Методы построения магнитометрических средств обнаружения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

 

 

ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКИ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»

КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

 

 

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой ОАБ

профессор В.М. Ильин

«» 2011г.

 

Доцент Вербицкий Ю А

 

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Технические средства обеспечения авиационной безопасности и их эксплуатация

Тема 3. Системы охраны периметров аэропорта.

 

Лекция 3.11. Построение магнитометрических средств обнаружения

 

 

Обсуждена на заседании кафедры ОАБ

Протокол № от «» 2011г.

 

Ульяновск 2011

Введение.

Учебные вопросы.

1 Методы построения магнитометрических средств обнаружения.

2. Характеристика объектов обнаружения МСО.

Заключение.

 

Литература.

Основная:

1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.

2. Учебно-материальное обеспечение.

 

1. Наглядные пособия.

2. Технические средства обучения.

3. Приложения

 

Введение

Методы построения магнитометрических средств обнаружения.

Методы построения магнитометрических средств обнаружения подразделяются на методы построения магнитометрических обнаружителей (МО) и методы построения блока обработки сигнала (БОС).

Первые подразделяются на методы построения:

1. зоны обнаружения;

2. чувствительного элемента;

3. тракта первичной дискриминации (разделения)

4. полезных сигналов и помех.

Вторые подразделяются на методы повышения:

1. помехоустойчивости МСО;

2. информативности МСО.

Трассировка ЧЭ вдоль рубежа охраны должна быть максимально точной (по ширине и длине соседних встречно включенных участков), чтобы обеспечить максимальный коэффициент подавления удаленных магнитных помех.

Двухрубежное обнаружение позволяет существенно повысить помехоустойчивость МСО, основываясь на временной корреляции помех, одновременно и примерно с равной интенсивностью воздействующих на оба магнитометрических обнаружителя, разнесенных в глубь рубежа, в то время как воздействие нарушителя на них носит последовательный во времени характер, По сравнению с однорубежными (при одинаковой обнаружительной способности) достигается выигрыш в помехоустойчивости в несколько раз. Недостатки такого решения: двойное увеличение массогабаритов и стоимости, проигрыш в тактике применения (расширение зоны обнаружения).

Двухфланговое построение периметрового МСО позволяет в 3...5 раз повысить помехоустойчивость к импульсным электромагнитным помехам. Принцип основан на том, что вероятность одновременного, в пределах интервала неопределенности, пересечения двух флангов скрытого рубежа двумя нарушителями ничтожно мала. Магнитная помеха действует на оба фланга одновременно, а интервал неопределенности служит для устранения эффектов, связанных с неидентичностью МО и пространственным градиентом помехи. Недостатком такого решения по сравнению с однофланговым является возрастание массогабаритов, энергопотребления, стоимости. Однако если на длину зоны обнаружения накладываются ограничения (связанные, например, с уровнем магнитного шума), тогда ее разбиение на два фланга является оптимальным.

Имеется три способа первичной дискриминации сигналов и помех, позволяющих реализовать их отличительные признаки:

1. отдельный (на уровне ЧЭ) датчик помехи;

2. оптимальная фильтрация полезных сигналов на фоне помех и наоборот;

3. выбор оптимального порога обнаружения По.

Введение отдельного датчика помехи (распределенный вдоль ЗО имеет преимущество перед сосредоточенным) является исключительно важным в периметровых МСО и позволяет повысить их помехоустойчивость более чем в 10 раз. Датчик помехи может также использоваться для осуществления дистанционного контроля работоспособности МСО. Выбор оптимального порога обнаружения По является важнейшим. Для распределенного индукционного ЧЭ имеется три постоянно действующих на помехоустойчивость ограничивающих фактора:

1. магнитный шум магнитного поля Земли;

2. тепловой шум ЧЭ;

3. собственный шум усилителя-фильтра.

Их совокупное влияние, как показывают исследования, ограничивает предельно достижимый порог обнаружения (при длине зоны обнаружения до 500 м) величиной По = 1,5...2,0 нВ/вит. Если МСО располагается вблизи источников мощных индустриальных помех, например в городе, По должен быть увеличен: его величина должна превышать пиковый уровень суммарного шума не менее чем в 2,5 раза.

Методы повышения помехоустойчивости МСО подразделяются на обработку сигналов путем:

1. дискриминации по амплитудно-временным признакам;

2. накопления;

3. корреляционной обработки с нескольких МО.

По существу, они направлены на выявление и закрепление в алгоритме БОС совокупности признаков различения полезных сигналов и помех, таких, как длительность, межсигнальная (межимпульсная) пауза, полярность экстремумов, их чередование, и др. Аналоговое (интегрирование) или цифровое (счет импульсов) накопление сигналов есть эффективный критерий различения, основанный на том, что, как правило, длительность и величина ПС больше, чем у помехи.

Корреляционная обработка ПС и помех подразумевает их анализ по:

1. величине;

2. совпадению времени появления;

3. последовательности импульсов на выходах соответствующих МО.

Методы сводятся к идентификации помеховой ситуации, когда вырабатывается запрет на сигнал обнаружения. С увеличением времени запрета увеличивается помехоустойчивость, однако возрастает вероятность пропуска нарушителя, появление которого в ЗО может совпасть с действием помехи.

Методы повышения информативности ПС основаны на математическом моделировании процесса магнитометрического обнаружения и являются своего рода "ноу-хау" разработчиков.

Существует три типа построения МСО: однолинейные, двухлинейные и трехлинейные, в зависимости от количества кабелей вдоль рубежа охраны, образующих индукционный ЧЭ. В однолинейных средствах ЧЭ образовывает проводник, намотанный посекционно вокруг пермаллоевого сердечника (диаметром ~8 мм), с изменением направления намотки через базу А = 1,8...3 м так, чтобы количество секций с одинаковым направлением было равным (рис. 1). Двухлинейный ЧЭ образуется кабелем, который на пути своего распространения вдоль зоны обнаружения (длиной Lo) через расстояние А "перекрещивается" из одной в другую параллельные траншеи, образуя четное число попарно равных по площади "открытых" контуров, включенных встречно рис. 2a и рис. 2б). Трехлинейный ЧЭ образуют с помощью коммутационных коробок три параллельных кабеля, идущих на равном расстоянии А друг от друга вдоль рубежа; виток ЧЭ охватывает два открытых, встречно включенных индукционных контура, лежащих рядом на расстоянии А.

В однолинейных ЧЭ при изготовлении обеспечивается максимальный коэффициент подавления "дальней" электромагнитной помехи Кп = 50...60 дБ. Стоимость ЧЭ относительно высокая (за счет применения пермаллоя или другого магнитного наполнителя с высоким "мю"), технология изготовления достаточно уникальная, длина Lo не превышает 100...150 м. Все это определило его ограниченное применение, несмотря на тактические и технические преимущества. Созданный и испытанный на рубеже 80 - 90-х годов ("Дедал") опытный образец подтвердил декларируемые за рубежом высокие ТТХ однолинейного МСО. В настоящее время отечественная технология изготовления такого ЧЭ утрачена.

В двухлинейных ЧЭ коэффициент подавления достигает 35...40 дБ, что обеспечивается точностью монтажа на местности. Ширина "петли" ЧЭ (1,2...2,4 м) оптимизируется в зависимости от модели нарушителя. Величина базы А= 2...50 м, которая может изменяться вдоль ЗО (длиной до 500...700 м), зависит от электромагнитной обстановки и изгибов трассы. Данный тип является наиболее распространенным, несмотря на то что его главными недостатками являются:

1. достаточно жесткие требования к качеству монтажа (смежные отрезки "петли" должны быть симметричными);

2. незначительное уменьшение величины Рo и большая сейсмическая чувствительность МСО в местах перекрестий;

3. невозможность организации датчика помехи (открытого контура) в едином конструктиве с ЧЭ.

В трехлинейных ЧЭ (ширина, база "петли" А = 1...1,2 м), несмотря на максимальное количество кабелей и меньшую достижимую длину 30 (не более 300 м), за счет меньшей базы коэффициент подавления "дальней" помехи достигает 45...50 дБ. При этом необходимы концевые коммутационные коробки, с помощью которых в едином кабельном конструктиве формируется дифференциальная структура ЧЭ и открытый контур распределенного датчика помехи.

Используемый для двух-, трехлинейных ЧЭ (ниже рассматриваются только такие) экранированный кабель (для предотвращения электростатических наводок) может быть одножильным или многожильным, причем с увеличением числа витков в целом возрастает обнаружительная способность МСО и снижаются требования (по шумам) к усилителю-фильтру. В то же время уменьшается надежность ЧЭ, возрастают его собственные шумы, усложняется конструкция (за счет появления распаечных узлов), поэтому выбор типа кабеля представляется альтернативным.