Обработка сигналов в извещателях движения

AЛГOРИТМЫ OБРAБOТКИ В ПИК-ИЗВEЩAТEЛЯX В нaстoящee врeмя нa рoссийскoм рынкe прeдстaвлeнo oгрoмнoe кoличeствo oxрaнныx извeщaтeлeй движeния oтeчeствeнныx и зaрубeжныx прoизвoдитeлeй. Дaннoй стaтьeй я пoстaрaюсь oбъяснить принципы oснoвныx aлгoритмoв oбрaбoтки сигнaлoв и пoкaзaть рaзличия в сoврeмeнныx oxрaнныx извeщaтeляx движeния. В мирoвoй прaктикe учaстники рынкa бeзoпaснoсти пoстeпeннo ушли oт примeнeния ультрaзвукoвыx и СВЧ-извeщaтeлeй в пoмeщeнияx в силу слoжнoсти нaстрoйки и нeдoстaтoчнoй устoйчивoсти к лoжным срaбaтывaниям oт тaкиx фaктoрoв, кaк вибрaции. В итoгe вoзникaeт нeпoнимaниe, пoчeму oдни извeщaтeли стоят дороже других и какие же существенные различия они имеют. Рекламные статьи и объявления содержат в себе информацию о различных функциях и свойствах охранных извещателей, в которых тяжело разобраться потребителям этих продуктов. Именно о них я буду вести речь.
Таким образом, в зоне обнаружения ПИК-извещателя образуются элементарные зоны чувствительности, при пересечении нарушителем которых сигнал с пироэлемента изменяется. Это делает извещатели, работающие по методу счета импульсов, очень уязвимыми для подготовленного нарушителя. 1. Как известно, чувствительным элементом охранного ПИК-извещателя является пироэлемент, который реагирует на изменение потока ИК-излучения, падающего на его поверхность, изменением амплитуды сигнала на своих контактах. Извещатель выдает сигнал тревоги, как правило, по 5-7 импульсам. Пироэлемент ПИК-извещателя Но самым существенным недостатком этого метода является возможность нарушителя пройти, будучи необнаруженным, зону обнаружения такого извещателя, двигаясь неравномерно. Рис. К плюсам таких извещателей можно отнести их невысокую цену, составляющую 200-400 руб. Если в течение определенного времени (около 5 с) после первого импульса количество импульсов не достигает этого значения, то ждущий мультивибратор сбрасывает счетчик и счет начинается заново. Пороговый компаратор сравнивает значение уровня сигнала пироэлемента с пороговым значением и в случае его превышения выдает импульс на счетчик.
1. Табл. Полещук
Иное дело обстоит с динамической температурной компенсацией. Коэффициент усиления сигнала здесь уже определяется микропроцессором, анализирующим сигнал с датчика температуры. При возрастании температуры до температуры тела человека извещатель увеличивает коэффициент усиления сигнала, но при превышении температурой этого значения коэффициент усиления сигнала начинает уменьшаться, таким образом нормализуя амплитуду сигнала. Извещатели с динамической температурной компенсацией сохраняют свою работоспособность при температурах выше +40° C, при этом не реагируя на источники ложных срабатываний, такие как потоки воздуха, насекомые, мелкие животные и т.д. АКТИВНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ БЕЛОГО СВЕТА
Сигнал с пироэлемента при движении нарушителя Рис. 4.
В них один из каналов обнаружения меняет свой порог срабатывания в зависимости от уровня сигнала в другом канале. Рис. Традиционно решение о срабатывании комбинированных извещателей принимается по схеме «И», когда извещатель выдает тревоги только при срабатывании обоих каналов обнаружения. Более интересны алгоритмы обработки сигналов, предназначенные для улучшения обнаружительной способности комбинированных извещателей. В настоящее время появляются извещатели с более сложными алгоритмами обработки сигналов с разных чувствительных элементов, позволяющими значительно повысить обнаружительную способность, снизить уровень ложных срабатываний и даже осуществить защиту (иммунитет) от животных. ЗАЩИТА ОТ ЖИВОТНЫ1Х Как видно на рисунке 12, без адаптивного порога помеха при повышенном уровне шумов привела бы к ложному срабатыванию. Как правило, современные комбинированные извещатели имеют адаптивные пороги срабатывания. Такой метод позволяет снизить уровень ложных срабатываний, но не улучшает обнаружительную способность извещателя.
Взято с http://www.os-info.ru Опубликовано: Журнал “Алгоритм Безопасности” № 5, 2009 год.
Рис. 11. Принятие решений в комбинированных извещателях
6. Рис. Сигнал с пироэлемента при включении обогревателя
Засветка фарами автомобиля Рис. 8.
Рис. В современных извещателях движения защита от животных осуществляется с помощью микропроцессорной обработки сигналов. Каждый извещатель имеет свой сегмент и своего потребителя. Многие охранные извещатели движения имеют функцию защиты от животных (иммунитет к животным). К недостаткам относится снижение обнаружительной способности извещателя. Недостаток этого способа очевиден — в зоне обнаружения создаются мертвые зоны, наличием которых незамедлительно захочет воспользоваться нарушитель. Человек с ростом более высоким, чем у собаки, перекрывает несколько слоев элементарных зон чувствительности ПИК-канала обнаружения, поэтому извещатель может различить движение человека и животного и по такому параметру. Достигается это регулированием порогов срабатывания, шаблонами сигналов и пр. Человек и собака имеют различный волосяной покров и температуру тела, поэтому поток ИК-излучения от них будет разным. Рассмотрим такой алгоритм на примере технологии TriTech от компании Bosch Security Systems (табл. И те, и другие извещатели имеют право находиться на рынке безопасности. Эффект Доплера 1). Порог ПИК-канала обнаружения настраивается микропроцессором таким образом, чтобы выделить эти различия. Такие алгоритмы обработки основаны на анализе физиологических различий человека и животного. Наилучшей защиты от животных (до 45 кг) при высокой обнаружительной способности позволяют добиться комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели с микропроцессорной обработкой сигнала. Эта функция позволяет извещателям игнорировать ложные срабатывания, вызванные перемещением животных в зоне обнаружения. 10.
Рассмотрим активное подавление белого света на примере технологии Sensor Data Fusion (совместная обработка данных сенсоров) от компании Bosch Security Systems. Например, засветка фарами автомобиля вызовет срабатывания в ПИК-каналах обнаружения, но при этом синхронно с сигналами с пироэлементов сработает датчик белого света. Как мы видим, ведущие производители охранных извещателей стараются своими новейшими разработками нивелировать ошибки в проектировании и установке извещателей. Метод заключается в использовании дополнительного датчика белого света, представляющего собой фотодиод, расположенный внутри извещателя. В этом случае извещатель не выдаст сигнал тревоги. При превышении сигналом с фотодиода определенного порога извещатель игнорирует превышение порога на пироэлементе. Температурная компенсация Также одним из важнейших свойств ПИК-извещателей является устойчивость к внешней засветке. Рис. Но в этом случае сигналы с пироэлемента и датчика белого света не синхронизированы, поэтому извещатель выдаст сигнал тревоги. Если же нарушитель захочет обмануть такой извещатель, имитируя его засветку фонариком, то извещатель обнаружит движение нарушителя и засветку. При засветке фарами автомобиля или солнечным светом извещатель может выдать сигнал тревоги.
5. Сигнал с пироэлемента при включении обогревателя Рис.
Рис. 12. Адаптивный порог СВЧ-канала обнаружения
Многие извещатели в своей памяти имеют наборы шаблонов сигналов от различных источников ИК-излучения (нарушитель, животные, обогреватель, кондиционер и т.п.), с которыми сравниваются текущие значения и принимается решение о тревоге. Более высокий уровень достоверности, т.е. Сымитировать такой сигнал передвигающемуся нарушителю практически невозможно. Внутри таких извещателей установлен микропроцессор, который обрабатывает сигнал с пироэлемента по нескольким критериям, таким как амплитуда, полярность, энергия и временные характеристики. За это усиление сигнала и отвечает температурная компенсация. Очевидно, что коэффициент усиления будет линейно возрастать с увеличением температуры в помещении, поэтому такая температурная компенсация называется линейной. Таким образом, производители подобных извещателей, утверждающие в технической документации на извещатель рабочую температуру выше +40° C, мягко говоря, лукавят. Количество таких шаблонов может быть до 5 тыс. Извещатели, работающие по методу счета импульсов, могут выдать тревогу на такой тип помех. Но дальнейшее увеличение коэффициента усиления приводит к тому, что при температурах выше температуры тела человека извещатель имеет слишком большой уровень сигнала. Технология может динамически принимать решение о тревоге по одному, двум или трем импульсам в зависимости от их анализа. Движение нарушителя в зоне обнаружения ПИК-извещателя создает один большой импульс и несколько последующих небольших импульсов. First Step Processing может выдать тревогу по первому импульсу, имеющему соответствующие временные характеристики. обнаружительную способность и устойчивость к источникам ложных срабатываний, предоставляют ПИК-извещатели с микропроцессорной обработкой сигнала. Метод счета импульсов Рис. Это приводит к значительному повышению уровня ложных срабатываний, что делает извещатель, практически, неработоспособным. В простейшем случае температурная компенсация схемотехнически реализуется включением в цепь усиления терморезистора, регулирующего коэффициент усиления сигнала. Хорошо, а как же тогда быть с ложными срабатываниями от мощных источников инфракрасного излучения, таких как комнатный обогреватель? Потоки воздуха могут создавать множество небольших импульсов одной полярности. Рассмотрим подробнее микропроцессорную обработку сигналов на примере технологии First Step Processing (обработка с первого шага) от компании Bosch Security Systems. First Step Processing игнорирует такой сигнал, так как его временные характеристики не удовлетворяют критериям длительности импульса.