способ определения несанкционированного проникновения в охраняемое помещение

Формула изобретения

Способ определения несанкционированного проникновения в охраняемое помещение, основанный на регистрации изменения параметров акустического сигнала, распространяемого внутри охраняемого помещения, отличающийся тем, что в качестве параметра используют уменьшение амплитудно-частотной характеристики на частоте основного резонанса помещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охранной технике и может быть использовано для обнаружения несанкционированного доступа в помещение.

Известны способы и устройства, основанные на регистрации изменения состояния контролируемого (охраняемого) объекта, и могут быть применены для блокировки дверей, окон, ворот, объемов помещений, отдельных предметов и т.д.

Так, в охранном устройстве (патент RU 2253900, МПК G08B 13/08, 13/24, 07.08.2003) /1/ для регистрации и сигнализации о несанкционированном доступе используются элементы из магнитоактивных материалов, реагирующие на открывание или смещение с выдачей сигнала «тревога» путем размыкания контактов геркона с выдачей сигнала на приемно-контрольный прибор, концентратор или пульт центрального наблюдения.

Недостатком данного устройства и реализованного в нем способа является ограничение зоны обнаружения, определяемой размером блокируемой двери, окна или предмета.

Устройство для охранной сигнализации (патент RU №2122238, МПК G08B 13/24, 1998 г.) /2/ содержит проводную линию передачи, размещенную вдоль охраняемого рубежа, генератор импульсов, подключенный к одному концу проводной линии передачи, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу пикового детектора, и пороговую исполнительную схему, вход которой подключен к выходу полосового фильтра. В указанном устройстве признаком вторжения нарушителя в охраняемую зону является изменение амплитуды зондирующего импульсного сигнала на входе приемника, возникающее при появлении объекта в зоне обнаружения (в области распространения электромагнитной волны). Огибающая принятых зондирующих импульсов выделяется с помощью пикового детектора и подается через полосовой фильтр на вход пороговой исполнительной схемы, которая формирует сигнал срабатывания.

Основным недостатком упомянутого устройства является низкая помехоустойчивость и, как следствие, большая вероятность выдачи ложных сигналов срабатывания данного устройства.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения несанкционированного доступа в охраняемое помещение, реализованный в устройстве по заявке RU 94003856 (МПК G08B 13/16, опубликовано 27.04.1996) /3/, по которому несанкционированное проникновение определяют по величине амплитудно-модулированной составляющей акустического (ультразвукового) сигнала из контролируемой зоны. Выделенная переменная составляющая акустического сигнала определяется полезным сигналом, обусловленным перемещением нарушителя в заданном диапазоне скоростей, а также тепловыми потоками, обусловленными, например, воздействием электронагревательных приборов и т.п. В данном устройстве производится обнаружение тепловой помехи при помощи фильтра инфранизких частот с центральной частотой, лежащей ниже частот тракта приема полезного сигнала, и в зависимости от интенсивности помехи вырабатывается выходной сигнал, перестраивающий амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) тракта приема полезного сигнала. Это уменьшает способность обнаружения полезного сигнала при малых скоростях движения нарушителя, одновременно улучшая характеристики обнаружения полезного сигнала при средних скоростях движения.

Недостатком вышеприведенного способа является его низкая помехозащищенность к воздействию тепловых помех, в особенности при малых скоростях движения человека в контролируемой зоне. В данном устройстве помехозащищенность от воздействия тепловых помех обеспечивается путем подавления низкочастотных сигналов в фильтре инфранизких частот. Однако одновременно с сигналами помехи в этом случае будут отфильтрованы и полезные сигналы, образуемые при малых скоростях движения человека в контролируемой зоне.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности способа регистрации несанкционированного проникновения: повышении быстродействия, повышении помехозащищенности к воздействию тепловых помех, достоверности регистрации несанкционированного проникновения.

Технический результат достигается тем, что по способу определения несанкционированного проникновения в охраняемое помещение, основанному на регистрации изменения параметров акустического сигнала, распространяемого внутри охраняемого помещения, новым является то, что в качестве параметра используют уменьшение амплитудно-частотной характеристики на частоте основного резонанса помещения. В момент несанкционированного проникновения в результате открывания двери, окна либо разрушения стен, потолков происходит уменьшение эффективной площади соответствующих поверхностей (стен, потолка, пола), участвующих в образовании стоячих волн. Вследствие этого амплитудно-частотная характеристика на частоте основного резонанса помещения уменьшается, что фиксируется в виде тревожного извещения.

Принцип контроля резонансных свойств основан на известном явлении, когда замкнутый объем в зависимости от его конфигурации, размеров, линейных характеристик звукового поля в нем имеет множество собственных частот f _r, которые для прямоугольного помещения могут быть вычислены по формуле (У.Кок. Звуковые и световые волны, перевод с английского B.Р. Захарова. - М.: Мир, 1966 г. - 160 стр.) /4/:

где с - скорость звука в данной среде; l, b, h - соответственно длина, ширина и высота замкнутого прямоугольного объема; k, m, n - целые числа от 0 до .

Другими словами, амплитудно-частотная характеристика помещения имеет максимумы на частотах f_r . Высота данных максимумов определяется рассеянием акустической энергии в помещении, которое существенно зависит от эффективности отражения акустических волн поверхностями, ограничивающими его. В частности, открывание двери или окна приводит к соответствующему уменьшению эффективной площади соответствующих поверхностей и увеличивает рассеяние акустической энергии в пространство, ограничивающее помещение, уменьшая АЧХ в точках резонанса.

При звуковом воздействии на данный объем в случае совпадения частоты f _c данного воздействия с одной из собственных частот объема f_r возникает резонанс, который сопровождается выраженным увеличением амплитуды колебаний во всем объеме помещения. Тогда открывание двери или окна либо разрушение стен помещения приведет к уменьшению данной амплитуды, которое может служить критерием проникновения в помещение.

При этом контроль уменьшения амплитудно-частотной характеристики на частоте основного резонанса помещения, необходимый для реализации предлагаемого способа, может быть выполнен двумя известными способами, которые можно условно назвать «пассивный» и «активный».

«Пассивный»

В охраняемом замкнутом объеме от внешнего источника возбуждаются колебания на различных частотах с постоянной интенсивностью внешнего воздействия на этих частотах. Диапазон частот выбран с запасом, гарантирующим попадание в него частоты основного резонанса помещения. Затем акустическим приемником формируется сигнал, пропорциональный амплитуде акустических колебаний внутри данного объема, возникших вследствие внешнего воздействия. Проводится анализ спектра этих колебаний, поиск максимума, соответствующего частоте основного резонанса, и контролируются изменения АЧХ в точке этого максимума. Если происходит уменьшение АЧХ в данной точке ниже некоторого порога, тогда формируется сигнал тревоги.

«Активный»

В охраняемом замкнутом объеме формируют акустические автоколебания на частоте основного резонанса помещения посредством включения канала «акустический передатчик» - «замкнутый объем помещения» - «акустический приемник» в замкнутую цепь с электронным усилителем (Прянишников В.А. Электроника: курс лекций. - 2 изд. ис. и под. - СПб.: КОРОНА принт; 2000. - 416 с., стр.236-239) /5/. В результате на выходе микрофона на данной частоте устанавливаются автоколебания соответствующей амплитуды. Если происходит уменьшение АЧХ помещения на частоте его основного резонанса, т.е. на частоте автоколебаний, то это автоматически приводит к соответствующему уменьшению амплитуды сигнала на выходе микрофона. Данные изменения амплитуды фиксируют и, если они превышают допускаемый порог, формируют сигнал тревоги. Поскольку автоколебания могут существовать только на резонансной частоте, то уменьшение АЧХ на частоте автоколебаний свидетельствует именно об уменьшении АЧХ на частоте основного резонанса охраняемого замкнутого объема f_r.

Способ может быть осуществлен следующим образом.

В замкнутое охраняемое помещение устанавливают акустический передатчик (динамик) и акустический приемник (микрофон), подключенные к соответствующим гнездам звуковой платы персонального компьютера.

Компьютерная программа осуществляет генерацию акустических сигналов, прием сигналов микрофона и их обработку, обеспечивая непрерывный контроль изменений амплитуды сигнала на частоте резонанса первой гармоники собственных частот помещения.

В момент проникновения, когда открывается дверь или окно, разрушается стена, уменьшается АЧХ на частоте основного резонанса помещения в акустическом канале. Сигнал от акустического приемника по проводной или беспроводной связи поступает на ЭВМ, где выделяется амплитудно-частотная характеристика объема на частоте основного резонанса. При ее уменьшении на величину, превышающую допускаемый порог, вырабатывается извещение о несанкционированном проникновении в помещение.

Формирование и обработка сигналов в ЭВМ может быть реализована, в частности, с помощью программы Lab View 7.1. (www.ni.com).

Для проверки работоспособности предлагаемого способа экспериментальным путем были получены частотные характеристики помещения размерами 7,0×9,0×3,4 м ³, имеющего дверь размерами 0,9×2,2 м ² и два окна с размером открывающейся рамы 1,0×1,5 м². Реализован «пассивный» способ определения изменений АЧХ. Частота основного резонанса для данного помещения, подсчитанного по (1), составляет 109,61 Гц.

На чертеже представлены АЧХ данного помещения.

Здесь:

I - частотная характеристика основного замкнутого объема помещения;

II - частотная характеристика основного объема помещения при открытой двери;

III - частотная характеристика основного объема помещения при открытом окне.

По данным графикам видим, что:

1) частота основного резонанса помещения, как и по расчетам, составляет примерно 110 ГЦ;

2) открывание двери либо окна приводит к хорошо заметному уменьшению АЧХ на частоте основного резонанса.

В то же время на более высоких частотах данный эффект не выражен столь явно, как на основной частоте при к=m=n=l, что говорит о предпочтительном использовании именно основной частоты в качестве рабочей.

Способ может быть реализован в любом помещении, имеющем замкнутый объем, будь то жилая квартира, склад или автомобиль, несанкционированное проникновение в которое ожидается со стороны внешнего по отношению к помещению пространства.

Таким образом, предложен способ, который при минимальных аппаратных затратах позволяет повысить быстродействие, помехозащищенность к воздействию тепловых помех, достоверность регистрации несанкционированного проникновения.