкие изделия (прежде всего, оптоволоконные), где активное поле циркулирует в строго ограниченном объеме (например, оптоволокне, волноводе), и не может быть зарегистрировано сканерами поля, применяемыми подготовленными нарушителями для обхода зон обнаружения. Как показывает практика, наиболее важной классификацией по рис.3 является разделение СО по тактике применения на заградительные, незаградительные и маскируемые.
Суммируя известные данные [1,3-5,8] и на основе собственного опыта разработки и эксплуатации СО, в табл.1 даны сравнительные возможности различных типов и видов СО по обнаружению 12-и наиболее распространенных моделей (видов) людей -нарушителей. Прочерк свидетельствует, что для обнаружения этих видов преодоления средство не предназначено. В табл.1 не рассматриваются такие «экзотические» модели нарушителя как дельтаплан, парашют, высокие «ходули» и пр. Из таблицы видно, что не существует какого-либо одного универсального СО, в наилучшей степени подходящего для всех ситуаций. Из заградительных максимальный «потенциал обнаружения» [4] имеют СО на основе проводных линий под натяжением (taut wire), из незаградительных — лидары, из маскируемых — СО на основе эффекта линии вытекающей волны (ЛВВ).
Таблица 1 — Сравнительные потенциальные возможности типов и видов средств обнаружения по обнаружению нарушителей
В табл.2 представлены данные по сравнительной помехоустойчивости типов средств обнаружения к действию различных помеховых факторов, а также свойственные недостатки. В целом, к наиболее значимым можно отнести крупных животных и действие сильного ветра, который прямо или опосредованно влияет практически на все типы СО. В общем можно отметить, что по совокупности всех значимых помех активные СО по сравнению с пассивными являются более помехоустойчивыми. Наибольшим «потенциалом помехоустойчивости» при отсутствии миграции крупных животных обладают оптоволоконные, электроконтактные, двухпозиционные радиолучевые СО, при воздействии животных — магнитометрические средства обнаружения.
Таблица 2 — Сравнительная таблица подверженности действию помех для средств обнаружения (внешних, периметровых)
Таким образом, предложенная классификация средств обнаружения по принципам сигналообразования позволяет, на взгляд авторов, корректно дискриминировать известные изделия, отнеся их к двум большим классам — активных и пассивных. Дополнительная классификация по тактике применения и виду зоны обнаружения позволяет разделить СО на три других класса — заградительных, незаградительных и маскируемых. Выявленные преимущества и недостатки типов и видов СО дают основания к утверждению, что «универсально» хорошего изделия быть не может, поскольку любой физический принцип не является глобально оптимальным.
Литература
1. Perimeter Security Handbook. — DARPA (NISE East), 1997.
2. Магауенов Р.Г. Охранная сигнализация и другие элементы систем физической защиты. Краткий толковый словарь. — М.: Горячая линия -Телеком, 2007. — 97 с.
3. Звежинский С.С. Проблема выбора периметровых средств обнаружения // БДИ, 2002. — №4 (44). — С. 36-41.
4. Петровский Н.П., Пинчук Г.Н. Периметровые технические средства обнаружения нарушителей: особенности выбора // Системы безопасности средств связи. — 2000. — № 1. — С. 50-55.
5. Slinn T. Perimeter defence // Defence. -UK, Redhill. — 1986. — June. — P. 279-284.
6. Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: Уч. пособ. — М.: Горячая линия -Телеком, 2004. — 367 с.
7. Звежинский С.С. Технические особенности вибрационных средств обнаружения // Безопасность. Достоверность. Информация, 2004. — № 4. — С. 32-38; № 5. — С.32-38.
8. Public Transportation Security. Volume 4: Intrusion Detection for Public Transportation Facilities Handbook / — TCRP report 86. — Washington, 2003. — ISBN 0-309-06760-X.