2.10. Волоконно-оптические средства обнаружения

По способу применения и определению нарушителя по физическому воздействию на ЧЭ ВОС аналогичны вибрационным извещателям. Однако ЧЭ этих систем по сравнению с обычными кабельными линиями обладают иными параметрами и потребительскими свойствами.

ЧЭ таких систем является волоконно-оптический кабель, преобразующий локальные деформации кабеля, возникающие в процессе механических вибраций в изменение характеристик лазерного излучения, проходящего через оптическое волокно. Кабель крепят либо непосредственно к ограждению, либо к специальному лёгкому металлическому козырьку над ним. Изменение характеристик лазерного излучения фиксируется БОС, который в соответствии с заданным алгоритмом выдаёт сигнал тревоги. Кроме БОС, в состав извещателя входит оптический квантовый генератор и монитор.

Оптическое волокно – основа любой ВОС. Состоит оно из внутреннего слоя сердечника с высоким показателем преломления, наружного слоя с низким показателем преломления и защитной оболочки. Свет распространяется во внутреннем слое, претерпевая полное внутреннее отражение на границе слоев.

Оптическое волокно бывает одномодовое и многомодовое.

В одномодовом волокне (толщина сердечника от 7 до 9 мкм) реализуется режим распространения одной моды (одного типа световой волны).

В многомодовом волокне (толщина сердечника 50 мкм и более) световые волны распространяются по разным траекториям.

К одному концу кабеля подключен миниатюрный полупроводниковый лазер, генерирующий когерентное излучение. Противоположный конец кабеля состыкован с фотодиодом (приемником), преобразующим оптический сигнал в электрический. Анализатор сравнивает принимаемый сигнал с эталонным, который соответствует невозмущенному состоянию ЧЭ, и детектирует внешние воздействия на периметр (смещения, вибрации или сжатия кабеля).

ВОС как правило содержит:
- передатчик (светодиод или лазер);
- волоконно-оптический сенсорный кабель – ЧЭ;
-волоконно-оптический кабель связи (нечувствительный к воздействиям);
- приемник;
- процессор для обработки сигнала.

Среди отечественных разработок ВОС можно отметить систему «Ворон» производства компании ООО «Прикладная радиофизика».

ВОС предназначена для создания протяженных многозонных и многорубежных ПСО на основе волоконно-оптических кабелей, установленных на деформируемых ограждениях различных типов, а также в грунте. Комплекс состоит из двух частей – пультовой аппаратно-программной и линейной.

Принцип работы системы «Ворон» показан на рисунке 2.45.

В качестве ЧЭ в системе «Ворон» использован специальный многомодовый волоконно-оптический кабель типа КДВО-18И. От внешних воздействий кабель защищен полиэтиленовой оболочкой, которая позволяет работать при температурах до минус 65 ºС. Кабель усилен двумя стальными жилами и имеет прочность на разрыв 320 Н (32 кг). В модернизированных системах планируется использовать новый кабель КДВО-3Т («трос»), в котором ЧЭ защищен армирующей оплеткой из стальных жил, обеспечивающих прочность на разрыв до 6000 Н (600 кг).
 

Рисунок 2.45 – Принцип работы системы «Ворон»
 

К особенностям системы «Ворон» относится применение волоконно-оптической линии связи с кольцевой конфигурацией, позволяющей полностью отказаться от кабелей сигнализации и электропитания, прокладываемых вдоль периметра.

В каждой ЗО устанавливается муфта типа «Ворон-2МС», которая соединяет ЧЭ с волоконно-оптическим кабелем связи. Сварка обоих кабелей производится таким образом, что фазовые изменения в ЧЭ трансформируются в амплитудную модуляцию в оптическом кабеле связи. Сигналы ЧЭ обрабатываются центральным процессором, построенным по принципу многопараметрического нейронного анализатора. Анализатор «обучается» непосредственно на объекте, обрабатывая и запоминая реальные отклики от ЧЭ, соответствующие как сигналам вторжения, так и фоновым сигналам помех.

БОС системы «Ворон», содержащий блок приемопередатчиков, распределительные устройства, процессор, монитор компьютера, клавиатуру и блок бесперебойного электропитания, выполнен в виде стандартной стойки.

 На рисунке 2.46 показан вариант монтажа системы «ВОРОН^ТМ».

Длина одной ЗО до 500 м, максимальная длина ЧЭ совместно с кабелем связи могут составлять 60 км. Например, при охране периметра длиной 50 км пультовая часть может быть размещена на расстояние до 10 км от ЧЭ.
 

Рисунок 2.46 – Вариант монтажа системы «Ворон»
 

ЗАО «Омега» представляет на рынке систему непрерывного виброакустического мониторинга протяженного объекта «САМПО», предназначенную для обнаружения проникновений в охранную зону объекта, несанкционированных воздействий на охраняемый объект. Действие системы основано на изменении положения ЧЭ, проложенного вдоль контролируемого объекта. Информационным параметром является интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния света в материале ЧЭ. Производитель указывает, что точность локализации воздействия ±5 м. Для определения координаты внешнего воздействия весь оптоволоконный тракт ЧЭ разбивается на независимые каналы (до 14000 каналов по 5 м каждый, на 70 км плеча системы), в каждом из которых проводится отсчет амплитуды сигнала с заданной дискретизацией и многоступенчатая цифровая обработка полученной информации.

Взаимное влияние на соседних каналах составляет 10 дБ. Поэтому количество одновременно локализуемых воздействий на датчик в разных его точках ограничено числом каналов на подключенном кабеле. Длина контролируемого одним модулем «САМПО» участка до 140 км (рекомендуемая 100 км), число каналов измерения до 28000.

На рисунке 2.47 показана схема одиночного модуля «САМПО».
 

Рисунок 2.47 – Схема одиночного модуля «САМПО»
 

Возможное количество одновременно регистрируемых одинаковых и/или различных воздействий – по числу каналов измерения. Предусмотрена возможность сопряжения одиночных модулей для контроля более протяженного объекта. Ограничения по длине объекта отсутствуют. Для точного позиционирования на местности ЗАО «Омега» использует GPS-привязку прокладываемой трассы ЧЭ к используемой карте местности. Также указывается, что многоступенчатая обработка полезного сигнала гарантирует отсутствие ложных тревог каналов даже в случае регистрации несанкционированного воздействия на фоне многократно более сильной помехи.

ЧЭ выполнен на базе серийного оптического кабеля, не содержит проводников электрического тока и не требует особых условий по его размещению. Строительные отрезки ЧЭ (обычно от 4 до 6 км) соединяются между собой при помощи специальных защищенных муфт. Соединение ЧЭ и последующий их ремонт в случае разрыва производятся путем сварки оптических волокон стандартным оборудованием.

Единичный модуль системы представляет собой комплекс оборудования, состоящий из с ЧЭ, логического модуля системы и ПК.

Система оптического контроля «Сокол-СПО» (рисунок 2.48) производства НПП «Автоматика-С» по своим параметрам является аналогичной системе ЗАО «Омега», но с числом каналов измерения до 20000.
 

Рисунок 2.48 – Система оптического контроля «Сокол-СПО»
 

Производитель указывает, что количество и длина ЗО, а также их логическая группировка не ограничены, определяются программным способом. Минимальный размер ЗО равен 5 м. При прокладке многожильного оптического кабеля допускается использование свободных оптических волокон для передачи информации, включая видео.

Система «Сокол-СПО» представляет собой комплекс оборудования, состоящий из ЧЭ, логического модуля системы, источника бесперебойного электропитания, контроллера управления внешним оборудованием и консоли оператора, представляющей собой моноблочный ПК. Для обработки сигналов логическим модулем применяются нейросетевые алгоритмы обработки сигнала, позволяющие различить характер нарушителя (человек, группа людей, автомобиль).

Работа системы основана на фазовой чувствительности оптоволоконного кабеля к внешним воздействиям (вибрации, температуры).

Использование рефлектометрического принципа, аналогичного радиолокационному, позволяет определять место и тип (характеристику) воздействия.

ООО «Оптические измерительные системы» производит и поставляет ВОС «СВМ-1» (рисунок 2.49).
 

Рисунок 2.49 – Применение ВОС охраны периметра «СВМ-1»
 

В качестве ЧЭ используется одномодовое волокно. Протяженность ЧЭ от 0,05 до 60 км. Программное обеспечение комплекса «СВМ-1» отображает обработанный сигнал в режиме реального времени и осуществляет постоянную запись в память. Программно-аппаратный блок производит сравнение полученного интерференционного сигнала с предыдущим. За счет использования элементов искусственного интеллекта (нейросетевого анализа) происходит сравнение звуковых образов и их классификация.

Точность измерения места воздействия от 2,5 до 10 м. ВОС производит спектральный и временной анализ сигнала. Возможно обучение системы в процессе эксплуатации.

Достоинства ВОС:
- их невосприимчивость к электромагнитным и радиочастотным помехам, что позволяет использовать их в зонах с высоким уровнем таких помех;
- возможность их применения для защиты не только ограждений, но и не огражденных территорий;
- возможность организации охраны достаточно протяженного периметра с конфигурацией практически любой сложности со скрытой подземной установкой;
- высокая электробезопасность, ЗО с этим ЧЭ применяется на взрывоопасных объектах, а также под водой (пресной или морской);
- отсутствие излучения электромагнитной энергии (трудно обнаружить с помощью поисковой техники);
- возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях (морской туман, кислотные пары, индустриальные выбросы, песок) и в диапазоне температур от минус 40 до плюс 70 °С. Оболочка ЧЭ обеспечивает защиту оптоволокна от УФ излучения, влаги, и т.п.;
- легкость монтажа и минимальное время пуско-наладки позволяет оборудовать протяженные объекты за относительно короткое время;
- благодаря значительной длине ЧЭ возможен его монтаж на ограждении в несколько проходов, что позволяет более эффективно организовать охрану периметра, сохранив при этом достаточно протяженную ЗО;
- высокая коррозионная стойкость и работоспособность в агрессивных внешних условиях;
- минимальное энергопотребление при значительной удаленности от точки измерений;
- высокая технологичность, возможность интегрирования в материал конструкции на стадии изготовления.

Недостатки ВОС:
- высокая удельная стоимость при защите периметра небольшой протяженности;
- необходимость использования ЧЭ в защитной оболочке при установке на ограждении, что повышает стоимость системы;
- сложность процедуры сращивания и ремонта ЧЭ в полевых условиях (требуется применение устройства для сварки волокон);
- использование нейросетевых алгоритмов обработки сигналов требует персонального компьютера в качестве централизованного БОС большой вычислительной мощности;
- возможная потеря чувствительности при промерзании грунта;
- высокая зависимость помехозащищенности и обнаружительной способности от качества «обучения» ПСО при установке, требующего высокой квалификации персонала.

В приложении Д приведены ТТХ некоторых волоконно-оптических извещателей.

Далее >>>